تخيّل أن تستخدم منديلًا يمكنه الكشف عن وجود بكتيريا أو مسببات الأمراض ويتغير لونه بشكل فوري، أو أن ترتدي كمامة N95 يمكنها اكتشاف وجود فيروس "كورونا" المُستجد والاستجابة بطريقة ما لتنبيه مرتديها، حتى يعرفوا عندما اضطروا إلى تغييرها.
وقالت "كريستينا تانغ"، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الكيميائية وعلوم الحياة في جامعة فرجينيا كومنولث، بأنها تختبر طرقًا جديدة لإحياء هذه السيناريوهات عن طريق تدوير البلورات السائلة إلى ألياف تغير لونها عند درجات حرارة مختلفة.
ويتم تصنيع الألياف النانوية باستخدام أداة غزل كهربائي تشبه آلة صنع حلوى الغزلة، تولد الفوهة المادة، ثم يتم سحبها إلى ألياف ولفها إلى صفائح. في تحقيقاتهم حول فهم الخصائص الأساسية لهذه المواد، يختبر الباحثون كيفية صنع ألياف حرارية من خلال دمج تركيبات الكريستال السائل في الألياف النانوية المغزولة كهربائيًا.
وحدد الباحثون كيف يمكن معالجة الألياف والبلورات السائلة بحيث يؤدي ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها إلى تغيير اللون. فالبلورات السائلة، التي تقع بين المراحل السائلة والصلبة، لها الخاصية البصرية للون المنعكس وهو نفس المبدأ الذي يعطي أجنحة الفراشة لونها بدلاً من الأصباغ التي تمتص اللون.
وتعمل "تانغ" بالمقياس النانوي ، حيث يكون أحد الألياف النانوية أصغر 1000 مرة من عرض شعرة الإنسان، وتشمل مجالات بحثها المواد النانوية البوليمرية الوظيفية والجسيمات النانوية.
وتعد المواد النانوية البوليمرية مصنوعة من البلاستيك مثل النايلون أو البولي إيثيلين - نفس النوع من المواد المستخدمة في صناعة زجاجات الصودا البلاستيكية. ويصنع مختبر "تانغ" ألياف نانوية غير منسوجة، تشبه حقيبة تسوق قابلة لإعادة الاستخدام، والتي يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بسهولة.
وقالت "تانغ": "نود أن نفكر في كيفية إضافة وظيفة إلى هذه المواد".
وقالت إنه في حالة قناع N95، سيعرف مرتديها "متى يتعين عليك تغييرها، بدلًا من مجرد التخمين، وباستخدام مناديل التنظيف، يمكنك الاستمرار في المسح حتى لا يتغير لونها بعد الآن".
وفي تحقيقاتها حول فهم الخصائص الأساسية لهذه المواد، تختبر "تانغ" كيفية صنع ألياف حرارية من خلال دمج تركيبات الكريستال السائل في ألياف نانوية مغزولة كهربائيًا.
وبدأ "آرون ويمبرلي"، وهو طالب مبتدئ في الهندسة الكيميائية وعلوم الحياة، العمل على المشروع في الصيف قبل سنته الثانية.
وقال: "عندما جئت إلى المختبر لأول مرة وكانت الدكتورة تانغ تريني بعض عينات الحصائر المحبوكة بالكهرباء ومحاليل البوليمر، كان الأمر رائعًا حقًا". ومنذ ذلك الحين ساعد في صنع عينات يمكن أن تغير اللون.
للمزيد من اختيار محرر:
باحثون يطورون كمامة تعمل بالبطارية تقتل الكورونا في الهواء (تفاصيل)
