كشفت مؤخراً دراسة مشتركة أجراها فريق عالم المواد، برئاسة الدكتور حسام الشريف أستاذ هندسة وعلوم المواد في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، عضو في الجمعية الفيزيائية الأمريكية, بالتعاون مع فريق خبير التصوير التشخيصي الطبي، الدكتور عبد القادر عبدالمحسن القناوي بجامعة الملك سعود بن عبد العزيز للعلوم الصحية, عن طريقة لشحن البطاريات عن بُعد، باستخدام مادة لينة متوافقة حيويّاً، تمتص الموجات الصوتية التي تمر عبر الجسم؛ ما من شأنه أن يقلل الحاجة إلى الحل الجراحي لإعادة شحن الأجهزة الطبية المزروعة للمرضى.
يذكر إن السعي لتطوير البطاريات بشكل أفضل بدأ منذ أكثر من 200 سنة، وذلك حينما اخترع عالم الفيزياء الإيطالي أليساندرو فولتا أول بطارية كهربائية في عام 1799، ومنذ ذلك التاريخ وحتى اليوم يبحث العلماء حول العالم في آليات تطوير أنواع جديدة ومتقدمة من البطاريات، خاصة تلك المستخدمة في الأغراض الطبية، وذلك عبر تسخير طائفة من المواد الجديدة مثل استخدام الهلامات المائية التي تعد موصلات كهربائية متوافقة حيويّاً؛ مما يجعلها مثالية للتطبيقات الإلكترونية الحيوية.
وجدير بالذكر، أن الهلامات المائية هي عبارة عن سلاسل أو جزيئات بوليمرية طويلة ومتشابكة محبة للماء، بحيث تُشكل شبكة ثلاثية الأبعاد، يمكنها الاحتفاظ بكمية كبيرة من الماء تصل إلى 90 في المائة؛ مما يمنحها قواماً مرناً قابلاً للتمدُّد. وتستخدم اليوم في مجالات الزراعة والري وهندسة الأنسجة، وفي عمليات توصيل العقار للجسم.
يوضح الدكتور كانج هيوك لي – المؤلف الرئيسي للدراسة – من “كاوست”، أن الفريق البحثي عمل على إدماج كحول عديد الفاينيل (بوليمر صناعي منحل في الماء) مع صفائح نانوية من المكسين (MXene)، وهو مادة نانونيّة مسطحة تتكون من غلاف خارجي مؤكسِد، ومحشوة بالمعدن والكربون الموصِل. ويضيف “مثلما يصبح الماء موصلاً للكهرباء عند إذابة الملح فيه، استخدمنا رقائق نانوية من (المكسين) لإنتاج الهلام المائي. وقد فوجئنا بأن المادة الناتجة يمكنها توليد طاقة كهربائية تحت تأثير الموجات فوق الصوتية”. يولِّد الهلام المائي الذي تم إنتاجه، والذي أطلقوا عليه اسم “إم – جِل” (M – gel)، تياراً عندما يحفز الضغط المستخدم تدفق الأيونات الكهربائية في الماء، فتملأ الهلام المائي. وعندما يكون هذا الضغط ناتجاً من الموجات فوق الصوتية، يسمى التأثير جهد الدفق الاهتزازي.
أثبت فريق “كاوست” صحة هذا المفهوم باستخدام طائفة من مصادر الموجات فوق الصوتية، بما في ذلك رؤوس أجهزة التصوير بالموجات فوق الصوتية الموجودة في العديد من المختبرات ومسبارات الفحص بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في المستشفيات للتصوير.
وتمكَّن الفريق من الشحن السريع لجهاز كهربائي مزروع داخل قطعة من اللحم البقري على عمق عد سنتيمترات من السطح.
وعن هذا الاكتشاف يعلق حسام الشريف قائلاً “هذا مثال آخر على الإمكانات المذهلة لـ(هلامات مكسين المائية)، التي طورناها بمختبرنا، في تطبيقات الاستشعار والطاقة”.
وتجدر الإشارة إلى أن علماء «كاوست» كانوا قد طورا سابقاً سوار معصم يراقب وضعك الصحي أثناء ممارسة الرياضة باستخدام مادة «مكسين» تجعل من السهل رصد المؤشرات الحيوية للجسم عبر تحليل العرق، وإرسال النتائج إلى صاحبها في رسالة قصيرة على هاتفه المحمول، دون الحاجة إلى التدخلات الجراحية أو الاستعانة بطبيب.
الدكتور حسام الشريف فى سطور:
المؤهل العلمي
دكتوراه في علوم وهندسة المواد من جامعة ولاية كارولينا الشمالية ، ١٩٩٥
ماجستير علوم في علوم وهندسة المواد من جامعة ولاية كارولينا الشمالية ، ١٩٩٢
بكالوريوس علوم في هندسة الخزف من جامعة ألفرد، ألفرد، نيويورك، ١٩٩٠
الاهتمامات البحثية
تتمثل اهتمامات الدكتور الشريف البحثية في حصاد الطاقة وتخزينها والإلكترونيات الناشئة. وتشمل المشاريع الحالية تطوير مواد النانو متناهية الصغر (وعلى وجه التحديد الأوكسدات) للمكثفات الفائقة وبطاريات لي-أيون وتوليد الطاقة الكهربائية الحرارية والإلكترونيات المرنة والشفافة والإلكترونيات متناهية الصغر.
