11 أغسطس، 2025
مُجانسات GEA تدعم الأحبار الحيوية للطب التجديدي
تولي شركة GEA شغفًا كبيرًا بدفع عجلة الابتكار في مجال المعالجة الصناعية لإثبات هدف الشركة الحقيقي المتمثل في "الهندسة من أجل عالم أفضل" عبر قطاعات متنوعة، بدءًا من مصانع الجعة وصولًا إلى الطب الحيوي. ويحب مهندسو الشركة أيضًا التحدي. لذلك، في أوائل عشرينات القرن العشرين، عندما تواصل علماء من جامعة جراتس للتكنولوجيا مع GEA لتكوين معالجة تجانس وتكنولوجيا تُمكّنهم من تحويل لبِّ الكينا إلى هياكل عضوية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد تحاكي الأوردة والشرايين وسائر الأنسجة البشرية الأخرى، أقامت GEA تعاونًا مع فريق الجامعة، وبدأت العمل على الفور.
قضى فريق GEA بعض الوقت مع العلماء للتعرف على أبحاثهم وتحدياتهم وأهدافهم، حتى يتمكنوا من فهم الدور الحاسم الذي تلعبه عملية التجانس في إنشاء ألياف السليلوز النانوية من مادة خام من خشب الأوكالبتوس. في غضون بضع سنوات فقط، وبالشراكة مع قائدة المشروع الأكاديمي الأستاذة الدكتورة والمدرسة المساعدة. كارين ستانا كلاينشيك، الحاصلة على الدكتوراه، ونائبة رئيس معهد الكيمياء وتكنولوجيا الأنظمة الحيوية (IBioSys) التابع للجامعة، ذكرت أن الفريق نجح في تطوير معالجة تجانس قوية. وهو ما يتيح للباحثين معالجة النانوسليلوز المشتق من شجر الكينا على هيئة "حبر" سائل.
يمكن طباعة هذه الأحبار القائمة على النانوسليلوز بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في هياكل تحاكي الميكانيكا الحيوية المتباينة للأنسجة البشرية المختلفة، مثل الأوعية الدموية والقصبة الهوائية، كما يوضح الدكتور روبرت كارغل، الأستاذ المساعد في IBioSys. وبعد إجراء الاختبارات المناسبة، يمكن استخدام هذه "الأنسجة" المشتقة من النباتات، والتي يتم توليدها من موارد متجددة، لإعداد نماذج أعضاء تشبه التشريح والميكانيكا الحيوية لشرايين المرضى ´. يقول كارغل: "من الممكن أن يستخدم الجراحون هذه النماذج لتخطيط التدخلات القلبية الوعائية وتكييف الغَرْسات مع تشريح المريض".
يمكن استخدام هذه النماذج من قِبل الجرّاحين للتخطيط للتدخلات القلبية الوعائية وتكييف الغَرْسات بما يتناسب تشريح المريض.
روبرت كارغل، حاصل على الدكتوراه.
أستاذ مساعد في IBioSys
الأستاذة الدكتورة والمدرسة المساعدة. كارين ستانا كلاينشيك، نائبة رئيس معهد الكيمياء وتكنولوجيا الأنظمة الحيوية (IBioSys) التابع للجامعة، على اليسار، مع الدكتورة سيلفيا جراسيلي، رئيسة قسم تكنولوجيا العمليات والتجانس في GEA.
الأجهزة المخصصة: المجانس GEA Panther Homogenizer 3006
بالنسبة للمشروع الجاري لفريق الجامعة، فقد اشترى الفريق في عام 2024 جهاز GEA Panther Homogenizer 3006، وهو نظام مضغوط يمكنه معالجة ما يصل إلى 50 لترًا من حبر النانوسليلوز كل ساعة. من الصعب ضخ مستحلبات السليلوز النانوية، كما أن المجانسات القياسية مثل تلك التي قد تستخدم في معالجة منتجات الألبان، على سبيل المثال، ليست مناسبة. لذلك، صممت شركة GEA لوحدة النانو سليلوز الخاصة بالجامعة وحدة Panther المُحسَّنة للتعامل مع المادة، ويتضمن النظام مضخة التعبئة والتبريد أيضًا.
