تصنيع الطلاء النانوي المضاد للبكتيريا مستوحاة من أجنحة الحشرات

ملخص

التلوث البكتيري هو عملية منتشرة مسؤولة عن الفشل الفادح والمشاكل الصحية القاتلة في البيئات الصناعية والطبية الحيوية. لتقليل المخاطر الطبية والبيئية المرتبطة بالمعالجات البيوكيميائية للقاذورات البكتيرية، يبحث هذا المشروع في إمكانية وجود نهج فيزيائي بديل يحاكي المواد الطبيعية المضادة للبكتيريا. بحثًا عن الإلهام للمواد المضادة للبكتيريا في الأنواع الطبيعية، تبرز الحشرات كأمثلة مثيرة للإعجاب؛ غالبًا ما توجد وظائف عليا مضادة للحشف في أجنحة أنواع الحشرات الطائرة. تم تزيين سطح أجنحة الحشرات بمواد كيميائية قابلة للتحلل والتي تظهر تأثيرات طويلة الأمد للتنظيف الذاتي ومضادة للحشف. يُعتقد أن هذه الصفات المرغوبة تنشأ من التجمعات الذاتية النانوية المعقدة للشموع الموجودة على السطح الملحي للأجنحة. يمكن لمثل هذه المواد أن تقاوم ترسب/التصاق البكتيريا (مضاد للحشف) و/أو تسبب الموت من خلال التفاعلات الميكانيكية مع الخلايا (تأثير مبيد للجراثيم)، ومع ذلك، تظل الآلية الدقيقة المضادة للبكتيريا لأجنحة الحشرات وفعاليتها في ظل الظروف الديناميكية ذات الصلة غامضة. يهدف هذا المشروع متعدد التخصصات إلى حل الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد النانوية الوظيفية المتاحة بشكل طبيعي لاشتقاق الإلهام للتصميم الفعال والطلاءات المضادة للحشف الحيوي والتصنيع القابلة للتطوير. على وجه الخصوص، سيتم فحص الخصائص المورفولوجية والكيميائية للأنواع المختلفة من اليعسوب والدامسيلف والزيز. بالإضافة إلى ذلك، سيتم دراسة أدائها تحت تأثير القطرات المعزولة والتدفق المستمر للسوائل النقية والملوثة بشكل تجريبي. وبعد توصيف الأمثلة الطبيعية، سيقوم المشروع بتطوير طرق تصنيع جديدة لتحقيق نظيراتها الهندسية. ولتحقيق طريقة مستدامة وقابلة للتطوير للتصنيع النانوي، سيستخدم هذا المشروع البلورة كأداة لتصنيع الأسطح ذات الأنماط النانوية المحاكاة بيولوجيًا باستخدام الشموع المستخرجة مباشرة من المواد الطبيعية المضادة للحشف. لن تؤدي نتائج المشروع إلى إثراء فهمنا المحدود لمثل هذه الأنظمة الطبيعية المعقدة فحسب، بل ستؤدي أيضًا إلى تطوير أساليب التصميم والتصنيع للأجيال الجديدة من المواد الوظيفية.

توفر الطبيعة بسخاء إمكانية الوصول إلى مجموعة غنية من المواد الحيوية الدقيقة والنانوية متعددة الوظائف والتي بدأنا في مراقبتها وفهمها وإعادة إنتاجها في العقود الماضية فقط. ومن بين كل ذلك، فإن أجنحة الحشرات، المزينة بشبكات معقدة من الهياكل النانوية، هي نماذج لا تشوبها شائبة من الأسطح فائقة الكارهة للماء، ومنخفضة الاحتكاك، والمضادة للحشف، والتي يمكن أن تكون مفيدة في مجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية والطبية الحيوية. هذا هو مشروع دكتوراه متعدد التخصصات تم وضعه في واجهة علم الأحياء وميكانيكا الموائع والمواد النانوية وعلم الأحياء الدقيقة للبحث عن علاقات بين أنماط المقياس النانوي على أجنحة أنواع مختلفة من الحشرات وأدائها المضاد للبكتيريا في محيط بيئات السوائل الملوثة. تتمثل الأهداف الرئيسية للبحث في (1) استكشاف وظائف أسطح النماذج الطبيعية التي تمت ملاحظتها في أجنحة الحشرات و(2) التحقق من فعالية تقنيات التصنيع القائمة على السوائل لتصنيع المحاكاة الحيوية لنظيراتها الهندسية.

