أجهزة بيزوالكهربائية قابلة للتحلل تعتمد على ملح روشيل لتجديد الأعصاب ومراقبة حركة الأمعاء

زرعات ذائبة تتواصل مع الجسم

يعتمد الأطباء بشكل متزايد على مزروعات إلكترونية صغيرة لمساعدة الأعصاب المتضررة على إعادة النمو ولمراقبة كيفية تحرك أعضائنا. لكن معظم الأجهزة الحالية مصنوعة من مواد صلبة ودائمة قد تهيج الأنسجة الرخوة وتتطلب إزالة في عملية جراحية ثانية. تقدم هذه الدراسة فئة جديدة من الزرعات «المتلاشية» المبنية من مُضاف غذائي شائع وبلاستيك طبي. تحول هذه الأجهزة اللينة الحركة الطبيعية للجسم أو الموجات فوق الصوتية الرقيقة إلى كهرباء يمكنها توجيه الأعصاب المصابة للشفاء وتتبع كيفية انقباض الأمعاء لنقل الطعام، ثم تذوب بأمان عندما تنتهي مهمتها.

بناء كهرباء داخل أغشية لينة وزائلة

جوهر العمل مادة مرنة تولد فرق جهد عند الضغط أو الانثناء، وهي ظاهرة تعرف بالتأثير البيزوالكهربائي. يبدأ الباحثون بملح روشيل، وهو بلور معروف منذ قرن استخدم سابقًا في الميكروفونات ومسموح الآن كمكون غذائي. يتجاوب ملح روشيل بقوة مع القوى الميكانيكية لكنه هش ويذوب في الماء. للسيطرة عليه، يقوم الفريق بطحن البلورات إلى جسيمات ميكروسكوبية وخلطها مع خيوط من بولي(إل-لاكتيك أسيد)، وهو بلاستيك حيوي قابل للتحلل يُستخدم بالفعل في الغرز الطبية. من خلال الغزل الكهربائي الدقيق للمزيج إلى ألياف نانوية مرتبة ثم ضغط الحصيرة، يصنعون أغشية بحجم السنتيمتر تُحبس فيها البلورات داخل هيكل لين شبيه بالجلد. تنحني هذه الأغشية بسهولة وفي الوقت نفسه تولد إشارات كهربائية أقوى بكثير من الخيارات القابلة للتحلل السابقة.

لماذا تهم الإشارات القوية للأنسجة الحية

لكي يؤثر زرع ما على الخلايا دون أسلاك أو بطاريات، يجب أن يحول الإشارات الميكانيكية الخافتة إلى دفعات كهربائية مفيدة. تبين الاختبارات أن الأغشية الجديدة تولد أكثر من عشرة أضعاف الشحنة مقارنة بالبلاستيك وحده وتتفوق حتى على许مواد بيزوالكهربائية غير القابلة للتحلل من حيث خرج الجهد. تستمر الأغشية في العمل لأيام إلى أسابيع في ماء دافئ مالح يحاكي الجسم، ويمكن ضبط عمرها عبر طبقات واقية. عندما تُثار بالموجات فوق الصوتية—موجات صوتية بترددات مستخدمة في التصوير الطبي—تحول المادة اهتزازات الأنسجة العميقة إلى نبضات جهد صغيرة لكنها متكررة. وبما أن الأغشية لينة ومرونتها أقرب إلى الأعصاب والعضلات عنها إلى الخزف، فإنها تستطيع التكيف مع الأعضاء المتحركة دون خدش أو قطع.

توجيه الأعصاب التالفة بالموجات فوق الصوتية الرقيقة

لتحويل المادة إلى أداة علاجية، يلف الفريق الغشاء على شكل أنبوب ويضيف طبقة دعم خارجية، مكوّنًا هيكلًا أجوفًا يمكنه جسر فجوة في العصب الوركي المقطوع لدى الفئران. من خارج الجسم، يغمر مسبار موجات فوق صوتية مركز الطاقة الهيكل المزروع بنبضات دورية من الطاقة. داخليًا، ينثني الجدار البيزوالكهربائي وينتج حقولًا كهربائية تستحم فيها ألياف الأعصاب النامية. تُظهر دراسات الخلايا أن هذا التحفيز يعزز طول الفروع العصبية النامية ويزيد نشاط الجينات المرتبطة بالإصلاح. في حيوانات لديها إصابة عصبية بطول 10 مليمتر، يقود الهيكل المنشط بالموجات فوق الصوتية إلى ألياف معاد نموها أطول، وطبقة غمد دهن عصبي (مايلين) أكثر سمكًا، تقلصات عضلية أقوى، وأنماط مشي أفضل مقارنة بالهياكل الضابطة، مقتربة من أداء رقعة العصب القياسية المأخوذة من جسم الحيوان نفسه.

الاستماع للأمعاء بدون أسلاك

في تطبيق ثانٍ، تعمل الأغشية كمجسات إجهاد حساسة جدًا تتعقب كيفية انقباض القولون. يضع الباحثون شريطًا من المركب البيزوالكهربائي بين أقطاب معدنية قابلة للذوبان وطبقات بلاستيكية لينة، ثم يثبتون الجهاز على خارج قولون أرنب باستخدام لاصق قابل للتحلل. في كل مرة ينقبض أو يرتخي جدار الأمعاء، ينحني المستشعر وينتج موجة جهد مميزة تُنقل لاسلكيًا إلى مستقبل خارجي. من خلال معالجة هذه الإشارات، يمكن للفريق استخراج قوة الإِنقباض، الإيقاع، وسرعة انتقال موجات العضلات التي تحرك المحتويات. بعد إعطاء دواء يسرع الحركة، يسجل المستشعر انقباضات أكثر حيوية وتعقيدًا؛ وبعد قطع التروية الدموية لمحاكاة حالة طارئة معوية خطرة، يلتقط زيادة أولية تتبعها انهيار حاد في النشاط—علامات إنذار مبكرة يصعب التقاطها بالأدوات الحالية.

لمحة عن إلكترونيات بيولوجية متلاشية في المستقبل

تُظهر النتائج مجتمعة أن مزيجًا بسيطًا من بلورات صالحة للاستخدام الغذائي وبلاستيك طبي يمكن أن يعمل كجسر مؤقت وقوي بين الحركة الميكانيكية والإشارات الكهربائية داخل الجسم. يمكن لهذه الأجهزة اللينة والقابلة للتحلل أن تحفز الشفاء—بواسطة دفع الأعصاب المصابة بنبضات كهربائية مُوقّتة بدقة—وتوفر قراءات غنية وفورية لوظيفة الأعضاء، مثل انسيابية حركة القولون. بعد انتهاء عمرها الافتراضي المفيد، تتحلل المكونات تدريجيًا إلى نواتج حميدة، مما يلغي الحاجة إلى إزالة جراحية. تشير الدراسة إلى مستقبل تصبح فيه الإلكترونيات المزروعة أقرب إلى الغرز القابلة للذوبان: مساعدين أذكياء يوجّهون التعافي، يبلغون عن مشاكل خفية، ويتلاشىون بصمت عندما لا يعود وجودهم مطلوبًا.

الاستشهاد: Dai, F., Cheng, H., Qi, H. et al. Rochelle salt-based biodegradable piezoelectric devices for nerve regeneration and intestinal motility monitoring. Nat Commun 17, 2169 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68930-2

الكلمات المفتاحية: الإلكترونيات القابلة للتحلل, تجديد الأعصاب, التحفيز بالموجات فوق الصوتية, حركة الأمعاء, مواد بيزوالكهربائية