الهام‌گرفتن از ساختار پروانه‌ها برای واکسن‌ها و درمان‌های بهتر

توسط خرداد 25, 1399 اخبار فناوری

مطالعه‌ی ساختار پروانه‌ها در زمینه‌های مختلف الهام‌بخش مهندسان بوده است و می‌تواند درزمینه‌ی پزشکی نیز مفید باشد.

ساختار فلس پروانه مورفو آبی می‌تواند الهام‌بخش نوآوری‌های بسیاری باشد.

ساختار فلس پروانه مورفو آبی می‌تواند الهام‌بخش نوآوری‌های بسیاری باشد.

بیش از ۱۳۰ میلیون سال است که پروانه‌ها سیاره‌ی زمین را زینت بخشیده‌اند. در بیشتر طول تاریخ، ما از آن‌ها لذت برده‌ایم؛ اما چیزهای زیادی درباره‌ی آن‌ها نمی‌دانستیم؛ ولی در ۱۰ سال گذشته، این وضعیت تغییر و علم با استفاده از ابزارهای پیشرفته، حقایق بی‌شماری از این گل‌های پروازکننده کشف کرده است؛ ازجمله چگونه پروانه‌های شهریار هر پاییز چندین‌هزار مایل به رشته‌کوه‌هایی در مکزیک مهاجرت می‌کنند یا چگونه چنین الگوهای بال خیره‌کننده‌ای در آن‌ها ایجاد می‌شود. برخی از این اکتشافات حتی به پژوهشگران کمک کرده است راه‌های جدیدی برای بهبود سلامت مردم پیدا کنند.

چندین سال پیش، کنستانتین کورنف از دانشگاه کلمسون همراه‌با دختران خود به مزرعه‌ای آفتابی در کارولینای‌جنوبی رفته بود. برای دختران او رنگ‌های پرانرژی و رفتار نامنظم پرواز پروانه‌ها بسیار جذاب بود. طولی نکشید کورنف نیز شیفته‌ی افسون این حشرات شد. پروانه‌ها با جا‌به‌جایی از سنگ به گِل و گُل، زائده‌ای را خم‌و‌راست می‌کردند که از منطقه‌ی دهانی آن‌ها بیرون آمده بود. آن‌ها اغلب این ابزارهای گسترش‌یافته را بالای سطوح مختلف قرار می‌دادند و هربار برای چند ثانیه به همان حالت می‌ماندند. کورنف چنین فرض کرد که آن‌ها در حال به‌دست‌آوردن غذا هستند؛ اما چگونه؟ خِرد عامه چنین نتیجه‌گیری می‌کرد که پروانه‌ها از این ابزارها برای نوشیدن استفاده می‌کنند؛ مانند همان استفاده‌ای که از نی‌های نوشیدنی می‌کنیم. اگرچه چیزی که کورنف دید، معقول نبود. گاهی به‌نظر می‌رسید پروانه‌ای زائده‌ی خود را که خرطوم نامیده می‌شود، وارد گُل می‌کند و ظاهرا شهد را می‌نوشد. در سایر مواقع، خرطوم‌ها روی خاک سخت یا حتی سطوح سنگی قرار داده می‌شد. نوشیدن از سنگ بعید به‌نظر می‌رسید. نبوغ زیستی این مخلوقات پرزرق‌و‌برق و درخشنده او را حیرت‌زده کرد؛ زیرا اتفاقی بسیار جالب‌تر از نوشیدن ساده در حال وقوع بود.

کنجکاوی کورنف بی‌دلیل نبود. او مهندس مواد است و مهندسان مواد، مواد جدیدی می‌سازند؛ اما کورنف چیزی را از ابتدا ایجاد نمی‌کند. مانند خود تکامل، بنای او مبتنی‌بر چیزهایی است که از قبل وجود دارد. او گمان کرد شاید پروانه‌ها سرنخ‌های مهمی برای سؤالی فراهم کند که او و پژوهشگران دیگر با آن رو‌به‌رو بودند‌: «چگونه می‌توان قطرات بسیار ریز مایع را که بیش از چند میکرون قطر ندارد، در طول لوله‌های بلند و باریک جا‌به‌جا کرد؟». حل این مسئله می‌تواند پیامدهای مهمی در زمینه‌های مختلفی مانند جراحی مغز، جراحی قلب، فیزیک محض، الکترونیک کاربردی و… داشته باشد. آیا خرطوم پروانه‌ها که برای بیش از ۱۳۰ میلیون سال تکامل روی مشکل مشابهی کار کرده است، می‌تواند راه‌حل‌های هوشمندانه‌ای ارائه دهد؟

کورنف برای پی‌بردن به این موضوع، قطرات آب حاوی شکر را روی میزی گذاشت و از پروانه‌ها هنگام تغذیه فیلم‌برداری کرد. با کندکردن فیلم، او می‌توانست حرکت پروانه‌ها را به‌صورت آهسته ببیند. همان‌طورکه انتظار می‌رفت، پروانه‌ها مشغول نوشیدن ساده نبودند؛ بلکه به وضوح در حال بلعیدن بودند. او آثار علمی را بررسی کرد و دریافت مقاله‌ی منتشرشده‌ای وجود ندارد که به این سؤال پرداخته باشد. صدها سال، تقریبا همه با اطمینان تصور می‌کردند خرطوم پروانه‌ها عملکرد نی نوشیدنی را دارد.

