دانشمندان چینی با توسعه نوع جدیدی از پوست الکترونیکی با قابلیت‌های سنجش بیومکانیکی و بیوشیمیایی پیشرفته، نظارت بر سلامت شخصی را به سطح بعدی ارتقا می‌دهند.
برای اولین بار، این پوشیدنی‌ها که از کامپوزیت‌های زیست سازگار ساخته شده‌اند، به جای مهار شدن توسط عرق، با عرق فعال می‌شوند.
شیو لیانگ، استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی Qilu توضیح می‌دهد: “برای افراد سالم، نظارت بر پوشیدنی‌ها مدت‌هاست که با دو مشکل همپوشانی محدود شده است: مصنوعات حرکتی و عرق. مواد منحصربه‌فرد ما هر دو مشکل را حل کرد. یک پچ راحت می‌تواند سیگنال‌های قلب و متابولیت‌ها را در طول فعالیت‌های روزانه به طور مداوم ردیابی کند.”
او می افزاید: «برای پزشکان، کار ما ابزاری با کاربرد آسان برای تبدیل عرق به داده های بالینی فراهم کرده است که به طور بالقوه امکان تشخیص زودهنگام بدون سوزن نقرس، آریتمی یا حتی بیماری پارکینسون اولیه را فراهم می کند.
علیرغم عصر پیشرفت تکنولوژی، حسگرهای پوشیدنی برای نظارت بر سلامت شخصی از انطباق ضعیف پوست، عدم حساسیت و مشکلات انتقال سیگنال رنج می برند.
بهبود زیست سازگاری و رسیدگی به مسائل مربوط به انطباق پوست، زمینه های اصلی تمرکز محققان در این زمینه است. Xiu Liang و همکارانش از دانشگاه‌های چین که طراحی جدید آنها نظارت بی‌درنگ فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی بیومارکرهای بالینی را امکان‌پذیر می‌سازد، به چالش می‌پردازند.
عرقش نکن
گفته می‌شود «نیروی مادر اختراع است» و این در مورد محققانی بود که به دلیل مشکلات فنی پروژه‌های قبلی مجبور به تفکر خارج از چارچوب بودند. این طرح های قبلی با مشکلات سیگنال مواجه بودند، زیرا پوست الکترونیکی در تماس با پوست مرطوب و عرق کرده حرکت می کرد و می لغزد. پس از تلاش‌های متعدد برای محکم‌تر کردن دستگاه، تیم متوجه شد که با علت اصلی اشتباه روبرو شده‌اند.
لیانگ توضیح می‌دهد: «وقتی به عرق به‌عنوان یک مزاحم نگاه نکردیم و شروع به برخورد با آن به‌عنوان یک منبع کردیم، راه‌حل روشن به نظر می‌رسید.
آنها به جای مبارزه با عرق، مواد e-skin را با ترکیبی اصلاح کردند که از عرق برای بهبود چسبندگی دستگاه به پوست و بهبود سیگنال استفاده می کند. این ماده از کامپوزیت فیبروئین ابریشم و نانوسیم های نقره استفاده می کند.
لیانگ توضیح می دهد: “آن را به عنوان یک بانداژ هوشمند، نازک تر از موی انسان، با عملکرد دوگانه در نظر بگیرید.”
لیانگ می‌افزاید: “فرایند کار ساده است. شما عرق می‌کنید، ابریشم جذب می‌شود، نانوسیم‌ها به طور همزمان فعالیت قلب شما را ثبت می‌کنند و متابولیت‌های شما را شناسایی می‌کنند و داده‌ها را به تلفن همراه ارسال می‌کنند. عرق هرگز مجبور نیست از وصله خارج شود.”
علاوه بر این، لایه رویی نقره یک سد ضد میکروبی تشکیل می دهد و رشد باکتری ها را کاهش می دهد اس. اورئوس و ه. ماشین ها حدود 50 درصد حسگرهای پلاسمونیک در این پوست الکترونیکی ادغام شده اند که نشانگرهای زیستی را از طریق ارتعاشات و اثرات آنها بر روی سطوح فلزی شناسایی می کنند. به طور خاص، این تیم از حسگرهای پلاسمونیک برای طیف‌سنجی رامان ارتقا یافته سطحی (SERS) استفاده کردند. این قابلیت‌های تشخیص را افزایش می‌دهد و امکان اندازه‌گیری در غلظت‌های بسیار کم نشانگرهای زیستی را فراهم می‌کند.
همانطور که پروفسور شیو لیانگ می گوید، این مطالعه وضعیت موجود را به چالش می کشد و ثابت می کند که آب و حسگرها نباید دشمن یکدیگر باشند.
با یک سنسور پوشیدنی، هیدراتاسیون دیگر حالت خرابی نیست، بلکه به یک سیگنال تبدیل می شود.
