سنغبونغ كيم ، روزبه غفاري ، جون أ. روجرز
الماخذ الرئيسية
- قام العلماء ببناء جهاز لاستشعار العرق على شكل رقعة لاصقة رفيعة ومرنة ومحكمة تسرب الماء.
- يمكن للجهاز تحليل العرق بحثًا عن المواد الكيميائية الحيوية مثل الكورتيزول والجلوكوز وفيتامين ج والكلور.
- يمكنه قياس العلامات الفسيولوجية الرئيسية لمساعدة الأشخاص على مراقبة الصحة وألعاب القوى وحتى الأداء العسكري.
مجرد قطرة من العرق يمكن أن تكشف الكثير عن جسد الشخص. الآن ، يمكن أن يكون فهم بعض المكونات الرئيسية للكيمياء الحيوية الخاصة بك سهلاً مثل الصفع على رقعة لاصقة وتمريرها بالقرب من هاتفك الذكي.
في ورقة نشرت هذا الأسبوع فيوقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، أعلن فريق من الباحثين عن تطوير رقع رقيقة ومرنة يمكنها جمع وتحليل كميات صغيرة من العرق في الوقت الفعلي.
"تمثل أنظمة الموائع الدقيقة اللينة التي تلتقط وتخزن وتنفذ تحليل العلامات الحيوية لأحجام الميكرولتر من العرق ، في الموقع ، كما يخرج من سطح الجلد ، فئة ناشئة من التكنولوجيا القابلة للارتداء ذات القدرات القوية التي تكمل تلك الخاصة بأجهزة الاستشعار الفيزيائية الحيوية التقليدية يكتب مؤلفو الورقة.
يستخدم هذا التصحيح كيمياء متغيرة اللون لقياس مستويات الجلوكوز واللاكتات والكلور والكورتيزول والمزيد. يمكن أن تساعد هذه في تقييم المكونات المختلفة لصحة الشخص ، مثل مستوى الماء والتوتر.
"ما نحاول القيام به هو تطوير مجموعة من التقنيات التي يمكن تقديمها في شكل ملصق" ، هذا ما قاله المؤلف المشارك جون روجرز ، دكتوراه ، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية وعلوم المواد وجراحة الأعصاب في جامعة نورث وسترن ، يقول VeryWell. "هذا نوع من العلامة المائية العالية بالنسبة لنا من حيث نطاق الوظائف في جهاز من هذا النوع."
ماذا يعني هذا بالنسبة لك
ستتوفر الرقع اللاصقة قريبًا للمستهلكين لاستخدامها في ألعاب القوى والتغذية. تتمتع أجهزة استشعار العرق بالقدرة على اختبار مقاييس صحية متعددة ويمكن دمجها في الأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية قريبًا.
كيف يعمل التصحيح
اختبار الدم هو الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على معلومات حول بعض المواد الكيميائية الحيوية الرئيسية مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكلوريد واليوريا. ومع ذلك ، فإن هذه العملية غازية لأنها تتطلب وخز الجلد أو اختراقه بحقنة. هذا يجعلها أقل جاذبية كعملية روتينية.
من ناحية أخرى ، يمكن جمع العرق من سطح الجلد دون أي إجراءات غازية. ويحتوي على عدد من المواد الكيميائية الحيوية المفيدة لفهم وتشكيل النتائج الصحية.
تاريخيا ، كان جمع العرق يمثل تحديا خاصا. كان ينطوي في بعض الأحيان على كشطه من الجلد بأداة لا تختلف عن الممسحة. أثناء رعي الجلد ، يمكن لمواد مثل خلايا الجلد والأوساخ والزيوت تلويث العينة عن غير قصد.
يستخدم هذا الجهاز الجديد تقنية موائع جزيئية لتوجيه كميات صغيرة من العرق عبر قنوات صغيرة وصمامات وخزانات في الرقعة. عندما يتم إطلاق العرق من المسام في الجلد ، فإنه ينتقل عبر هذه المسارات ويتفاعل مع المقايسات - وهي مكونات لقياس تركيبة المواد الكيميائية من العرق. لا تضمن هذه الرقعة الثابتة أن عينة العرق نقية فحسب ، بل تسمح أيضًا بتحليلها في الوقت الفعلي.
يقول روجرز ، وهو أيضًا المدير المؤسس لمركز الإلكترونيات المتكاملة الحيوية: "لقد غيرت منصات الموائع الدقيقة هذه البروتوكولات التي يمكنك استخدامها لدراسة العرق".
البقع غير واضحة نسبيًا على مرتديها. أحد أسباب صغر حجمها وهيكلها المرن هو أن التصحيح لا يحتوي على بطارية ضخمة. بدلاً من ذلك ، يتم تشغيله من خلال التفاعلات مع الهواتف الذكية.
من خلال تسخير تقنية الاتصالات قريبة المدى التي تتيح وظائف مثل المدفوعات اللاسلكية ، يمكن أن يقوم التصحيح والهاتف الذكي بتبادل الطاقة والمعلومات بشكل فعال. يتلقى التصحيح الطاقة لاسلكيًا باستخدام موجات الراديو من الهاتف ، ويتم إرسال المعلومات حول العرق - مثل الكمية التي تم جمعها وتركيبها الكيميائي - مرة أخرى إلى الهاتف.
يجب أن يكون الجهاز قريبًا من هاتف ذكي حتى يعمل ، مما يعني أنه يتعين على المستخدم تمرير هاتفه بالقرب من التصحيح حتى يحصل على الطاقة. ولكن ، كما يقول روجرز ، يمكن للعلماء تطوير جهاز بهوائي أكبر يمكن تثبيته على شيء مثل دراجة التمرين للحصول على قراءة أكثر استمرارية.
