ابتكر باحثون في جامعة نورث وسترن ، إيفانستون ، إلينوي ، وجامعة ساسكس ، برايتون ، إنجلترا ، نماذج أولية من الأجهزة الجديدة المستدامة بيئيًا التي يمكنها مراقبة ضغط الدم وضربات القلب ، أو شفاء الأمراض المزمنة مثل قرحة السكري.
تعد الأجهزة أيضًا أكثر تقدمًا بكثير من مرحلة إثبات المفهوم ؛ يتم إعادة امتصاص جهاز Northwestern ، وهو ضمادة عابرة تستخدم العلاج الكهربائي لمراقبة جروح السكري وعلاجها ، في الجسم. قد يكون جاهزًا للتجارب البشرية في غضون عام إلى 18 شهرًا ، وفقًا لـ Guillermo Ameer ، مدير مركز Northwestern للهندسة التجديدية المتقدمة. تتكون الضمادة من قطبين كهربائيين صغيرين من الموليبدينوم متصلين بوحدة حصاد طاقة خالية من البطاريات ووحدة اتصالات قريبة المدى تتصل ببرنامج تحكم في هاتف ذكي أو جهاز لوحي.
في دراسة أجريت على الفئران المصابة بداء السكري نُشرت في تقدم العلوم ، وجد أمير ومعاونوه ، بما في ذلك رائد الإلكترونيات القابلة للامتصاص جون روجرز ، أن الجهاز أدى إلى شفاء أسرع بنسبة 30 في المائة من مجموعة التحكم التي تستخدم الضمادات العادية.
يعمل الجهاز عن طريق إرسال تيار صغير من القطب الخارجي الشبيه بالحلقة ، والذي يجلس حول موقع الجرح ، إلى القطب الداخلي على شكل زهرة ، والذي يبلغ عرضه حوالي 120 ميكرومترًا ويجلس فوق الجرح. (استخدمت دراسة الفئران حوالي 1 فولت من التيار ، وقال أمير إن ذلك قد يتغير في الدراسات القادمة على الحيوانات الأكبر حجمًا.) يحفز التيار تجديد الجلد الصحي ، والذي يقاس تقدمه بالتيار التفاضلي بين الأقطاب الكهربائية. عندما يلتئم الجرح ويجف ، يتناقص الفرق الحالي.
ربما يكون العنصر الأكثر إقناعًا في الجهاز هو القطب الداخلي. عندما يشفى الجرح ، ينمو الجلد المتجدد فوق القطب ويمتصه تمامًا. قطب الحلقة الخارجية ووحدة الطاقة والاتصالات المصاحبة قابلة للفصل من القطب الداخلي. أظهرت نتائج دراسة الفئران أن تركيزات الموليبدينوم في الجسم عادت إلى تلك المشابهة للمجموعة الضابطة في غضون 22 أسبوعًا.
قال أمير إنه لم يكن بإمكانه هو وزملاؤه المضي قدمًا في الفكرة إذا لم يعتقدوا أنها آمنة.
قال: “إنها مسألة مخاطر / فائدة ، مثل أي دواء أو جهاز طبي آخر”. هذا ليس مصممًا لطفلك الذي يصاب بخدش في ساقه. إنه مصمم للجروح التي لم تلتئم في غضون شهر أو نحو ذلك وتكون عرضة للعدوى ، مما يؤدي إلى المضاعفات والبتر. بعد الشفاء ، سينمو الجلد فوق القطب الكهربائي المتبقي ، والذي تتوقعه بمرور الوقت سيتم امتصاصه. يمكنك شرح ذلك للمريض ويمكنه ولطبيبه اتخاذ قرار مستنير “.
وقال إن هذه التقنية يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص في أجزاء الجسم التي يصعب الوصول إليها أو رؤيتها ، مثل أسفل القدمين. بالنظر إلى أن أحد أعراض مرض السكري هو تلف الأعصاب الطرفية ، قال أمير إن المريض ربما يعاني من جرح يزداد سوءًا ولكن لا يستطيع رؤيته أو الشعور به. يمكن أن يؤدي التدفق المستمر للبيانات المتاحة من الجهاز إلى لوحة معلومات الطبيب المتصل إلى تقليل هذا الخطر أو القضاء عليه.
