التحليل الريوديالي: التحكم في الخصائص الكيميائية وقوة القص في آن واحد باستخدام مقياس الريومتر « NETZSCH » من Kinexus

اكتشف الحل الجديد «Rheodialysis»

نادرًا ما تتعرض المواد اللينة لقوى ميكانيكية بمعزل عن العوامل الأخرى.

ففي العمليات الواقعية، يتغير القص والتفاعلات الكيميائية في آن واحد.

وحتى الآن، كانت أجهزة قياس اللزوجة الدورانية المتوفرة تجاريًا قادرة على التحكم في الإجهاد والانفعال الميكانيكيين – ولكنها لم تكن قادرة على التحكم في البيئة الكيميائية بشكل ديناميكي أثناء الاختبار. وقد أدى ذلك إلى وجود ثغرة في فهم المواد الهلامية، والبوليمرات الحيوية، والمستحضرات الصيدلانية، والنظم الغذائية، والمواد البيولوجية.

مع جهاز Rheodialysis لجهاز قياس اللزوجة الدوراني NETZSCH مقياس اللزوجة الدوراني من Kinexus، تم سد هذه الفجوة.

لماذا يعد هذا الأمر مهمًا؟

لنفترض وجود هيدروجيل الألجينات المستخدم لتغليف مادة صيدلانية فعالة.

بمجرد ملامسة المادة لأيونات الكالسيوم، تبدأ في التحول من سائل إلى هلام. وفي الوقت نفسه، تحدث عمليات الانتشار، وتتغير البنية، وتتطور خصائصها الميكانيكية باستمرار.

حتى الآن، كان بإمكان الباحثين عادةً مراقبة التغيرات الكيميائية أو الاستجابة الريولوجية. لكن دراسة كليهما في آن واحد في ظل ظروف واقعية ظلت تمثل تحديًا بالغًا.

غير أنتقنية "ريودياليز" (Rheodialysis) تغير هذا الوضع. فهي تمكّن الباحثين من مراقبة كيفية استجابة المادة ميكانيكيًا بينما تتطور بيئتها الكيميائية في الوقت الفعلي – مما يجعل القياسات المختبرية أقرب بكثير إلى الظروف الواقعية.

ابتكار تعاوني: جامعتا ليفربول ودورهام و NETZSCH

تم تطوير تقنية «الريودياليز» (Rheodialysis) من قبل جامعة ليفربول (الدكتور أندرس أوفدرهورست-روبرتس)وجامعة دورهام (البروفيسور جون جيركين والدكتور لاي زانغ) بالتعاون الوثيق مع شركة « NETZSCH: Analyzing & Testing».

كان الهدف واضحًا: تمكين التحكم المتزامن في البيئة الكيميائية والقوى الميكانيكية أثناء إجراء الاختبارات الريولوجية. وبدلاً من تسويقها كنظام مغلق، اختار الشركاء اتباع نهج مفتوح المصدر – مما جعل هذا المفهوم في متناول مجتمع الباحثين.

تتصدى تقنية «الريودياليز» لتحدٍ أساسي: فالمحفزات الكيميائية والميكانيكية نادرًا ما تعمل بشكل مستقل. ففي الأنظمة البيولوجية والصناعية، تعمل هذه المحفزات في تآزر.

لماذا يُسمى «ريودياليز»؟

لماذا يُسمى "ريودياليزيس"؟

يجمع هذا المصطلح بين مفهومين:

• علم الريولوجيا – دراسة كيفية تدفق المواد وتشوهها
• التناضح – النقل المتحكم فيه للجزيئات عبر غشاء

وكما يسمح غسيل الكلى بمرور بعض المواد عبر غشاء مع فصل المواد الأخرى، فإن ريودياليزيس يتيح التبادل الكيميائي الخاضع للتحكم مع العينة أثناء إجراء قياس ريولوجي.

وهذا يجعل من الممكن محاكاة عمليات مثل انتشار الأيونات، وتبادل المذيبات، والتعرض للإنزيمات، وتغيرات درجة الحموضة، أو نقل العناصر الغذائية مع المراقبة المستمرة لسلوك المادة.

