تُستخدم الهلاميات المائية، وهي مواد بوليمرية رقيقة ولينة ذات هيكل ثلاثي الأبعاد، في صناعة العدسات اللاصقة بنسبة 90% في الولايات المتحدة، كما تُستخدم في تطبيقات تتعدى تصحيح النظر، حيث أصبحت من أكثر المواد الواعدة للاستفادة منها مستقبلًا وإحداث ثورة في التطبيقات المختلفة التي تشمل الأعضاء الاصطناعية وإنتاج الأدوية والإلكترونات الناعمة وفي مجال تبخير المياه وتنقيتها.
وتعتبر البوليمرات المائية ثلاثية الأبعاد، والتي يزداد حجمها في الماء مع الحفاظ على هيكلها الخاص، مواد ديناميكية مرنة وغير ضارة على الأنسجة الحية، كما أنها قابلة للتحلل الحيوي وقادرة على احتواء كميات كبيرة من المياه.
وتساهم التطورات الحديثة في مجال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد صناعة الهلاميات المائية في التغلب على محدودية طرق تصنيعها التقليدية، حيث تعد تقنية المجسمات الضوئية واحدة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد وتتكون من مصدر ضوئي والذي قد يكون ليزر أو جهاز عرض ليساهم في تحويل المادة الصمغية السائلة إلى بلاستيك صلب، فعند تعريض المادة الصمغية السائلة إلى موجات طولية ضوئية معينة تتجمع السلاسل الجزيئية الصغيرة مع بعضها لتتم بلمرتها مكونةً أشكالًا إما صلبة أو مرنة. وتعتبر هذه التقنية دقيقة جدًا، حيث تتميز بصناعة دقيقة التفاصيل وتامة على أكمل وجه دونًا عن غيرها من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى، إضافة للفائدة الرئيسة لها وهي تعدد مجالات الاستفادة منها.
وضم الفريق البحثي الذي قاده الدكتور تيجون زانغ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة خليفة، كلًا من طالبة الدكتوراه في جامعة خليفة عفراء الكتبي التي قامت ببحث أثر معالجة الحبر وتحضيره على تحويل الهلاميات المائية إلى مواد صلبة بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد، وقد شارك عفراء في ذلك كل من الدكتور هونغزيا لي، زميل دكتوراه والدكتور أكيفة رازا، عالم بحثي والأستاذ يونفنغ شي من معهد رنسيلر بوليتكنيك في الولايات المتحدة، حيث توصل الباحثون إلى أن مرونة الهلاميات المائية وتشكل المسام فيها يعتمدان على المدة الزمنية التي تتعرض لها تلك المواد لكثافة الضوء ودرجة التشابك المصاحب له. وتم نشر النتائج البحثية لهذا المشروع في المجلة العلمية الدولية "سوفت ماتر".
وفي السياق، يدرس الباحثون أيضًا دور إضافة الماء كمذيب لإذابة المحلول وإتاحة الطباعة بشكل مباشر للهلاميات المائية في إيجاد مجموعة جديدة من التحديات، حيث أن المذيبات تعيق عمليات البلمرة وتحد من الترابط واندماج الهيكل.
من جانبه، قال الدكتور تيجون: "يقدم هذا البحث معلومات جديدة تركز على العلاقة بين عمليات المعالجة والنظام النهائي المطور من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للهلاميات المائية".
من ناحية أخرى، استخدم الباحثون أسلوب محاكاة الجزيئات ليتسنى لهم فهم دور المذيبات وكثافة الضوء وأثرهما في إنتاج الهلاميات المائية، حيث قاموا بالجمع بين عمليات المحاكاة والاختبار الميكانيكي للبوليمرات لتحقيق رؤية على المستوى الجزيئي داخل البوليمرات المصنوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد.
وقالت عفراء: "وجدنا أن درجة كثافة الضوء والمدة الزمنية الي تتعرض لها البوليمرات من أهم العوامل التي تؤثر في هيكل الهلاميات المائية الناتجة، كما تساهم قوة الترابط في فعالية أداء الهلاميات المائية".
يُذكر أن المعلومات الجديدة التي خرجت بها هذه الدراسة ستساهم بشكل فعال في تطوير المواد الهلامية المائية بهدف الاستفادة منها في المزيد من التطبيقات، كما يمكن الاستفادة منها في تحديد خصائص الأجهزة الهلامية المائية وتقييم أدائها في موقعها. وحازت هذه الدراسة على جائزة أبوظبي للتميز البحثي 2019.