لیانگ می‌گوید طراحی و رویکرد آنها از چند جهت جدید است. آنها اولین محققینی هستند که قابلیت های سنجش الکتریکی و شیمیایی را در یک لایه جمع می کنند. علاوه بر این، طراحی هیدراتاسیون آنها دو مشکل را حل می کند، زیرا جذب عرق نیز به دستگاه کمک می کند تا به پوست مرطوب بچسبد.
لیانگ می‌گوید که برخلاف بسیاری از تحقیقات مربوط به ابزارهای پوشیدنی، آنها رویکرد آزمون و خطا را در پیش نمی‌گرفتند. در عوض، آنها شبیه‌سازی‌هایی را برای پیش‌بینی میزان جذب فیبروئین ابریشم انجام دادند. در کمال تعجب، مقدار پیش‌بینی‌شده به طور غیرمعمولی نزدیک به مقدار تجربی آنها بود. این تیم می‌گوید این به آنها اطمینان می‌دهد که قبل از توسعه دستگاه‌ها به هدف رسیده‌اند.
ترجمه به عمل بالینی
محققان دستگاهی ساخته اند که عرق را مهار می کند، اما عرق چه چیزی می تواند در مورد عملکرد بدن به ما بگوید؟
لیانگ توضیح می‌دهد: “عرق مملو از اسید اوریک، اوره، لاکتات، حتی نشانگرهای زیستی برای بیماری‌های عصبی است. یک رکورد شیمیایی غنی از وضعیت بدن ارائه می‌کند، اما این سیگنال ارزشمند در عمل بالینی فعلی تا حد زیادی نادیده گرفته می‌شود.”
این تازه شروع کار است و بهینه سازی بیشتر برای اطمینان از قابلیت استفاده طولانی مدت از پوسته الکترونیکی مورد نیاز است. پس از آن، تیم می گوید تمرکز روی مقیاس پذیری تولید تغییر خواهد کرد. در حضور مواد اولیه ارزان قیمت، مشکل اصلی مورد انتظار، تنوع دسته به دسته در طول تولید است. آنها همچنین اذعان دارند که مطالعات چند مرکزی برای درک هرگونه تغییر در اندازه‌گیری دستگاه در رژیم‌های غذایی، قومیت‌ها و اقلیم مورد نیاز است.
لیانگ می‌گوید که یکی دیگر از موانع دریافت تاییدیه نظارتی برای این دستگاه است، به خصوص اگر روزی به عنوان جایگزینی برای آزمایش خون ارائه شود.
علیرغم این چالش‌ها، تیم امیدوار است به جلو حرکت کند و مطالعات آینده برنامه‌ریزی برای اندازه‌گیری α-سینوکلئین، یک نشانگر زیستی برای بیماری‌های عصبی، دارند، همانطور که لیانگ توضیح می‌دهد: «در افق 5 تا 10 ساله، هدف ما پاسخ به سؤال کلیدی مطرح‌شده در دیدگاه مقاله ما است: آیا می‌توانیم بیماری پارکینسون را سال‌ها قبل از اینکه علائم از قبل با ردیابی علائم Sweetnucle در α-آسیاسی‌سوئاتسی ظاهر شوند، بررسی کنیم؟ نشانگر زیستی خوب مطالعه، اگر بتوان به تشخیص مداوم و غیر تهاجمی دست یافت، امیدواریم بیماران در معرض خطر را پنج تا ده سال زودتر از روش‌های فعلی شناسایی کنیم.
لیانگ بر این باور است که با برنامه‌های تشخیصی در محل و قابلیت ادغام سایر قابلیت‌ها، این امکان وجود دارد که دستگاه آنها روزی در سراسر جهان توزیع شود.
“ما این سناریوی آینده را در نظر می گیریم: ده سال بعد، یک پزشک روستایی جعبه ای از این چسب ها را می آورد. یکی از آن ها برای یک سالمند ساکن که تنها زندگی می کند، استفاده می شود. روز بعد، کلینیک شهر نوار قلب و منحنی اسید اوریک این فرد سالمند را از شب قبل می بیند و دکتر به خانواده می گوید که کمتر مواد غذایی حاوی ارگانیک، غذاهای غنی از ارگانیک، غذاهای غنی از ارگانیک، غذاهای غنی از گوشت و … مصرف کنید. ویزیت بعدی، هزینه‌های پایین مواد، تولید مقیاس‌پذیر و بدون تجهیزات حجیم مورد نیاز است: به نظر من، این یکی از راه‌های ملموسی است که علم مواد می‌تواند عدالت را در مراقبت‌های بهداشتی افزایش دهد.
مرجع: Z. Mu et al., Hydration-triggered skin electronic for integrated biomechanical and non-invasive plasmonic sensoring biochemical, Advanced Functional Materials (2026), DOI: 10.1002/adfm.77776
اعتبار تصویر ویژه: HUUM از طریق Unsplash
