إنجاز مصري ماليزي.. استخدام ال«DNA» في تخزين الطاقة

نجح فريق بحثي عربي- ماليزي في التوصل لمادة جديدة تم تحضيرها من الجرافين والحمض النووي (DNA) يسهل تطبيقها في تخزين الطاقة وصناعة المكثفات فائقة السعة بغرض استخدامها في التطبيقات الطبية داخل جسم الإنسان.
صحيح أن الانتشار الأوسع ل«DNA» يتركز على اختبارات تحديد هوية الأشخاص في الجرائم أو الجثامين لكن هناك بعض الاستخدامات الأخرى المتمثلة في مجال الطاقة والكهرباء، ويتم تصنيع منه بطارية لتخزين الكهرباء وتشغيل أجهزة إلكترونية.
وقد نشر فريق بحثي متخصص في مجال علوم المواد المتقدمة والنانوتكنولوجي والطاقة يضم كلا من الدكتور جمعة سند بكلية العلوم جامعة الأزهر بمصر والباحث ياسين البرقوني والبروفوسير تشونج كويك فينج بجامعة ماليزيا باهنج بماليزيا، في أكتوبر الجاري، بحثا علميا بمجلة متخصصة ورائدة في علوم المواد والطاقة والتي تصنف من الفئة الأولى.
والدكتور جمعة سند أستاذ بقسم الكيمياء كلية العلوم في جامعة الأزهر فرع أسيوط، فائز بتصنيفه ضمن أفضل 2% من العلماء على مستوى العالم تأثيراً حسب تقرير جامعة ستانفورد الأمريكية.
اقرأ أيضًا| هل التعرق ينقص الوزن أو يساعد على حرق الدهون ؟
يقول الدكتور سند ل«بوابة أخبار اليوم»: إن البحث تناول تحضير مادة نانوية أبعاد أجزائها في مدى النانو وهو جزء من مليار جزء من المتر، وهي مادة جديدة متكونة من الجرافين والحمض النووي (دي إن أيه) بحيث تكون سهلة التحلل والتكسر الجرافين هو مادة تتكون من الكربون عبارة عن شرائح من ذرات الكربون الفردية والتي حصل مكتشفها العالم أندريه جيم على جائزة نوبل عام 2010، حيث تساهم مادة الجرافين في نقلة كبيرة في علوم المواد.
ويضيف جمعة أن الجرافين مادة كربوينة ثنائية الأبعاد بنيتها البلورية سداسية (تشبه قرص العسل)، وهي أرفع مادة معروفة على الإطلاق حتى الآن، يعادل سمكها ذرة كربون واحدة فقط، ورغم ذلك تعتبر إحدى أقوى (أمتن) المواد المعروفة.
تعتبر من موصلات الكهرباء وكفائتها ذات كفاءة النحاس، وهي أفضل موصل للحرارة على الإطلاق، وتكاد مادة الجرافين تكون شفافة تمامًا، ورغم ذلك فهي أيضًا كثيفة للغاية لدرجة عدم سماحها بعبور أصغر ذرة (الهيليوم) من خلال هيكلها السداسي.
باتت حاجة البشرية ملحة في الحصول على أنظمة توليد وتخزين للطاقة؛ إذ تأتي المكثفات فائقة السعة على صدارة أنظمة التخزين الكهربية، نظرا للتزايد السكاني العالمي المطرد والاعتماد المباشر والضروري على الأجهزة الكهربية فإن تطوير أنظمة فعالة لتخزين الطاقة أصبح بالغ الأهمية في تلبية متطلبات البشرية.
وتعد البطاريات من أشهر أنظمة تخزين الطاقة لكن تدريجياً ستتلاشى نتيجة ضعف الثباتية (بضعة آلاف من المرات) وطول مدة الشحن (عشرات الدقائق).
من ناحية أخرى، فإن المكثفات الفائقة لها ثباتية عالية وتتميز بقابليتها على الشحن السريع (بضع ثواني)، وفي الوقت الحاضر تركزت البحوث على إنتاج أقطاب مناسبة من المواد النانوية المتقدمة التي لها خواص جيدة وبالتالي ينعكس على سلوكها الكهربي.
ولعل المكثفات فائقة السعة هي الحل الأمثل لمشكلات تخزين الطاقة لكن عندما يتعلق الأمر باحتياج جسم الإنسان لمصدر طاقة لتنظيم ضربات القلب مثلا عندها يكون الأمر مختلفا؛ حيث لابد أن تكون المواد المصنع منها المكثف آمنة وقابلة للتحلل.
ومن هنا اختار الباحثون لهذا العمل أن يكون الجرافين وهو المادة الكربونية مكونا أساسيا للمكثف المراد استخدامه للغرض الطبي، وكذلك يكون ال«DNA» - الموجود أساسا في كل الخلايا والأجسام الحية - عاملا مختزلا للجرافين وفي نفس الوقت مكونا لمادة للمكثف.
تم بنجاح تحضير المؤلف النانوي من الجرافين والحمض النووي، وتم دراسة وإثبات التركيب الجديد بعدة طرق في المعمل، كما تم تصنيع المكثف الفائق واختباره والذي أظهر سلوكاً متميزاً في تخزين الطاقة الكهربية، وقدرت قوته على تخزين الكهرباء ب129 فاراد لكل جم وكانت ثباتية المكثف أكثر من 92% بعد الاستخدام أكثر من 10000 مرة.
وتوصي الدراسة بإمكاينة استخدام المؤلف النانوي من الجرافين والحمض النووي في صناعة المكثفات الفائقة لا سيما المستخدمة في الأغراض الحيوية الطبية.