مستشعر قائم على الطحالب قابل للتحلل
في حين أن جزءًا من جهاز Northwestern يمتص بيولوجيًا نفسه في الجسم ، فإن المستشعر الذي تم تطويره في جامعة ساسكس قابل للتحلل البيولوجي تمامًا. وهو يتألف من مسحوق طحالب من الدرجة الغذائية يضاف إلى معلق الجرافين المكون من الجرافيت وكولات الصوديوم والماء منزوع الأيونات ، ثم يجفف لتشكيل لوح مركب نانوي. عندما تنقع في مكون آخر من الدرجة الغذائية – حمام مائي كلوريد الكالسيوم – تتضخم الصفيحة ويخلق هيدروجيل موصل.
طور باحثو جامعة ساسكس هيدروجيل موصل قابل للتحلل بشكل كامل من الطحالب والمياه المالحة والجرافين المشتق من معلق الجرافيت المائي.جامعة ساسكس
الجهاز موصوف في الكيمياء والهندسة المستدامة ACS ، كما أنه مرن للغاية بالنسبة لمركب نانوي (مع معامل يونغ 0.6 باسكال فقط) ، وحساسة بدرجة كافية لقياس جسم لا يتجاوز 2 مليغرام من الكتلة ، وهو ما شبهه المخترعون بالضغط الناتج عن قطرة مطر واحدة على سطحه. يظن الباحثون أن التنافر المتأصل بين الجرافين شديد الكراهية للماء والموصل وهلام الطحالب المحبة للماء ولكن العازل – والذي يسمونه “الالتصاق البيني الضعيف” – يضفي عليه حساسيته المعززة للتشوه الميكانيكي. وخلصوا إلى أنه “فيما يتعلق بالتطبيق كأجهزة استشعار الإجهاد الميكانيكية ، فإن هذه الخصائص الميكانيكية المنخفضة مفيدة للغاية لأنها تؤدي إلى تشوه منخفض للغاية للاستجابة الكهروميكانيكية”.
بالنسبة للتطبيقات الأولية ، يتصورون أن المواد الهلامية يمكن استخدامها كمستشعرات بيئية في مجموعة من التطبيقات بما في ذلك الكشف عن هطول الأمطار واستشعار تسرب تيار الهواء من أجل تسخين أو تبريد المباني بشكل أكثر كفاءة.
قام المؤلف المقابل للدراسة ، كونور بولاند ، مؤلف الدراسة ، وهو محاضر في فيزياء المواد في ساسكس ، بتمييز عمل مختبره ، الذي يستخدم الاستشعار الكهروميكانيكي ، عن ضمادة نورث وسترن ، التي تستخدم الاستشعار الكهروكيميائي ، لكنه قال إن كلا النهجين يمكن أن يكون لهما استخدامات مشروعة في الرعاية الصحية للإنسان. على سبيل المثال ، قال إن فريقه يعمل بالفعل على تحويل خليط الطحالب إلى مادة تحاكي الخصائص الميكانيكية لبشرة الإنسان ، ولكن لديها أيضًا القدرات الإلكترونية لمراقبة ضغط الدم ومعدل التنفس.
قد يكون قياس التأكسج النبضي أحد التطبيقات المثيرة للاهتمام بشكل خاص في المستقبل ، واكتشاف تشبع الأكسجين في الدم. لقد وثق باحثو الصحة مشكلة مستمرة مع العديد من مقاييس التأكسج المتاحة تجارياً ، والتي تستخدم أجهزة استشعار بصرية – فهم غالباً ما يقيسون تشبع الأكسجين لدى الأشخاص ذوي الصبغة الداكنة بشكل غير دقيق.
قال بولاند: “إن قياسنا هو قياس مادي ، فأنت تضعه على الجلد وهو يقيس الشريان الذي يندفع نحو الجلد”. “ستحصل دائمًا على نفس الإشارة طالما تمت معايرة المادة.”
يعترف بولاند بأن النظام البيئي حول الأجهزة المتوافقة حيوياً والقابلة للتحلل البيولوجي لا يزال في مهده. في حين أن جهاز مختبره قابل للتحلل تمامًا ، فإن أي غلاف واقٍ يهدف إلى إطالة العمر الافتراضي – قال إن النموذج الأولي للمختبر ثابت لمدة خمس أو ست ساعات – لن يكون كذلك.
وقال: “آمل أن يظهر عملنا أن هناك جدارة في تسويق مثل هذه المواد وفتح مجال أوسع من الأبحاث”.
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
