توظيف نفايات غير قابلة للتحلل البيئي لإنتاج أجهزة نانونية متطورة

أكد أن إعادة تدويرها من المواد الضارة يوفر الطاقة د. طارق الطلحي ل اليوم :

كشف باحث متخصص في مجال الطاقة ومصادرها، أن إعادة تدوير النفايات من المواد الضارة مثل أكياس البلاستيك باستخدام تقنية النانو يساهم بشكل كبير في توفير الطاقة من الطريقة التقليدية، مشيراً إلى أن الأهمية الاقتصادية والصحية، تكمن في أهمية تطبيقات أنابيب الكربون النانوية وقيمتها المالية، وبخط متواز أيضا مع أهمية الحد من أضرار الأكياس البلاستيكية بيئيا وصحيا واقتصاديا
قال الدكتور طارق عتيق الطلحي الأكاديمي في جامعة الطائف ل "اليوم": إنه قدم بحثا يكمن في تحضير أغشية منظمة بدقة من أنابيب الكربون النانونية من الأكياس البلاستيكية غير القابلة للتحلل والمزودة بقدرة تحكم على المستوى الجزيئي نحو إعادة تدوير عن طريق تقنية النانو، وإنتاج مواد نانوية صناعيا لبيئة أفضل في مجالات الطاقة والتطبيقات الصناعية".
وأشار إلى أن البحث يستعرض قدرة تقنية النانو في تحويل أكياس البلاستيك غير القابلة للتحلل إلى قوالب اغشية منظمة تنظيما دقيقا من أنابيب الكربون النانونية مع تزويدها بخصائص تحكم نقل على المستوى الجزئي.
إنتاج أجهزة نانونية متطورة
يقول الدكتور طارق الطلحي: "خلال هذه العملية يتم استخدام الأكياس البلاستيكية كمصدر لذرات الكربون، حيث تخضع العملية لترسيب بخاري كيميائي لهذه الذرات دون الحاجة لمذيبات لإنتاج أنابيب الكربون النانونية".
وأبان علاوة على ذلك يتم إنماء هذه الأنابيب داخل أغشية نانوية مسامية على شكل قنوات منظمة مادة أكسيد الألمنيوم ويتم اختبار خصائص النقل الجزيئي بإخضاع الأغشية المنظمة من أنابيب الكربون النانونية لعملية نقل من قبل عدة جزيئات مختلفة الشحنة الكهربائية موجبة، سالبة ومتعادلة النتائج تظهر قدرة هذه الأغشية على ضبط انتقائي للنقل الجزئي وذلك بوصفها عن طريق تفاعلات داخلية بين الجزيئات المنتقلة والجدران الداخلية لأنابيب الكربون النانونية".
وأضاف: يستخلص من هذه الدراسة أن مادة نفايات غير قابلة للتحلل البيئي يمكن أن توظف مباشرة لإنتاج أجهزة نانونية متطورة كما هو الحال في أغشية أنابيب الكربون النانونية، وتعدينا ذلك بمراحل، فبالإضافة إلى أن إنتاجنا لأنابيب الكربون النانونية من الأكياس البلاستيكية، ننتجها بكميات كبيرة وبمادة لا تساوي شيئا تجاريا (الأكياس البلاستيكية) وبنقاء عال لعدم استخدامنا لمذيبات أو حتى حفازات، حيث استطعنا التلاعب هندسيا بشكل المادة وانتاجها بفضل من الله عز وجل بأشكال مختلفة لتفتح آفاقا جديدة وكفاءة عملية اعلى".
وتابع الطلحي: "الأكياس البلاستيكية غير القابلة للتحلل تشكل خطرا كبيرا على النظم الإيكولوجية الطبيعية والعديد من التقارير وثقت بما لا يدع مجالا للشك أنها عبء على المكان الذي تستقر به، مسببة تلوثا بيئيا على التربة والهواء والماء على حد سواء حتى في حال حرقها".
واسترسل: وعلى وجه الخصوص الأكياس البلاستيكية تشكل خطرا على الكائنات الحية، حيث تتناولها السلاحف البحرية لاعتقادها بأنها قناديل البحر، مما يؤدي الى موتها، بل وتعمل على تهديد الثروة السمكية حيث إنها تسد خياشيم الأسماك مؤدية إلى موت جماعي لها إضافة إلى كونها في غاية الخطورة لبيئتنا.
