حلقه هوشمند جدید عرق بدن را به آزمایشگاه سلامت تبدیل کرد

محققان دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو موفق به توسعه یک حلقه هوشمند آزمایشی شده‌اند که می‌تواند به‌صورت پیوسته ترکیبات شیمیایی موجود در عرق انگشت را اندازه‌گیری کرده و اطلاعاتی فراتر از شاخص‌های رایج سلامت مانند ضربان قلب یا کیفیت خواب ارائه دهد. این فناوری که جزئیات آن در نشریه Nature Communications منتشر شده گامی مهم در مسیر نسل جدید ابزار‌های پوشیدنی برای پایش سلامت به شمار می‌رود.

به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، این حلقه هوشمند قادر است به‌طور هم‌زمان تا چهار نشانگر زیستی (Biomarker) را اندازه‌گیری کند. حسگر‌های قابل تعویض این دستگاه امکان تشخیص گلوکز، کتون، ویتامین C، اسید اوریک، لاکتات و الکل را فراهم می‌کنند. این قابلیت حلقه را از اغلب گجت‌های پوشیدنی موجود در بازار متمایز می‌کند، زیرا ابزار‌های فعلی عمدتاً تنها داده‌های فیزیکی مانند ضربان قلب، دمای پوست، میزان تحرک و الگوی خواب را ثبت می‌کنند در حالی که فناوری جدید اطلاعات بیوشیمیایی و مولکولی بدن را نیز در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

پایش مولکولی سلامت به جای اندازه‌گیری صرف علائم فیزیکی

تاموغنا سا‌ها پژوهشگر پسادکتری آزمایشگاه جوزف وانگ و نویسنده نخست این مطالعه می‌گوید حلقه‌های هوشمند تجاری تنها اطلاعات بیوفیزیکی ارائه می‌کنند، اما فاقد توانایی اندازه‌گیری نشانگر‌های بیوشیمیایی هستند، داده‌هایی که می‌توانند تصویری عمیق‌تر از وضعیت سلامت افراد ارائه دهند.

پژوهشگران این سامانه را نخستین حلقه هوشمند کاملا یکپارچه برای پایش روزمره نشانگر‌های زیستی مولکولی معرفی کرده‌اند. این پروژه تحت هدایت جوزف وانگ، استاد دانشکده مهندسی شیمی و نانو دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو انجام شده است.

جمع‌آوری عرق بدون نیاز به ورزش

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این حلقه آن است که برای نمونه‌برداری از عرق نیازی به فعالیت بدنی یا تعریق شدید وجود ندارد. برخلاف تصور رایج پوست انگشتان حتی در زمان استراحت نیز به‌طور مداوم مقدار اندکی رطوبت تولید می‌کند.

برای جمع‌آوری این رطوبت پژوهشگران از فناوری اسمز استفاده کرده‌اند. در این روش ماده‌ای نرم به نام هیدروژل اسمزی اختلاف فشار ایجاد می‌کند و به‌آرامی عرق را از سطح پوست به داخل یک کانال بسیار باریک هدایت می‌کند. این فرآیند کاملا بدون درد بوده و عملکرد آن مشابه حرکت طبیعی آب از خاک به سمت برگ‌های گیاهان است.

پس از جمع‌آوری عرق مجموعه‌ای از حسگر‌های الکتروشیمیایی غلظت مولکول‌های هدف را اندازه‌گیری می‌کنند. سیگنال‌های الکتریکی به‌دست‌آمده نیز با استفاده از ضرایب کالیبراسیون اختصاصی هر فرد به مقادیر تقریبی غلظت مواد در بدن تبدیل می‌شوند. این شخصی‌سازی ضروری است، زیرا ترکیب عرق و ارتباط آن با مقادیر موجود در خون از فردی به فرد دیگر متفاوت است.

