CAMART2: نقل التكنولوجيا المبتكرة من المختبر إلى المصنع

تقدم الدكتورة Līga Grīnberga من معهد فيزياء الجوامد بجامعة لاتفيا مشروع CAMART ² الثوري، مما يساعد على إخراج التكنولوجيا المبتكرة من المختبر إلى العالم الحقيقي.

يعد معهد فيزياء الجوامد بجامعة لاتفيا (ISSP UL) أحد المؤسسات البحثية الرائدة في لاتفيا – حيث تم وضع الأسس القوية منذ 45 عامًا.

إنه أيضًا المكان الذي، منذ عام 2017، قام مشروع CAMART ² (مركز التميز لأبحاث المواد المتقدمة ونقل التكنولوجيا) برفع القدرات البحثية من خلال تنفيذ استراتيجيات بحثية جديدة وتطوير البنية التحتية لتقوية اتجاهات البحث ذات الأولوية للمعهد – والتي تشمل علوم المواد، تكنولوجيا النانو والأغشية الرقيقة والضوئيات والإلكترونيات الدقيقة والنانوية.

استخدم المشروع أيضًا نهجًا جديدًا لتوجيه البحوث الأساسية نحو الاحتياجات التكنولوجية والتحديات الصناعية. تم إنشاء الهيكل في إطار CAMART ²ساهم في تطوير تقنيات متطورة وفريدة من نوعها وقابلة للتسويق.

تيس

ليس من غير المألوف أنه أثناء البحث عن شيء واحد، يخرج منه شيء غير متوقع. أحد الابتكارات التي تم إنشاؤها في ISSP UL هو المستشعر الكهروحراري ، الذي ظهر أثناء تطوير مولد كهربائي حراري عضوي رقيق.

فازت هذه التكنولوجيا المبتكرة – مستشعر الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي السرعة (TESS) – بأحد أهم إنجازات أكاديمية لاتفيا للعلوم في مجال جوائز العلوم التطبيقية في عام 2021.

جهاز الاستشعار الجديد مفيد بشكل خاص في التحكم في الطاقة في تقنيات الليزر المختلفة.

التكنولوجيا المبتكرة التي ابتكرها علماء مختبر المواد العضوية في ISSP UL أسرع 1000 مرة من المستشعرات الموجودة اليوم في سوق المستشعرات الكهروحرارية.

حتى الآن، كانت المستشعرات الكهروحرارية قادرة على قياس متوسط طاقة الليزر في الوقت المناسب، وعادة ما يكون متوسط العديد من النبضات الفردية.

يمكن للمستشعر الكهروحراري الجديد أن يميز كل نبضة ليزر على حدة. تعد قدرة هذا الجهاز على قياس كل نبضة والتحكم فيها ذات أهمية خاصة في كل مكان يتم فيه استخدام الليزر لتعديل خصائص المواد.

يشمل ذلك عمليات اللحام والقطع والنقش بالليزر والعديد من تطبيقات الجراحة بالليزر.

تسمح التقنية المبتكرة بقياس قوة الليزر عالية السرعة في نطاق طيفي واسع من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء البعيدة.

تعتمد التقنية نفسها على التأثير الكهروحراري في الأغشية الرقيقة. تكمن استثنائية خصائص الجهاز في الخصائص الفريدة للمادة العضوية التي يستخدمها العلماء.

يتم الجمع بين الموصلية الحرارية المنخفضة جدًا للمواد والقدرة العالية نسبيًا على تحويل التدرج الحراري إلى كهرباء (يتميز بمعامل سيبيك).

أتاحت هذه المجموعات من الخصائص فرصة لإنشاء مستشعر يعتمد على أغشية رقيقة يمكنها توليد إشارة قوية بما يكفي لقراءتها من نبضة ليزر واحدة.

في نفس الوقت، يسمح استخدام الأفلام ذات السماكة دون الميكرون بإنشاء جهاز استشعار بسعة حرارية منخفضة بشكل استثنائي؛ لذلك، يمكن للجهاز العمل بسرعة عالية جدًا وفي منطقة طيف الأشعة تحت الحمراء حيث لا تعمل أشباه الموصلات التقليدية.

يسمح هذا بتوصيف نبضات الليزر الفردية، والتي كانت حتى الآن مستحيلة عمليًا.

سيسمح استخدام هذه المستشعرات في أدوات مختلفة تعتمد على تقنية الليزر بتشغيلها بشكل أكثر فاعلية وأسرع وقد يطور أيضًا إمكانيات جديدة.

في جراحة الليزر، سيسمح المستشعر الجديد بإجراء العديد من العمليات الجراحية بسرعة ودقة أكبر.

على سبيل المثال، يمكن إجراء جراحة استئصال الوريد بشكل أسرع من خلال القدرة على التحكم في قوة كل نبضة ليزر وبالتالي إعطاء الجرعة اللازمة في وقت أقصر وبشكل أكثر دقة.