البلاستيك عبء مالى كبير
وشدد الدكتور طارق على أن أكياس البلاستيك تمثل عبئا ماليا كبيرا بالنسبة للملايين من دافعي الضرائب في جميع أنحاء العالم من حيث الحد من القمامة، والعديد من البلدان قد نفذت بعض الأنظمة للسيطرة على تداول وإنتاج الأكياس البلاستيكية (مثل الرسوم المباشرة، وتعزيز الإعلام بدافع التوعية لأضرارها البيئية ودفع الافراد لاستخدامها بشكل متكرر، الخ).
وواصل حديثه وعلى الرغم من كل هذه الجهود، والعديد من أكياس البلاستيك لا تزال تستهلك في محلات السوبر ماركت ومحلات البقالة يوميا، التي تدخل بعد ذلك في النظم الإيكولوجية الطبيعية لذلك، توجب إيجاد منهجيات ذات كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لإعادة التدوير وتجنب المشاكل الناجمة من تواجد الأكياس البلاستيكية غير القابلة للتحلل على البيئة، وذلك بتحويل النفايات البلاستيكية إلى أجهزة متقدمة ومتطورة ليس فقط حلا رائعا للحد من التلوث البيئي.
وأبان: وأيضا للحصول على منافع اقتصادية، حيث إن هذه الخطوة سيكون لها إضافة ذات قيمة عالية في الأسواق العالمية، فمعظم طرق تحضير أنابيب الكربون النانونية تعتمد على مصادر كربون باهظة الثمن، وهنا يكمن الفارق في البحث، حيث إن عملية تحضير انابيب الكربون النانونية خالية من الحفازات مع إستراتيجية نموها داخل أغشية الألومينا ينتج اغشية منظمة وبدقة من أنابيب الكربون بقدرة هندسية محكمة تتمثل في تحكم كامل في الأقطار والشكل من أي من الأكياس البلاستيكية المتاحة تجاريا دون الخوف من تكون مركبات سامة".
وزاد "الطلحي": "وضعنا قدما في عملية تحضير الأغشية من الأنابيب النانونية مرتبة بشكل سداسي وهندسي منتظم واضحة المعالم وصديقة للبيئة، ويستند هذا السيناريو على عملية خالية من تواجد حفازات وباستخدام أغشية الالومينا لتحضير أنابيب الكربون النانونية من الأكياس البلاستيكية المتاحة تجاريا مباشرة كمصدر لذرات الكربون.
وأضاف: وبالتالى فإن العديد من المزايا يمكن الإشادة بها في هذه العملية (مثل إعادة تدوير النفايات من المواد الضارة مثل أكياس البلاستيك، وتوفير الطاقة في إعادة التدوير، عدم الحاجة إلى المركبات الكيميائية السامة من المواد الحفازة، وإنتاج منتج متطور وذي قيمة عالية، الخ) مما يؤهلها أن تكون صديقة للبيئة وتنافسية من حيث التكلفة لتنفيذ عمليات تقنية النانو.
وتهدف هذه الدراسة الى المساهمة بشكل ملحوظ نحو تكنولوجيا النانو الخضراء الدائمة لمنع النظم الإيكولوجية الطبيعية لدينا من التلوث البيئي.
الحد من ضرر الأكياس البلاستيكية
وقال "الطلحي": "الاهمية الاقتصادية والصحية لهذه الأبحاث تكمن في أهمية تطبيقات أنابيب الكربون النانونية، وبخط متواز، وكذلك الحد من ضرر الأكياس البلاستيكية بيئيا على المجال الصحي والاقتصادي أيضا.
والخواص التي تتمتع بها أنابيب الكربون النانونية ووجود آلاف الباحثين والمجموعات البحثية ومراكز بحث حول العالم، بل وعدة مئات من الأبحاث العلمية المنشورة في اكبر واقوى المجلات والدوريات العلمية، تظهر مدى الأهمية الاقتصادية والعلمية الخاصة لهذه الفئة الفريدة من المواد النانونية.
وزاد: "ولنكون عمليين ودقيقين وبعيدين عن الجانب النظري للبحث نستطيع ايجاز ثلاثة تطبيقات للكربون المنتج والتي من البديهي أن تحمل فوائد اقتصادية جمة بل وأكثر من ذلك".