الدكتورة سيلفيا جراسيلي، رئيسة قسم تكنولوجيا المعالجات والتجانس في GEA، قادت مشروع التعاون في مجال تجانس السليلوز النانوي مع ستانا كلاينشيك وفريق IBioSys. وتوضح أنه لتطوير المعالجة ونظام التجانس بالتوازي، بدأت GEA بإجراء اختبارات ذات حجم منخفض للغاية في مركز التميز للتجانس التابع لـ GEA، مما يوضح جدوى المعالجة نفسها وضبط معلمات المعالجة وإعداد التجانس وتكوين المكونات.
وبعد ذلك قام المهندسون بتحسين المعالجة والتكنولوجيا على نطاق أوسع، وعالجوا التحديات المحتملة، وخاصة فيما يتعلق بإمكانية ضخ مستحلب السليلوز المائي. كما سافر ممثلو GEA إلى الجامعة في عام 2024 لتركيب جهاز التجانس لنظام Panther 3006 في الموقع، وتنفيذ وفحص تكوين النظام ، والمساعدة في تدريب فريق ستانا كلاينشيك على تشغيله.
إن إعداد جهاز التجانس مستقل وسهل الاستخدام حتى يتمكن فريق الجامعة من تشغيله وبرمجته وصيانته على أساس يومي. ومن المهم أن يتمكّن العلماء قادرون من تعديل معالجة التجانس للمساعدة في إنتاج ألياف نانوسليلوزية منظمة بدقة وأحبار طباعة ثلاثية الأبعاد، مما يجعل من الممكن تصميم الخصائص المطلوبة في منتجاتهم النهائية.
تقوم طابعة ثلاثية الأبعاد محملة بالحبر الحيوي النانوسليلوزي الذي ابتكره الفريق بطباعة هيكل أنبوبي.
تمكين علم المواد من المبادئ الأولى
"في الواقع، يمكن شراء السليلوز النانوي بعد معالجته جزئيًا، لكن البروفيسورة ستانا كلاينشيك كانت مهتمة بتصميم المواد من المبادئ الأولى"، كما تقول جراسيلي. "باستخدام تقنيتنا، يمكن للعلماء تكييف الوصفة وإجراء المزيد من الأبحاث حول تأثيرات المعالجة المسبقة والتجانس على خصائص المواد وبنيتها. "ويوفّر لهم ذلك مزيدًا من التحكم في المعالجة مثل مصدر الألياف والمعالجة المسبقة والرؤية الثاقبة حول كيفية تأثير التجانس على بنية النانوسليلوز وخصائص المادة والأجزاء النهائية المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد."
ويقدر كارغل بشكل خاص كيفية تغيير الضغط وتركيز الألياف وعدد الدورات ودرجة الحرارة. يقول إن "المادة الخام والمعالجة المسبقة وعدد الدورات والضغط كلها عوامل لها التأثير الأكبر على حجم الألياف وخصائص الحبر".
المساعد. المهندس. الدكتور فلوريان لاكنر، المساعد الجامعي في IBioSys، يعرض بعض لبِّ شجر الكينا قصير الألياف المجفف.
يجمع باحثو المعهد بين الخبرة في الكيمياء وتكنولوجيا المواد الحيوية، ويعملون على تطوير أساليب استخلاص وتوليف وتعديل المنتجات الطبيعية النشطة بيولوجيًا من مصادر متجددة. وتتعدد التطبيقات المحتملة، بما في ذلك استخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد، والطلاء والمواد النشطة على السطح، وفي مجالات تتراوح من الأجهزة الطبية الحيوية والغَرْسات إلى التعبئة والتغليف والمنسوجات ومستحضرات التجميل وطلاء الورق.
القابلية للتكيف والتعاون بشكل كامل
تقول جراسيلي: "إن التعاون الجاري بين GEA وفريق معهد IBioSys مثير للاهتمام بشكل خاص لأن الباحثين الجامعيين هم في طليعة البحث والتطوير في مجال المواد البيولوجية". "إنهم مرتبطون بالباحثين - سواء داخل مركز التكنولوجيا أو خارجه - في مجالات مرتبطة أو ذات صلة، ونحن هنا للعمل معهم، ونقدم خبراتنا وتقنياتنا في المعالجة للمساعدة في تسريع البحث والتطوير عبر مجموعة واسعة من المنتجات والتطبيقات البيولوجية المبتكرة."
يُعَدّ التعاون المستمر بين GEA وفريق معهد IBioSys أمرًا مثيرًا للاهتمام بشكل خاص، لأن الباحثين الجامعيين هم في طليعة البحث والتطوير التكنولوجي لمواد الأنظمة البيولوجية.
سيلفيا جراسيلي
رئيس قسم تكنولوجيا المعالجة والتجانس في GEA
