على الرغم من الإبداع التقني الابتكاري الذي تتمتع به تقنيات طريقة التجميع الموضعي، فإن ترتيب الذرات والجزيئات وتوزيعها واحدة تلو الأخرى بغرض تجميع شكل الجهاز المراد المكون من هياكل نانوية البنية Nanostructured، يتطلب جهدا كبيرا ولكثير من الوقت. وفي كل مرة نصنع فيها هياكل الأجهزة النانوية نكرر محاولاتنا مرات ومرات من أجل فرض إرادتنا التقنية على تلك الأشياء المتناهية في الصغر (الذرات أو الجزيئات) والتلاعب بها وتشكيل تجمعاتها على النحو الذي نريده نحن.

والسؤال الذي يطرح نفسه الآن هو أليس من الأجدى – على الأقل في الوقت الراهن – إذا ما تمكنا تشكيل البنية النانوية المراد الحصول عليها بمجرد خلط محلولين من محاليل المواد الكيميائية – تتركب أساسا من ذرات أحادية – ونتركها كي تقوم بإدارة شؤون تصادم جزيئاتها بعضها ببعض وتصميم الهياكل النانوية المطلوبة من الجزيئات الناتجة من تفاعلاتها الكيميائية؟ بالتأكيد، الإجابة سوف تكون بـ «نعم»، لأن ذلك يعني توفير الوقت والجهد والتكلفة الخاصة ببناء هياكل الأجهزة النانوية، وضمان إعادة تصنيعها بالمواصفات والكيفية نفسها، ما يعني تلافي الأخطاء الشخصية Personal Errors وتفادي «الملل التقني» الذي يصحب اتباع أسلوب «المحاولة والخطأ».

وبالطبع لم يكن تساؤلي في الفقرة السابقة غائبا عن فكر وجهد العلماء الذين أثمرت جهودهم في ابتكار طريقة كيميائية خاصة وعملية، تقوم على فكرة مزج وتفاعل ذرات المركبات النانوية لإنتاج جزيئات تكون البناء الرئيسي للهياكل النانوية، عُرفت باسم التجميع الذاتي Self–Assembly، وقد تكون الكلمات، المحفورة في ذهني منذ أن كنت طالبا في مرحلة الماجستير، التي قالها العالم الفرنسي الكيميائي البروفيسور «جان ماري لين» Jean–Marie Len الحاصل على جائزة نوبل في الكيمياء العام 1987، حين وصف الكيمياء في كلمات بسيطة وعميقة، بأنها: «استجواب للماضي، واستكشاف للحاضر، وبناء جسور المستقبل»، لربما كانت هذه الكلمات هي التي شحذت همم الكيميائيين وألقت مهمة تصنيع هياكل ذرية وجزيئية في ملعبهم، خصوصا بعد أن أدركوا تلك الخطوات المتعثرة البطيئة التي يسير بها رفاقهم ومنافسوهم من علماء الفيزياء في إنجاز المهمة نفسها! إنه لتنافس رائع ومحمود يهدف إلى تطور الإنسان وتحسين ظروف حياته ومعيشته.

ويمكننا أن نضع تعريفا سهلا وبسيطا لتقنيات التجميع الذاتي حين نصفها بأنها تلك العمليات التي تكون خلالها مجموعة من الذرات أو الجزيئات بشكل تلقائي تجمعات منتظمة من الجزيئات لتكوين الهياكل الجزيئية المراد الحصول عليها. وتقوم تقنية التجميع الذاتي على أساس أن الجزيئات المكونة لتلك الهياكل تسعى دائما إلى أن تكون مستقرة وأن توجد بأقل مستويات ممكنة من الطاقة المتاحة. ولتحقيق هذا الاستقرار، فإنها تسعى إلى الارتباط بالجزيئات الأخرى المتاخمة لها، أو بعبارة أخرى تسعى إلى تكوين لبنات الهياكل النانوية بتجميعها مع جاراتها من الجزيئات الأخرى، ما يحقق لها الاستقرار. وهناك عدد كبير من الجزيئات الكبيرة في الطبيعة تقوم بتكييف وضبط مواضعها ومواقعها في الهياكل الجزيئية وذلك عن طريق عملية التجميع الذاتي. وتُعد جزيئات البروتينات والدهون والغرويات Colloids عموما أمثلة شهيرة لتلك الجزيئات كبيرة الأحجام التي تُجمع نفسها لتبني هياكلها الجزيئية المعروفة لنا.

وتهدف تكنولوجيا النانو إلى فرض سيطرتها على الجزيئات كي تتجمع بصورة ذاتية وفقا لتصميم جيد ورقابة مُحكمة على تلك الجزيئات، وذلك من أجل الحصول على الهياكل الجزيئية المراد تنفيذها. وليس ثمة شك في أن بمقدورنا الحصول على هياكل نانوية إذا ما وظفنا ما توفره الطبيعة والفطرة لتلك الجزيئات بأن تتجمع بعضها مع بعض بأسلوب ذاتي وتلقائي، توظيفا سليما يمكننا من إنتاج مجموعة ضخمة من هياكل المواد النانوية تتمتع بخواص فيزيائية وكيميائية مرغوب فيها. وعلى الرغم من العشوائية أو في عبارة أخرى عدم التجانس في تنظيم وترتيب الجزيئات الذي يغلب على تجمع تلك الجزيئات بعضها مع بعض، غير أنه يمكن استغلال هذا في إنتاج هياكل نانوية لمواد جديدة تتمتع بخواص فريدة لا توجد في أي مواد أخرى. وهناك عدد من العوامل المهمة ⁽³²⁾ المسؤولة عن كمال عملية التجميع الذاتي وتحقيقها للمهمة المطلوبة منها بنجاح، نوجزها فيما يلي:

– طبيعة الجزيئات المستخدمة وخواصها.

– التفاعل بين الجزيئات Intermolecular Interactions.

– المعكوسية أو ارتداد التفاعل وانقلابه إلى الوضع الذي كان عليه بالبداية Reversibility.

– قدرة الجزيئات على الحركة Molecular Mobility.

– الوسط التي تتم فيه العملية.

__________________________________________________________________

هوامش

 (32) G. M. Whitesides and M. Boncheva, PNAS. Vol. 99 (2002) pp. 4769–4774.