وأكد أن نتائج معملية ونسبة مئوية تظهر مدى التقدم على الصعيد العملي والتطبيقي تتمثل في أجهزة فصل نانونية متطورة: وتوظيفها كفلاتر وأغشية لتنقية وتحلية المياه، بل وأبعد من ذلك أغشية فصل تعمل على المستوى الجزئي وبشكل انتقائي.
والانتقائية محكومة عن طريق التفاعل بين الجزيئات والسطح الداخلي لجدران الأنابيب النانونية، وهذه النتيجة أظهرت في هذا البحث بتحليل أداء نقل هذه الأغشية عند نقل عدة جزيئات مع شحنات مختلفة إيجابية، شحنة سالبة ومحايدة لفهم طبيعة النقل الداخلي لهذه الأنابيب النانونية، إضافة إلى نواقل نانونية ذكية لنقل أدوية العلاج الكيميائي (موصلات دوائية).
وتمكن استخدام التجويف الداخلي لأنابيب الكربون النانونية المحررة لتقديم الأدوية المضادة للسرطان،عن طريق تحميل هذه الأنابيب الكربونية بدواء مضاد سرطان بينما سطحه الخارجي يغطي مع بوليمر قابلة للتحلل (الشيتوزان) من خلال ترسيخ السلاسل البوليمرية في لمجموعات وظيفية على السطح الخارجي لأنابيب الكربون وأخيرا استخدام أنابيب الكربون كمادة صلبة في الاسمنت والبناء تحمل الكثير والكثير من الفوائد الاقتصادية.
التطبيقات البيئية لأنابيب الكربون
وأشار "الطلحي": إلى أن التطبيقات التقنية والبيئية لأنابيب الكربون المحضرة من الأكياس البلاستيكية التي تسبب تلوثا عالميا باعتبارها الأكثر استعمالا حول العالم بسبب مجانيتها، ووزنها الخفيف وعدم تحللها، وإنتاج مادة ذات نفع اقتصادي، بيئي، صناعي وبحثي، علاوة على تصنيفها كأحد أكثر المواد المكتشفة في القرن الحادي والعشرين.
ولفت إلى أن التطبيق الأول يكون في أجهزة فصل نانوية متطورة، وتوظيفها كفلاتر واغشية لتنقية وتحلية المياه، بل وأبعد من ذلك أغشية فصل تعمل على المستوى الجزئي وبشكل انتقائي، هذه الانتقائية محكومة عن طريق التفاعل بين الجزيئات والسطح الداخلي لجدران الأنابيب النانونية.
وهذه النتيجة أظهرت في هذا البحث بتحليل أداء نقل هذه الأغشية عند نقل عدة جزيئات مع شحنات مختلفة إيجابية، شحنة سالبة ومحايدة لفهم طبيعة النقل الداخلي لهذه الأنابيب النانونية، وجاهزية التطبيق 100 بالمائة، والتطبيق الثاني ينقسم الى جزيئين بناء على طريقة المعالجة لنوعين من السرطان واللذين يعتبران الاشرس والأكثر انتشارا في العالم وفي المملكة، وذلك عبر نواقل نانونية ذكية: نواقل نانونية ذكية لنقل أدوية العلاج الكيميائي (موصلات دوائية).
ويمكن استخدام التجويف الداخلي لأنابيب الكربون النانونية لتقديم الأدوية المضادة للسرطان، عن طريق تحميل هذه الأنابيب الكربونية بدواء مضاد سرطان بينما سطحه الخارجي يغطي مع بوليمر قابلة للتحلل (الشيتوزان) من خلال ترسيخ السلاسل البوليمرية في لمجموعات وظيفية على السطح الخارجي لأنابيب الكربون.
وفي هذه العملية يتم استخدام الأكياس البلاستيكية كمصدر لذرات الكربون تخضع لعملية ترسيب بخاري كيميائي لهذه الذرات دون الحاجة لمذيب او حفاز لإنتاج انابيب الكربون النانونية، علاوة على ذلك يتم انماء هذه الانابيب داخل أغشية نانوية مسامية على شكل قنوات منظمة من مادة اكسيد الألمنيوم، دون الحاجة أبدا لمركبات ومواد كيميائية مكلفة وسامة.
قتل خلايا سرطان الثدي
وأكد الدكتور الطلحي أن استخدام أنابيب الكربون النانونية بعد تحريرها من الغشاء بعد عمليات معالجة بسيطة وتوظيفها كموصل دوائي لقتل خلايا سرطان الثدي والذي يعتبر من أكثر أمراض السرطان انتشارا، وجاهزية التطبيق بنسبة 65 بالمائة.
