نظرا لارتفاع نسبة المصابين بمرض السكري في الدولة، طور ثلاثة طلاب من قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة الإمارات العربية المتحدة تقنية فحص للمرض، وتوصلوا إلى تكنولوجيا جديدة تسهم في فحص نسبة السكر في الدم بشكل دقيق وتحت أي ظروف جوية كانت كشدة الحرارة والرطوبة العالية خلال أيام الصيف الحارقة، والتي عادة ما تؤثر على أجهزة الفحص الموجودة في الأسواق وتفقدها فاعليتها، مستخدمين تقنية "النانو".
غدير عبد المجيد (العين) - أشار البروفيسور يوسف الحايك عضو هيئة تدريس في قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة الإمارات، الذي لديه الكثير من الاختراعات والأوراق البحثية التي تتضمن تطبيقات جديدة لتقنية النانو، على طلبته أحمد الحمادي، وأيمن العادلي، ومنصور المير أن يحاولوا إثبات مدى فعالية هذه التقنية في قياس نسبة السكر في الدم خلال مشروع تخرجهم الذي أشرف عليهم فيه، وفعلا تمكنوا من ذلك.
فكرة الجهاز
عن فكرة مشروع التخرج والجهاز المبتكر، يقول الحمادي “تتم عملية فحص السكري باستخدام الأجهزة المتوفرة في الأسواق التي تعتمد في عملها على تفاعل الأنزيمات الموجودة على شرائح الاختبار مع السكر الموجود في الدم، وإظهار النتائج عبر إعطاء قيمة رقمية على شاشة الجهاز، ونظرا لأن هذه الشرائح قد تتعرض للتلف نتيجة ارتفاع درجة حرارة الجو والرطوبة خلال الصيف، فقد توصلنا إلى حل جذري لها عبر استبدال الأنزيمات الموجودة على شرائح الاختبار بمواد نانوية تؤدي الغرض وبكفاءة عالية ولا تؤثر درجة حرارة الجو على دقتها أو فعاليتها، كما قمنا بصناعة جهاز لفحص السكر يختلف عن الأجهزة المباعة في الأسواق حيث يعطي نتائج صوتية بدلا من الرقمية لنساعد مريض السكري الذي عادة ما يتعرض لضعف بصره أو فقدانه في إجراء الفحص الذاتي لوحده والاستماع لصوت نتيجة الفحص، وكذلك الأمر بالنسبة لفاقدي البصر المصابين بالسكري، وصنعنا للجهاز شرائح اختبار خاصة تتناسب معه تعتمد أيضا على استخدام تقنية النانو”.
العمل في المشروع سار ضمن خطوات متسلسلة ومدروسة، يوضحها العادلي بقوله “بدأنا بمرحلة الدراسة النظرية للمشروع والتي شرعنا بها بعد أن حددنا الأهداف التي نود تحقيقها، ثم قمنا بشراء جهاز فحص السكري من السوق المحلي، وأخذنا نفككه ونتعرف على مكوناته وطريقة عمله، ونقرأ في المراجع والإنترنت عن مرض السكري وكيفية فحصه، وعدنا إلى آخر براءات الاختراع للأجهزة المتوافرة في الأسواق من أجل معرفة آخر التطورات في الأجهزة التي تفحص هذا المرض، وبغية تحديد التحسينات المراد إضافتها على الجهاز الذي نود ابتكاره”. ويتابع “أجرينا دراسة مستفيضة حول تقنية النانو للتعرف على ماهيتها وأهميتها واستخداماتها وعرفنا أن تقنية النانو هي إنتاج مواد بأحجام متناهية الصغر (1 نانو متر=1 من ألف مليون من المتر) ذات خواص تتعلق بحجمها المتناهي في الصغر، ولا تشبه هذه الخواص نفس المادة بالحجم الكبير، ومن الأمثلة عليها الكربون الناتج من احتراق قطعة ورق عبارة عن شريحة كربونية ذات سماكه تقدر بعشر المليمتر (مائة الف نانومتر) ومن المعروف أنه ليس لهذه الشريحة الكربونية أية مقومات قوة، لكن إن صنعنا الكربون نفسه في المختبر على شكل أنابيب نانوية بقطر يراوح 15 نانومتر تكون قوة هذه الأنابيب أعلى من الحديد، وهذا ما استفدناه من الدراسات والبحوث والاختراعات التي توصل إليها المشرف على مشروعنا البروفيسور الحايك في هذا المجال”.
الدراسة النظرية
أراد الفريق التأكد من فعالية تقنية “النانو” في الجهاز، يقول العادلي “أردنا معرفة واثبات مدى إمكانية وفعالية استخدام تقنية النانو كبديل عن الأنزيمات الموجودة على شرائح الاختبار المستخدمة في جهاز فحص السكري، وللإجابة على ذلك أجرينا فحوصات على عدة مواد نانوية من أجل اختيار أفضلها لأداء هذه المهمة، ونظرا لكثرة أنواع تلك المواد فقد استغرق منا الأمر جهدا ووقتا كبيرين، حيث إن لكل مادة خصائصها ومميزاتها وأشكالها وعلينا دراستها جيدا واختبارها إن كانت تؤدي الغرض أم لا، حتى وصلنا في نهاية عملية الاختبار والتي ساعدنا بها أجهزة موجودة في مختبرات الجامعة مثل جهاز النانو سايزر المتخصص بقياس حجم النانو، وجهاز الاسبكتوفوتوميتر المسؤول عن قياس تغير اللون في موجات ضوئية مختلفة، إلى ضرورة دمج ثلاث مواد نانوية معا وبنسب مختلفة وهي الذهب والبلاتينيوم والفضة والتي أعطت أفضل نتيجة في عملها كمحفز للعملية الكيميائية التي يتم فيها تفاعل الجلوكوز الموجود في الدم مع الأكسجين”.
