تقنية (الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد – Nanoscale 3D Printing) تُمكّن الباحثين من طباعة المزيد من المواد العضويّة على (الرقائق الحيوية – Biochips) أكثر من أي وقت مضى، ممّا يُسهّل دراسة عدد من الأمور الطبية. [1]
تُعتبر الرقائق الحيوية في البيولوجيا الجزيئية مختبرات مُصغّرة، يمكن أن تؤدي المئات من التفاعلات الكيميائية الحيويّة (البيوكيميائية) في وقت واحد، كما أنّ الرقائق الحيوية تُمكّن الباحثين من تصوير والتقاط أعداد كبيرة من التحاليل البيولوجية لاستخدامها في أغراض متنوعة في تشخيص الأمراض. [2]
أصبحت حديثاً صناعة الرقائق الحيوية -وهي تقنية رئيسيّة في دراسة الأمراض- أسهل قليلاً، وذلك عن طريق تقنية الطباعة النانوية؛ حيث يتمّ استخدام أشكال هرميّة مطلية بالذهب، وضوء LED، وتفاعلات ضوئية كيميائية لطباعة المواد العضوية على سطح أيّة رقاقةٍ حيويّة (بيولوجية) واحدة بكميات أكثر من أيّ وقتٍ مضى. [1]
تستخدم هذه التقنية مجموعات من (البوليمرات – polymers) هرمية الشكل المغطّاة بالذهب والمُثبتة على (ميكروسكوب قوى ذرية – atomic force microscope)، وتحتوي هذه المجموعات-التي يبلغ حجمها سنتيمتراً واحداً- على الآلاف من الأشكال الهرمية الصغيرة، ويحتوي كلّ هرم على ثقوب تسمح بمرور الضوء من خلاله، وتعمل هذه الثقوب على جعل الضوء لا يذهب إلا إلى الأماكن المحددة على سطح الرقاقة الحيويّة(البيولوجية) الموضوعة أسفل الهرم، مما يؤدي إلى شلّ حركة المواد العضوية الدقيقة-التي تكون عبارة عن كواشف كيميائية تساعد على معرفة واختبار حدوث التفاعلات الكيميائية [3]– على سطح الرقاقة دون إتلافها. [1]
وتُعرف هذه العملية باسم (الطباعة الحجرية – tip-based lithography)، والتي على الرغم من أنّها أفضل طريقة للطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد للمواد العضوية، إلا أنّها كانت محدودةً في الماضي بسبب إمكانيّتها أن تطبع نوعاً واحداً فقط من الجزيئات في كلّ مرة. [1]
يعتقد باحثون في جامعة هانتر ومركز البحوث العلميّة المتقدّمة (ASRC) في مركز الدراسات العليا في نيويورك (CUNY) الآن أنّهم توصّلوا إلى حلّ هذه المشكلة. فقد قاموا باستخدام (موائع دقيقة – microfluidics)، ومعالجة هذه الموائع على المستوى الجزيئيّ بهدف تعريض كلّ الرقائق الدقيقة إلى المجموعة المطلوبة من المواد الكيميائية، ثمّ قاموا باستخدام (الكيمياء الضوئية – photochemistry) بعد ذلك لإرسال الضوء خلال الفتحات الموجودة في الأهرامات، ومن ثمّ يتفاعل الضوء مع الجزيئات، فيجعلها تلتصق بالرقاقة. [1]
وبما أنّه يمكن للضوء أن يحرق الرقاقة، ويدمّر بعض الجزيئات في أنظمة الطباعة الحجريّة التقليديّة، فقد قام الفريق البحثيّ باستخدام (الطباعة الحجرية بالأشعة القلميّة – beam-pen lithography). إذ يتمّ حصر الضوء وتوجيهه من خلال فتحة صغيرة، ممّا يسمح للفريق بالسيطرة على الضوء وحماية المواد العضوية التي كانت قد طُبعت بالفعل على الرقاقة الحيويّة. [1]
يقول آدم براونشفايغ -قائد الفريق البحثيّ والأستاذ المشارك في مبادرة العلوم النانوية الخاصّة بمركز البحوث العلمية المتقدّمة وقسم الكيمياء في كلية هانتر-:
«إنّ طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للرقائق الحيويّة ستساعد العلماء على فهم الخلايا والمسارات الحيويّة (البيولوجية)، وذلك لأنّ هذه التكنولوجيا ينبغي أن تجعل دراسة تطوّر الامراض وحلّ الألغاز الحيويّة (البيولوجية) الأخرى -مثل الكشف عن عوامل الإرهاب الحيويّ (البيولوجي)- أسهل وأكثر كفاءة». [1]
ويُعرف الإرهاب البيولوجي بأنّه إطلاق الفيروسات والبكتيريا التي تسبّب مرض أو موت مجموعات من البشر أو الحيوانات، مثل العصوية الجمريّة-وهي البكتريا المسبّبة لمرض (الجمرة الخبيثة – Anthrax) الخطير. [4]
إعداد: محمد يوسف
مراجعة علمية: أحمد الشربيني
تدقيق لغوي: رؤى زيات
المصادر :
1- Dabney C. Nanoscale 3D Printing Technique Uses Micro-Pyramids to Build Better Biochips [Internet]. IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News. 2018 [cited 2018 Nov 6]. Available from: https://spectrum.ieee.org/video/biomedical/devices/nanoscale-3d-printing-technique-uses-photochemistry-and-micropyramids-to-build-better-biochips
2- “High-Level Synthesis of Digital Microfluidic Biochips” (PDF). Duke University.
3- Chemistry IU of P and A. IUPAC Gold Book – reactant [Internet]. [cited 2018 Nov 8]. Available from: http://goldbook.iupac.org/html/R/R05163.html
4- Bioterrorism | Anthrax | CDC [Internet]. 2018 [cited 2018 Nov 8]. Available from: https://www.cdc.gov/anthrax/bioterrorism/index.html