وأظهرت أنابيب الكربون النانونية المحضرة من الأكياس البلاستيكية ومعبأة بعلاج المضاد للسرطان، المعروف ب الدوكسوروبوسين والذي يقحم جزيئاته بين جزيئات الحمض النووي الخلوي ومما يعطل عمله، وبالتالي عمل الخلية يوقف تكاثرها، تحت اسم (CNC) كبسولات الكربون النانوية لأنها مفتوحة من طرف ومغلقة من طرف.
وأوضح أن هذا يعود إلى مرونة وقدرة طريقتنا في تحضير أنابيب الكربون مفتوحة الطرفين او مغلقة من طرف ومفتوحة من طرف، والجزء الثاني من التطبيق الثاني يتمثل في أجهزة نقل موضعي مزودة بتراكيب الكربون النانوية المتطورة، حيث تواجه تكنولوجيا زراعة العظام تحديات كثيرة مثل الالتهابات، والعدوى البكتيرية وضعف الترابط، والتي يمكن معالجتها من خلال تحقيق توصيل الدواء موضعيا من سطح المادة الرابطة.
وواصل حديثه "ويركز هذا التطبيق على تعديل الأسطح الداخلية على الدعامة بتكوين أنابيب الكربون النانونية على معدن التيتانيا (TiO2)، وبالتالي زيادة الخصائص الكهربائية والميكانيكية والكيميائية المميزة لهذه الأنابيب النانونية وإضافتها على معد التياتانيا المكون الرئيسي للدعامة، وبالتالي تطوير إنتاج وإطلاق الدواء من الأنابيب.
ويهدف التطبيق إلى الدراسة والتحقيق في الخصائص المضافة من إضافة أنابيب الكربون النانوية داخل الدعامات العظمية وملئها بالعلاج للقيام بالمعالجة الموضعية.
وعلل أهمية استخدام التوصيل الدوائي الموضعي للعظام بقلة نسبة وصول الدم الى العظام مقارنة بالأنسجة الأخرى مثل سرطان الثدي، حيث تم تطبيق أنابيب الكربون الحرة وذلك لوجود نسبة دم عالية قادرة على نقل هذه الأنابيب إلى الخلايا السرطانية وإبداء عملية المعالجة، وبالتالي استطعنا من مادة تصنف كمضرة وملوثة وعديمة النفع في البيئة إلى وسيلة علاجية بكل طريقتي المعالجة السرطانية.
امتصاص الزيوت من المياه وتوظيفها
وتابع "الطلحي": "أما التطبيق الثالث فيتمثل في أجهزة فصل نانونية متطور لامتصاص الزيوت من المياه وتوظيفها كفلاتر ومواد منقية للمياه من ظواهر التلوث الزيتية والمواد العضوية التي أصبحنا نسمعها وكأنها شيء مقدر وشيء مألوف بالرغم من أثرها التدميري للكائنات الحية، وتهديد حقيقي لسيادات الدول اقتصاديا وبيئيا.
وأفصح أن جاهزية التطبيق تصل الى 100 بالمائة، حيث تعمل على المستوى الجزئي وبشكل انتقائي لامتصاص المادة الزيتية فقط دون الماء، فيما كان التطبيق الرابع مضادات نانونية حيوية من انابيب الكربون النانونية المطعمة بالفضة، حيث اختبرت انابيب CNTS من اكياس البلاستيك والمطعمة بجزيئات الفضة النانونية ل«المكورات العنقودية الذهبية Staphylococcus aureus هي بكتيريا موجبة لصبغة غرام.
وأكد أنها تتميز بقدرتها على إفراز العديد من الإنزيمات مثل إنزيم coagulase كما تستطيع إفراز العديد من السموم وهذه عوامل تساهم في زيادة ضراوتها، كما تستطيع أن تسبب التهابات السحايا، العظام، الكلية وتسمم الدم وتسبب التهابات الجروح خاصة بعد العمليات الجراحية.
كما تصيب المرضى القابعين في المشافي وفى أماكن الديلزة والقسطرة وتعرف بقدرتها على مقاومة المضادات الحيوية كمقاومتها للبنيسيلات ومنها المثيسيلين مما يعنى استنفاد معظم الوسائل في مقاومتها نظرا لمقدرتها على عمل رقائق بكتيرية معقدة تدعى بيوفيلم (biofilm) حيث تشكل حاجزا يمنع أجهزة المناعة وحتى المضادات الحيوية من الوصول للهدف فتزيد من قدرتها الأمراضية وبالتالي من السهل أن تسبب مضاعفات خطيرة.