ماذا يمكن أن يخبرنا العرق
يمكن أن تكون الطبيعة غير الغازية لجمع العرق مفيدة للغاية ، خاصة للأشخاص الذين يعتمدون على اختبارات الدم الروتينية لقياس حالتهم الصحية.
يقول روجرز: "العيب هو أنه لا أحد يعرف كل هذا القدر عن العرق". "يحتوي على هذه المكونات الكيميائية - هذا معروف. لكن كيف تتراكم على الدم هو سؤال بحثي مثير للاهتمام ونحن في خضم ذلك ".
تعمل مجموعته البحثية مع فريق من أطباء القلب في مستشفى لوري للأطفال في شيكاغو من أجل فهم أفضل لكيفية مقارنة المؤشرات الحيوية في العرق بتلك الموجودة في الدم. على سبيل المثال ، يحتوي كل من العرق والدم على الجلوكوز. سيقوم الباحثون بقياس المستويات في كلتا العينتين وتقييم ما إذا كان هناك ارتباط بين الاثنين وكيفية ذلك ، من أجل جعل مستشعرات العرق أكثر دقة وفائدة.
قياس كيفية إفراز الكورتيزول ، وكذلك الجلوكوز وفيتامين سي ، في الجسم من خلال العرق يمكن أن يوفر أيضًا نظرة ثاقبة على الصحة العقلية لمن يرتديه والضغط البدني. يتم إطلاق الكورتيزول استجابةً للضغوط الجسدية والعقلية ، ويمكن أن يؤدي إلى استهلاك الجلوكوز عندما يبدأ الجسم في الاستجابة للقتال أو الهروب. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط زيادة مستويات الكورتيزول بحالات مثل السمنة والسكري وارتفاع ضغط الدم والاكتئاب.
يأمل المؤلفون أن يؤدي تتبع هذه المواد الكيميائية الحيوية من خلال العرق إلى فهم أكبر لكيفية تفاعل الكورتيزول والجلوكوز وفيتامين سي.
كيف سيتم استخدام أجهزة استشعار العرق
تشتمل طرازات الساعات الذكية الحالية - مثل Apple Watch و Fitbit - على أدوات لقياس معدل ضربات القلب والحركة ومستويات الأكسجين في الدم. للتقدم إلى ما بعد هذه القياسات المادية ، فإن إضافة مستشعر العرق سيسمح للمستخدمين بتتبع الخصائص البيوكيميائية وتأثيرها على صحة المستخدم أيضًا.
قال تولجا كايا ، مدير البرامج الهندسية في جامعة ساكريد هارت في كونيتيكت لريزويل: "لدي شعور بأن هؤلاء اللاعبين الكبار في السوق في نهاية المطاف سوف يتعاملون مع استشعار العرق لأنه ليس غازيًا". "بمجرد أن يطبقوها في ساعاتهم ، فإنها ستصبح أكبر."
بناءً على بحث أجراه روجرز وفريقه ، طور جاتوريد GX Sweat Patch. المنتج عبارة عن نسخة مبسطة من تلك الموصوفة في الدراسة وهي اختبارات فقط للعوامل ذات الصلة بالرياضيين ، مثل مستويات الماء والكهارل.
تم الإعلان عن المنتج عبر إعلان تجاري خلال نصف الوقت في لعبة NBA All-Star في فبراير وسيكون متاحًا في متاجر السلع الرياضية العام المقبل. عبر التصحيح أيضًا إلى العالم الافتراضي كمنتج في أحدث إصدار من لعبة الفيديو NBA 2K.
لهذه التقنية استخدامات مختلفة في مجالات ألعاب القوى والتغذية ، بما في ذلك تتبع فقدان العرق ومستويات الإلكتروليت.
"يمكنك معرفة ما إذا كان شخص ما يعاني من الجفاف أو الجفاف في الوقت الفعلي ، وهو أمر مفيد للغاية لأنه عندما تلاحظ أنك عطش أو مصاب بالجفاف ، يكون قد فات الأوان لإعادته" ، كما يقول تولغا ، الذي لا ينتمي إلى ورقة شمالية غربية. "تفقد الأداء العقلي والأداء البدني بسرعة كبيرة."
يقول روجرز وتولجا إن هذه الأجهزة يمكن أن تكون مفيدة أيضًا للجيش. للحفاظ على صحة الناس بشكل أفضل ، يمكن للبقع مثل هذه تقييم مستوى الترطيب والكورتيزول لضمان أعلى أداء بدني وعقلي.
بينما يتعلم العلماء كيفية هندسة الأجهزة التي تتعايش مع الأنظمة الحية ، هناك مجال لإمكانية لا تصدق. يقول روجرز إن هناك العديد من الطرق التي يمكن أن تساعدنا بها الأدوات الجديدة في فهم بيولوجيا الأساسية لدينا بشكل أفضل ، بدءًا من الأجهزة القابلة للزرع في الدماغ إلى اللصقات لتتبع صحة الأطفال حديثي الولادة.
يقول روجرز: "إنها حقًا مساحة غنية وواسعة لإجراء بحث أكاديمي موجه نحو الاكتشاف". "إنه نوع من العلم له عواقب ، بمعنى ما. إذا طورت فهمًا ، فقد تكون قادرًا على إنشاء الأسس للتقنيات التي يمكن أن تغير الطرق التي نقدم بها الرعاية الصحية مع الفوائد المباشرة والنتائج المحسّنة للمرضى ، والتكاليف المنخفضة ، وإمكانية النشر في المناطق الفقيرة من الكوكب ".