لماذا يعد هذا الأمر مهمًا بالنسبة للمواد اللينة

تتأثر جميع المواد اللينة تقريبًا بما يلي:

• الإجهاد الميكانيكي
• البيئة الكيميائية
• عمليات الانتشار التي تعتمد على الزمن

ومن الأمثلة على ذلك:

• تكوّن الجلطات الدموية وتحللها
• تجمد الجينات
• هضم الطعام في ظروف المعدة
• إطلاق الدواء تحت تأثير القص الفسيولوجي
• الكريمات ومستحضرات التجميل المعرضة للملوحة أو الإنزيمات

دمج العمليات الواقعية في جهاز قياس اللزوجة

تم تصميم العديد من المواد اللينة بحيث تستجيب لبيئتها.

على سبيل المثال:

هيدروجيل الألجينات
يستخدم الألجينات، المشتق من الأعشاب البحرية، على نطاق واسع في توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة وتغليف الخلايا. أثناء التعرض لأيونات الكالسيوم، يتحول المادة إلى هلام من خلال الترابط Ionic. يتيح الريودياليز للباحثين مراقبة عملية التجلط هذه في الوقت الفعلي مع قياس الخصائص اللزجة المرنة المتغيرة.

دراسات هضم الطعام
لا تتعرض هياكل الطعام للتشوه الميكانيكي فحسب أثناء الاستهلاك، بل تتعرض في الوقت نفسه لتغيرات في قيم الأس الهيدروجيني (pH) والأملاح والإنزيمات الهضمية. يتيح «الريودياليز» للباحثين دراسة كيفية تغير قوام الطعام وهيكله في ظروف تشبه عملية الهضم بشكل أوثق.

التركيبات الصيدلانية
غالبًا ما تعتمد أنظمة توصيل الأدوية على عمليات يتم التحكم فيها عن طريق الانتشار. باستخدام الريودياليز، يمكن للباحثين دراسة كيفية تأثير المحاليل العازلة أو الأيونات أو الكواشف الأخرى على بنية المادة وسلوك الإطلاق أثناء تطبيق القوى الميكانيكية.

توضح هذه الأمثلة لماذا يمكن للتحكم في الكيمياء والقص في آن واحد أن يوفر رؤى لا يمكن للقياسات الريولوجية التقليدية التقاطها.

باستخدام تقنية «الريودياليز» (Rheodialysis)، يمكن للباحثين:

✔ التحكم في معدلات الانتشار الكيميائي عبر إعدادات المضخة و
✔ Identify تحديد نقاط التجلط بدقة أثناء التبادل Ionic
✔ نمذجة ظروف المعالجة الواقعية بدقة أكبر

كما هو موضح في التقرير التقني الجديد، يمكن أن يؤدي تقارب زوايا الطور التذبذبية عند ترددات مختلفة إلى تحديد نقطة التجلط الدقيقة أثناء التبادل في الموقع Ionic.

قم بتنزيل التقرير التقني من هنا:

اطلع على المزيد في التقرير التفصيلي

يتم وصف الخلفية التقنية الكاملة، وتجهيزات التجربة، وأمثلة التطبيقات في الورقة البيضاء الجديدة:

التخصيص، التكامل، الابتكار

لا يوجد نهج واحد يناسب الجميع عندما يتعلق الأمر باختبارات الريولوجيا. ولهذا السبب فإن NETZSCH تم تصميم مقياس الريولوجيا الدوراني من Kinexus من Kinexus كمنصة مفتوحة مصممة لتوفير أقصى قدر من المرونة:

✔️ دمج أدوات من جهات خارجية.
✔️ توصيل ملحقات مخصصة.
✔️ المشاركة في تطوير حلول برمجية جديدة بالتعاون مع خبرائنا في NETZSCH.

يُعد «ريودياليز» مجرد مثال واحد على ما يمكن تحقيقه من خلال التعاون الوثيق بين فرق البحث والصناعة. إذا كنت ترغب في أن يصبح تطبيقك دراسة حالة ابتكارية تالية، فاتصل بنا!