قال أحد مؤسسي TESS، الدكتور مارتيش روتكيس: “أكدت TESS مرة أخرى اقتناعي بأنه إذا كان هناك شخص ما يحقق في ظاهرة أو يطور منتجًا معينًا، فيجب أن يكون منفتح الذهن ومستعدًا لفرصة غير متوقعة تمامًا للظهور.

وعندما يحدث ذلك، يجب أن يكون الباحث شجاعًا بما يكفي لاتخاذ هذا الطريق الجديد لتحقيق النجاح “.

جهاز الاستشعار الكهروحراري حاصل على براءة اختراع في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة واليابان والصين.

تم توقيع عقد ترخيص ونقل التكنولوجيا مع Thorlabs ، المصمم الرائد والمصنع لمعدات الضوئيات للبحث والتصنيع والتطبيقات الطبية الحيوية.

تقنية العضو على رقاقة

منذ البداية، كان الهدف من العمل المشترك للباحثين من مختبر الأجهزة الدقيقة والمتناهية الصغر التابع لـ ISSP UL ومركز لاتفيا للبحوث الطبية الحيوية هو إنشاء جهاز فريد من نوعه على شكل رقاقة – عضو اصطناعي مصغر أو نسخة طبق الأصل من عضو.

خارج جسم الإنسان. إنه جهاز بوليمر به قنوات صغيرة بداخله. يطلق عليها اسم رقاقة لأنها مصنوعة في الغالب باستخدام تقنية أشباه الموصلات، وهي نفس التكنولوجيا التي تجعل كل جهاز إلكتروني حديث ممكنًا تقريبًا.

لا يحل العضو الموجود على رقاقة محل الأعضاء الحقيقية ولكنه يعمل كنموذج اختبار.

أول جهاز ابتكره العلماء، متبوعًا برئة على رقاقة، كان عبارة عن أمعاء على رقاقة. يسمح باختبار تأثير الأدوية، والحصول على معلومات أكثر من النماذج المختبرية المستخدمة حتى الآن.

يوضح الباحثون أن القناة الهضمية تحتوي على هياكل زغبية لا يمكن تكرارها عن طريق نمو الخلايا في طبق بتري.

بالطبع، هناك بديل لاختبار الأدوية على الحيوانات، التي لديها النشاط الخلوي المطلوب وهو هيكله، كن أمعاء الحيوان، مع ميكروبيوتا ، تختلف اختلافًا كبيرًا عن أمعاء الإنسان.

هناك العديد من المجالات التي يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا المبتكرة فيها في: الأدوية (اختبار الأدوية واللقاحات)، وإنتاج المضافات الغذائية ومبيدات الآفات (اختبار السلامة)، وصناعة الفضاء (تحديد التركيبة الصحيحة من البروبيوتيك لرواد الفضاء).

تعني التكنولوجيا أن الأمراض، مثل السرطان وأمراض الجهاز الهضمي المختلفة، يمكن أن تنمو على رقائق.

بهذه الطريقة، سيكون من الممكن رؤية كيف يؤثر الدواء على الفرد، إذا كان لديه ظروف معينة. في النهاية، يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية المبتكرة في الطب الشخصي أو الدقيق.

يقترح العلماء الذين يقفون وراء هذه التقنية أنه في المستقبل، سيتمكن الجميع من الحصول على أعضائهم على رقائق مصنوعة من خلاياهم الجذعية، والتي يمكن تخزينها في بنك خاص. عندما تظهر الحاجة إلى علاج أكثر جدية،

أسس العلماء الذين طوروا تقنية العضو على رقاقة في لاتفيا شركة ناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية تسمى Cellbox Labs ، والتي اشترت الملكية الفكرية المرتبطة بالاختراع من معهد فيزياء الحالة الصلبة.

قال الدكتور جاتيس موزوفسكيس ، رئيس مختبر Micro and Nanodevices والمؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Cellbox Labs: “نحن متفائلون بشأن حقيقة أنه من خلال جذب الاستثمارات، يمكننا أن نصبح في الوقت المناسب شركة أخرى من شركات يونيكورن في لاتفيا.

تتمتع هذه الفكرة والمجال بإمكانية هائلة لإحداث ثورة في اكتشاف الأدوية وعمليات علاج المرضى، مما يمهد الطريق نحو رعاية صحية أكثر سهولة للجميع.

في الوقت الحالي، نحن في وضع جيد لتقديم الإمكانات التي لم تنطلق بعد للتكنولوجيا! “

يتم دعم أنشطة البحث والتطوير والتسويق هذه من خلال مشروع Horizon 2020 Teaming التابع لـ ISSP UL، CAMART 2، والذي يعد أحد أهم المشاريع في العلوم اللاتفية، وحصل على تمويل من المفوضية الأوروبية للتطوير الاستراتيجي بمساعدة كبار اللاعبين في مجال من السويد – المعهد الملكي للتكنولوجيا (KTH) ومعاهد البحوث السويدية (RISE).

يهدف المشروع إلى تعزيز مكانة ISSP UL كمركز إقليمي مهم للعلم والابتكار ونقل التكنولوجيا وتقوية مكانة دولة لاتفيا في أوروبا وعلى الصعيد الدولي.