تطوير مركبات متعددة الطبقات من البوليمر وباريوم سلفات لحماية أشعة إكس مرنة وفعالة خالية من الرصاص

دروع أكثر أمانًا لأشعة إكس اليومية

من فحوصات الأسنان إلى أجهزة المسح في المطارات، تدعم أشعة إكس الحياة الحديثة بهدوء—لكن المرايل المبطنة بالرصاص الثقيلة التي تحمي العاملين والمرضى تحمل مخاوف صحية وبيئية خاصة بها. تستكشف هذه الدراسة فئة جديدة من الدروع الناعمة القائمة على الأقمشة التي تحجب أشعة إكس دون استخدام الرصاص السام، مما يشير إلى ملابس واقية أخف وأكثر أمانًا للمستشفيات والصناعات والمرافق النووية.

لماذا نحتاج أقمشة واقية جديدة

تعتمد الدروع التقليدية لأشعة إكس على الرصاص، وهو معدن كثيف يوقف الإشعاع جيدًا لكنه ثقيل، جامد، وسام إذا سُوءت معالجته أو تُرك نفايته بشكل غير صحيح. مع انتشار تقنيات التصوير والتطبيقات المعتمدة على الإشعاع، يزداد التعرض طويل الأمد للفنيين والممرضين والعمال الصناعيين. الدرع المثالي سيكون رقيقًا ومرنًا ومريحًا مثل الملابس العادية، ومع ذلك يحجب جزءًا كبيرًا من أشعة إكس—دون أن يضيف مخاطر جديدة. تمثل الأنسجة قاعدة جذابة لأنها قابلة للتنفس ومألوفة، لكنها تحتاج إلى أن تُشبع بالمكونات المناسبة لإيقاف الأشعة عالية الطاقة.

تحويل الأقمشة اليومية إلى حواجز إشعاعية

ركز الباحثون على كبريتات الباريوم (BaSO₄)، مسحوق أبيض غير سام يُستخدم بالفعل كعامل تباين في التصوير الطبي ومعروف بقدرته على امتصاص أشعة إكس بشكل فعال. خلطوا BaSO₄ مع محلول من الجيلاتين، مادة قابلة للتحلل الحيوي وتكوّن أفلامًا ومشتقة من الكولاجين، لصنع نوع من «طلاء الدرع» السائل. باستخدام طريقة تشطيب نسيجية شائعة تُسمى البَد-دراي (pad-dry)، نقعوا وعصروا هذا المزيج عبر ثلاثة أنواع من الأقمشة المحبوكة—قطن نقي، بوليستر نقي، ومزيج قطن/بوليستر—ثم جففوها. بتكرار الطلاء حتى خمس مرات وتغيير نسبة BaSO₄ من 20% إلى 60% بالوزن، أنشأوا مجموعة من الأقمشة متعددة الطبقات الخالية من الرصاص.

كيف تؤدي الطلاءات الجديدة

لفحص ما إذا كانت الأقمشة قد اكتسبت فعلاً قوة واقية، اختبر الفريق كم من شدة أشعة إكس تمر عبر كل عينة عند طاقات مختلفة. وجدوا نمطًا واضحًا: المزيد من BaSO₄ والمزيد من الطبقات يعنيان حجبًا أفضل. الأقمشة القطنية المعالجة بخمس طبقات تحتوي على 60% BaSO₄ حجزت نحو 85% من أشعة إكس الواردة عند الطاقات الطبية الشائعة حوالي 60 كيه إلكترون فولت، مقتربة من الحماية التي تقدمها مواد أثقل بكثير. أظهرت التصويرات المجهرية أن الجيلاتين ساعد على تثبيت جزيئات BaSO₄ الدقيقة بتوزيع متساوٍ عبر وداخل سطح النسيج، بينما كشفت اختبارات مقاومة الحرارة أن الحشو المعدني حسّن أيضًا من استقرار المادة عند درجات حرارة عالية. في الوقت نفسه، أظهرت اختبارات قطرات الماء أن تكديس الطبقات جعل السطوح أكثر طاردة للماء تدريجيًا، مما يساعد الطلاءات على مقاومة الرطوبة التي قد تضعف الأداء خلاف ذلك.

موازنة الحماية والراحة والمتانة

إضافة مسحوق معدني إلى قماش ناعم يغير حتماً من ملمسه. مع زيادة تحميل BaSO₄ وعدد الطبقات، أصبحت الأقمشة أكثر سمكًا ووزنًا وتيبسًا. أظهر القطن، الذي يمتص أكبر قدر من الطلاء، أكبر زيادة في الحجب لكنه أيضًا شهد أكبر قفزة في الوزن والصلابة، مما يجعله أنسب للألواح والمرايل أو الطبقات الخارجية بدلاً من القمصان اليومية. بقي البوليستر أخف وزنًا وأكثر مرونة لكنه احتوى على كميات أقل من BaSO₄، لذا قدم حماية أقل في نفس الشروط. وقفت الأقمشة المخلوطة بين هذين الطرفين، مما يشير إلى إمكانية ضبط المقايضة بين الراحة والحماية. والأهم من ذلك، أن حتى العينات المحملة بشكل أكبر ظلت قابلة للانثناء والتدلي حتى مستويات BaSO₄ المتوسطة وثلاث طبقات—ما يكفي للعديد من التطبيقات القابلة للارتداء.

ماذا يعني هذا لمستقبل سلامة الإشعاع

بشكل عام، تظهر الدراسة أن طرق الطلاء البسيطة الجاهزة للصناعة يمكن أن تحول الأقمشة العادية إلى دروع فعالة خالية من الرصاص لأشعة إكس عن طريق تضمين BaSO₄ محمولًا في مصفوفة جيلاتينية رقيقة. يمكن لهذه الأنسجة متعددة الطبقات أن تحجب جزءًا كبيرًا من أشعة إكس الطبية مع البقاء خفيفة ومرنة نسبيًا، خاصة عند مزج القطن والبوليستر بعناية. بالنسبة للجمهور، يشير هذا إلى ملابس واقية مستقبلية—مرايل وسترات وأكمام وستائر—أسهل في التصنيع والارتداء وأكثر لطفًا على البيئة من معدات الرصاص التقليدية. قبل أن تصل مثل هذه المنتجات إلى العيادات والمصانع، لا يزال يتعين إثبات متانتها طويلة الأمد تحت الغسيل والاحتكاك والانثناء المتكرر، لكن هذا العمل يضع أساسًا قويًا لجيل جديد من الحماية الإشعاعية الناعمة والمستدامة.

الاستشهاد: Okda, H.M.Y., Sheha, E.R., Zahran, F. et al. Development of multilayered polymer-BaSO₄ composites for flexible and efficient lead-free X-ray shielding. Sci Rep 16, 6719 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37398-x

الكلمات المفتاحية: حجب أشعة إكس خالٍ من الرصاص, أنسجة واقية من الإشعاع, مركبات كبريتات الباريوم, ملابس وقائية طبية, أقمشة مطلية بالبوليمر