کورنف و پیتر آدلر، زیست‌شناسِ پروانه‌ها از دانشگاه کلمسون، همراه‌ با دانشجویی به‌نام متیو لینرت، با استفاده از میکروسکوپ‌های پیشرفته‌ی مدرن که امکان مشاهده در سطح چند میکرون را مهیا می‌کرد، بررسی ساختار درونی و خارجی خرطوم را شروع کردند. آن‌ها دریافتند پروانه‌ها سیستم‌های حمل‌و‌نقل متنوع بسیار کارآمدی ابداع کرده‌اند که قطراتی با تنها چند میکرون قطر را با بهره‌برداری از نیروهای فیزیکی پایه‌ای مانند موئینگی به حرکت درمی‌آورند.

هریک از گونه‌ها این کار را به روش خاص خود انجام می‌دهد. برخی گونه‌ها می‌توانند قطر لوله‌ی داخلی را تغییر و آن را گسترش دهند یا باریک کنند تا بتوانند با مایعات دارای ویسکوزیته‌های مختلف سازگار شوند. برای مثال، عسل یا شیره‌ی درخت درمقایسه‌با آب به قطر بیشتری نیاز دارد. برخی خرطوم‌ها بسیار متخلخل است و به حشرات این امکان را می‌دهد همان‌طور‌که حوله‌های کاغذی خرده‌های آشپزخانه را جمع می‌کنند، لایه‌های نازک روی سطوح سنگی را جمع کنند. گونه‌ی دیگر دندانه‌های اره‌مانند تیزی روی انتهای خرطوم دارد که برای دستیابی به مواد مغذی می‌تواند به گوشت میوه‌ها یا در مواردی حیوانات (شامل انسان) نفوذ کند.

این اکتشافات کاربردهای مهمی برای فناوری‌های انسانی دارند. برای مثال، پروب‌های الهام‌گرفته از پروانه‌ها ممکن است به‌زودی عوامل ضدسرطان سمّی را درون سلول‌های سرطانی تحویل دهند؛ پیشرفتی انقلابی که به پزشکان اجازه می‌دهد سلول‌های سرطانی درحال‌تکثیر را تخریب کنند؛ اما درعین‌حال احتمال واردشدن آسیب به بافت‌های سالم را به‌حداقل برسانند. علاوه‌بر‌این، استراتژی‌های تکاملی که پروانه‌ها از آن‌ها استفاده می‌کنند، ممکن است به جراحان کمک کند مقادیر بسیار کم خون را به ریزترین عروق خونی انسان تحویل دهند و از این طریق مانع از محرومیت آن‌ها از اکسیژن شوند. سایر ابزارهای الهام‌گرفته از پروانه‌ها ممکن است بتواند به متخصصان پزشکی کمک کند واکسن‌ها را بدون خطر عفونت مرتبط با تزریق ازطریق سوزن تحویل بدن دهند.

تیم‌های پژوهشی دیگر از سایر امکانات پروانه‌ها هیجان‌زده هستند. آدریانا برسکو و جاهوئه لی، هر دو از دانشگاه کالیفرنیا، به‌منظور مطالعه‌ی ریزساختارهای موجود روی بال‌های پروانه‌ها همکاری می‌کنند که به این حشرات امکان می‌دهد در محیط‌های شدید خودر را گرم‌و‌سرد کنند. کشفیات آن‌ها با همکاری دانشجویی به‌نام آنیرود کریشنا ممکن است به توسعه‌ی مصالح ساختمانی جدید و دارای بازده انرژی بیشتر کمک کند.

نیپام پاتل، مدیر آزمایشگاه MBL ماساچوست و کلکسیونر پروانه‌ها، ساختار میکروسکوپی فلس‌هایی را مطالعه کرده است که بال پروانه‌ها را می‌پوشاند. پژوهش‌های او نشان داده است پروانه‌ی حیرت‌آور مورفو آبی رنگ آبی درخشان خود را از رنگ‌دانه‌ها به‌دست نیاورده؛ بلکه این الگوی رنگ حاصل ریزساختارهای فلس است که شکلی همچون درخت کریسمس دارد و تمام فرکانس‌های نور به جز آبی را پراکنده می‌کنند. این کشف نیز کاربردهای عملی متنوعی دارد.

برای مثال، رادیسلاو پوتیریلو از شرکت GE Global انتظار دارد ساختار فلس پروانه‌ی مورفو آبی به او کمک کند مشکل عملی چگونگی توسعه‌ی حسگرهای کوچک ارزان‌قیمتی را حل کند که بتواند گازهای سمّی موجود در اتمسفر را تشخیص دهد یا به مبتلایان آسم درباره‌ی حضور محرک‌های موجود در هوا هشدار دهد که باعث آغاز وضعیت اضطراری تنفسی می‌شود. پروانه‌ها به‌خودی‌خود شگفت‌انگیز هستند؛ اما نبوغ آن‌‌ها نیز به ما در نجات جان انسان‌ها کمک می‌کند.

منبع : zoomit.ir

مطالب مرتبط :