ستتضمن التحقيقات التجريبية في المرحلة الأولى من المشروع ما يلي: البنية النانوية السطحية وتوصيف الترطيب، وتحليل الاحتكاك والتلوث. سيبحث تحليل وظائف مقاومة الحشف في فعالية الأسطح المعرضة لتدفقات المحاليل الغروية النانوية والصغيرة الحجم، مثل البوليمر الطبيعي/الاصطناعي والمحاليل الغروية، لتقليد عملية الحشف التي لوحظت في التطبيقات الصناعية والطبية الحيوية. وستركز المرحلة الثانية من المشروع على تطوير تقنية التصنيع القائمة على السوائل، على أساس التبلور. بهدف تطوير نهج مستدام لتصنيع النانو، من حيث المواد والعملية، سيتم استكشاف فعالية التبلور في حلول الأغشية الرقيقة للشموع الطبيعية لتحقيق التكوين التلقائي للمواد ذات الأنماط النانوية بتكلفة منخفضة للطاقة/المواد على مساحات كبيرة من الأسطح. سيتم استخدام مجموعة من التقنيات التحليلية لتوصيف الأسطح الطبيعية والمحاكاة الحيوية: سيتم استخدام المجهر الإلكتروني المتقاطع والمسح الإلكتروني، ومجهر القوة الذرية، وقياس ملامح السطح، وتصوير البلورات حيود الأشعة السينية لتحليل التصميمات النانوية السطحية والهياكل الكيميائية. ستوفر قياسات زاوية الاتصال الثابتة والديناميكية توصيفًا للترطيب. سيتم إجراء تحليلات احتكاك التشحيم/التدفق جنبًا إلى جنب مع التحقيقات المضادة للحشف على السفن، باستخدام منصات تجريبية للاحتكاك والموائع الدقيقة. ستعمل نتائج هذا المشروع متعدد التخصصات على تحسين فهمنا للأسطح الوظيفية الطبيعية وتعزيز تطوير تقنيات التصنيع الذكية الموفرة للطاقة لتطبيقات الرعاية الصحية والهندسة.

يجب أن يكون المتقدمون لبرامج الدرجات العلمية البحثية عادةً على الأقل حاصلين على درجة البكالوريوس البريطانية مع مرتبة الشرف من الدرجة الأولى أو الدرجة الثانية العليا (أو ما يعادلها) في تخصص مناسب. قد تكون معايير القبول لبعض درجات البحث أعلى، على سبيل المثال، تتطلب العديد من الكليات درجة الماجستير أيضًا. يُنصح المتقدمون بالتحقق من المدرسة ذات الصلة قبل تقديم الطلب. يُنصح المتقدمون غير المؤكدين بشأن متطلبات درجة بحثية معينة بالاتصال بالمدرسة أو كلية الدراسات العليا قبل تقديم الطلب.

الحد الأدنى لمتطلبات الالتحاق باللغة الإنجليزية للدراسة البحثية للدراسات العليا هو الحصول على 6.0 درجات في اختبار IELTS بشكل عام مع 5.5 على الأقل في كل مكون (القراءة والكتابة والاستماع والتحدث) أو ما يعادلها. يجب أن يكون تاريخ الاختبار خلال عامين من تاريخ بدء الدورة حتى يكون صالحًا. بعض المدارس والكليات لديها متطلبات أعلى.