وزاد: "بل واكثر من ذلك اظهرت الأنابيب النانونية الكربونية نشاط المضادة للبكتيريا، المتقلبة والإشريكية Escherichia coli كان النشاط المضاد للبكتيريا مقارنة أعلى قليلا من تلك التي لوحظت مع لسيبروفلوكساسين على الفلوروكينولون -مضاد حيوي واسع الطيف المعروف الاختيار المستخدم بشكل واسع الطيف فعال ضد معظم الجراثيم الهوائية سلبية وإيجابية الغرام، بما فيها الزائفة الزنجارية.( Pseudomonas Aeruginosa) وفعال أيضاً ضد كثير من الجراثيم اللاهوائية(anaerobic bacteria) وهو بصورة رئيسية مبيد للجراثيم ويحول دون استنساخ الحمض النووي البكتيري.
وتتمثل القدرة في هذه النتائج على صغر الحجم وخصائصها المميزة التي تمتلكها هذه الجزئيات من أنابيب الكربون النانونية المحملة بجزيئات الفضة لمساحة سطح تمكنها من التفاعل مع الهدف البيولوجي حيث تستطيع اختراق الخلايا بشكل أفضل من الطرق التقليدية وبحجمها الصغير تدخل لداخل الخلايا من 10-100 نانومتر قادرة على اختراق الأنسجة.
وظهر ذلك جليا في استخدامها كموصل دوائي لمعالجة الخلايا السرطانية، وفي هذه الآونة لوحظ مقاومة حادة من مسببات المرض للمضادات الحيوية، والذي يقودنا الى أهمية تغيير استراتيجياتنا للحرب مع هذه المسببات وتطوير ثورة جديدة في عالم المضادات البكتيرية، بل واكثر من ذلك الفيروسية بالتوجه فعليا عمليا صناعيا الى المضادات النانونية، وجاهزية التطبيق بنسبة 60 بالمائة".
إيقاف انتشار الكسر للخرسانات
وزاد "الطلحي": "وكان التطبيق الخامس مواد بنائية والذي يعتمد على الخواص الميكانيكية والقوة الممنوحة من هذه المادة لأي مواد تضاف عليها، فعلى سبيل المثال لا الحصر الخرسانات الصلبة، حيث يتم في الخرسانات زيادة قوة الشد وإيقاف انتشار الكسر بسد الفراغات البينية وعدم السماح على دخول جزيئات الماء، والمنسوجات، بتصنيع أقمشة مقاومة للتمزق والمياه، وسترات حماية، لتصنيع دروع واقية باستخدام الأنابيب النانونية الكربونية كألياف فائقة القوة يمكنها التصدي للرصاص والأسلحة البيضاء، فيما كان التطبيق السادس بأسطح للتخزين غاز الهيدروجين وإطالة عمر اسطوانات الغاز والمواد الهيدروكربونية".
وقال "الطلحي": "لا تعتبر التطبيقات السابقة الوحيدة لمادة أنابيب الكربون النانونية المحضرة في الدراسة والبحث، فبالنظر إلى موقع البحث العلمي ومواقع المجموعات البحثية بل والمنظمات ومراكز البحث العلمي حول العالم، ستجدون بما لا يسمح بمجال للشك ويوضح أن هذه المادة فريدة من نوعها.
وتسعى جميع الوحدات البحثية إلى استخدامها وتوظيفها في مجالات تجارية كثيرة، وعلى سبيل المثال لا الحصر استخدام هذه المادة في الأغراض الطبية للكشف عن المسبب المرضي للخلية الحية عن طريق تحضيرها بخواص مغناطيسية، وبالتالي دخولها للخلية، ثم استرجاعها مرة اخرى بمجال مغناطيسي والكشف عن المحتوى الخلوي الداخل في تجويفها دون الضرر بالخلية إطلاقا. خلال عملية دخولها الخلية، كما ان لتطبيق مادة أنابيب الكربون النانوية آفاقا لا حدود لها".
النفايات البلاستيكية ضرر كبير على البيئة
تقنية النانو تقتحم عالم توليد الطاقة المتجددة