امکان پایش هم‌زمان چندین شاخص متابولیکی

به گفته محققان اندازه‌گیری هم‌زمان چندین نشانگر زیستی می‌تواند الگو‌هایی را آشکار کند که با بررسی یک شاخص به‌تنهایی قابل مشاهده نیستند. برای مثال گلوکز و کتون هر دو اطلاعات مهمی درباره نحوه تولید و مصرف انرژی در بدن ارائه می‌کنند. پایش مداوم این دو شاخص می‌تواند تغییرات متابولیکی بدن را پس از صرف غذا، در دوره‌های روزه‌داری هنگام فعالیت ورزشی یا پس از مصرف دارو‌ها نشان دهد.

جوزف وانگ در این‌باره می‌گوید: حلقه‌ای که بتواند اطلاعات مولکولی را به‌صورت لحظه‌ای ثبت کند ابزار بسیار ارزشمندی برای تصمیم‌گیری درباره سلامت، رژیم غذایی و سبک زندگی خواهد بود. برای نمونه توانایی اندازه‌گیری هم‌زمان و پیوسته گلوکز و کتون می‌تواند در تعیین دقیق‌تر دوز انسولین برای بیماران مبتلا به دیابت نقش مهمی ایفا کند.

کارایی این حلقه در آزمایش‌هایی روی افراد سالم و همچنین بیماران مبتلا به دیابت نوع یک بررسی شده است. نتایج نشان داد مقادیر گلوکز ثبت‌شده توسط این حلقه همخوانی بسیار بالایی با داده‌های دستگاه‌های تجاری پایش مداوم قند خون (CGM) دارد. همچنین اندازه‌گیری کتون توسط این سامانه نیز با نتایج دستگاه‌های تجاری سنجش کتون خون مطابقت قابل توجهی نشان داد.

آزمایشگاهی کوچک روی انگشت

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم این فناوری یکپارچه بودن تمام اجزای سامانه در داخل خود حلقه است. برخلاف برخی فناوری‌های مشابه که به حسگر‌های پوستی یا تجهیزات جانبی نیاز دارند این حلقه تمام بخش‌های مورد نیاز را در خود جای داده است.

بخشی از حلقه شامل سامانه جمع‌آوری عرق، کانال انتقال مایع و حسگر‌های الکتروشیمیایی است و بخش دیگر باتری قابل شارژ و مدار‌های الکترونیکی را در خود جای داده است. داده‌های اندازه‌گیری‌شده نیز به‌صورت بی‌سیم به یک اپلیکیشن تلفن همراه ارسال می‌شوند تا کاربر بتواند روند تغییرات نشانگر‌های زیستی را در طول زمان مشاهده کند.

انرژی این نمونه اولیه توسط یک باتری انعطاف‌پذیر قابل شارژ از نوع روی-اکسید نقره تامین می‌شود که با هر بار شارژ تا حدود ۱۲ ساعت کار می‌کند. همچنین برد الکترونیکی دستگاه کوچک‌تر از یک سکه ۲۵ سنتی آمریکا بوده و بدنه خارجی آن با استفاده از چاپگر سه‌بعدی و پلیمر‌های سبک ساخته شده است.

جوزف وانگ در پایان با اشاره به پیچیدگی طراحی این سامانه گفت: ادغام تمام این اجزا در فضای بسیار کوچک یک حلقه دستاوردی چشمگیر در حوزه فناوری‌های پوشیدنی است.

پژوهشگران معتقدند این فناوری می‌تواند زمینه‌ساز نسل آینده ابزار‌های پوشیدنی پزشکی باشد، ابزار‌هایی که علاوه بر ثبت علائم حیاتی قادر خواهند بود وضعیت متابولیکی، تغذیه‌ای و حتی میزان مصرف الکل افراد را به‌صورت لحظه‌ای پایش کرده و اطلاعات ارزشمندی برای مدیریت بیماری‌هایی مانند دیابت و ارتقای سلامت فردی در اختیار کاربران قرار دهند.

انتهای پیام/