وعن مرحلة الدراسة النظرية التي قام بها الطلاب على مدار فصل دراسي كامل، يقول المير “اتجهنا إلى رسم وتصميم الجهاز الخاص بنا والشريحة المناسبة له عبر جهاز الحاسوب وباستخدام برنامج تصميم هندسي عالمي اسمه (Solid work)، آخذين بالاعتبار أثناء عملية التصميم احتياجات المستهلك والإمكانيات المادية المتوفرة لنا من قبل الجامعة والتصاميم المتوفرة في الأسواق والمعروضة عبر الإنترنت حيث استوحينا منها فكرة الجهاز الجديد، أما الشريحة فكانت عملية تصميمها أصعب بكثير من الجهاز نفسه على الرغم من صغر حجمها ، وذلك لضرورة أن تتفق مع الجهاز المبتكر وتحقق الغرض بكفاءة عالية”.
ويذكر المير أنهم في مطلع الفصل الدراسي الثاني، والذي بدأت معه المرحلة الثانية التطبيقية من المشروع، قاموا بتحديد المواد والقطع الواجب شرائها من السوق المحلي والخارجي لتصنيع الجهاز والشريحة والقطع الأخرى التي يجب عليهم تصنيعها بأيديهم في ورشة الكلية.
مبدأ العمل
عن مكونات الجهاز والشريحة ومبدأ عمله، يقول المير “صنعنا صندوقا بلاستيكيا بحجم كف اليد من أجل أن يضم الأجزاء الإلكترونية الداخلية المكونة للجهاز وهي الميكروبروسوسر وجهاز استشعار ضوئي ومصدر للضوء وبطارية 9 فولتات ومكبر للصوت، ومكبر للفولتات وأسلاك توصيل كهربائية، أما الشريحة الخاصة بهذا الجهاز فتتكون شريحة سائلة تتكون من مواد نانوية سائلة ومادة كاشفة لتغير اللون إلى جانب عينة الدم المراد تحليلها وقد قمنا ببرمجة الجهاز مع هذه الشريحة ليقوم الجهاز باستشعار تغير باللون الناتج من تفاعل السكر مع الحبيبات النانوية حيث أن كمية التغير باللون لها علاقة طردية مع كمية السكر في الدم”.
ويوضح الحمادي أن الجهاز والشريحة التي تحدث عنها المير فيما سبق قاموا بعملية صناعتهما من الصفر أما النوع الآخر، وهو الشريحة الخاصة بجهاز فحص السكري الموجود في الأسواق فلم يعيدوا تصنيعه بل طوروا الشريحة القديمة عبر شرائها ونزع الأنزيمات منها واستبدالها بمواد نانوية جافة ومادة كاشفة لتغير اللون جافة أيضا .
ويؤكد الحمادي نجاح الجهاز والشريحتين في عملهما حيث أجروا عملية اختبار لهم عبر وضع المادة النانوية والكاشفة للون السائلة مع عينة جلوكوز في شريحة اختبار زجاجية، ووصلها بالميكروبروسوسر الموجود في الجهاز المبتكر ومراقبة عملية تحويل الفولت الناتج عن اختلاف السكر في الدم إلى صوت يسمع عبر مكبر الصوت فتمت العملية بنجاح، أما الشريحة الثانية المعدلة فتم اختبار كفاءتها بحسب أحمد عبر توصيل الجهاز المباع في الأسواق بأجهزة قياس الكترونية، ومراقبة عملية فحص نفس عينة الجلوكوز الموضوعة في الشريحة الجافة المحتوية على مادتين جافتين، وهما مادة نانوية ومادة كاشفة لتغير اللون ومشاهدة النتيجة الرقمية التي ظهرت على شاشة الجهاز لتعطي الرقم نفسه الذي نطق به الجهاز الآخر”.
معوقات العمل
عدم توافر المواد المكونة للجهاز والشرائح والاضطرار إلى استيرادها من الخارج وتحمل تأخرها ليست الصعوبة الوحيدة التي واجهها الطلاب، حيث لفتوا إلى أن محدودية المخصصات المالية للمشروع دفعتهم لشراء جهاز استشعار رخيص الثمن، ما أثر على دقة القيمة الصوتية لعينة الفحص، ولو تم استبداله بجهاز استشعار ذي جودة أعلى ستكون النتائج أفضل بالتأكيد، إلى جانب أن ضيق الوقت والسرعة والتوتر في الأسابيع الأخيرة قبل مناقشة المشروع أمام لجنة التقييم في الكلية أوقعتهم في مطب احتراق المصدر الضوئي للجهاز عدة مرات نتيجة توصيله بطاقة كهربائية أعلى من حاجته، بالإضافة إلى عدم السماح لطلبة مشاريع التخرج بدخول مختبرات الجامعة إلا يومين فقط في الأسبوعين الأخيرين قبل المناقشة أطال من مدة إنجاز المشروع. وحول إمكانية تطوير الجهاز، يردون بأنهم يطمحون لتطويره ليصبح حجمه أصغر وبشكل أجمل وأن يزود بأجزاء إلكترونية ذات جودة عالية لتعطي نتائج أفضل.
عدد اليوم
