سنسورهایی در پوشک که غلظت قند ادرار را کنترل می کنند

23 اوت 2021- به لطف علم و پزشکی مدرن، در حال حاضر ما اطلاعات بیشتری در مورد علائم اولیه برخی بیماری ها و نشانگرهای زیستی که باید بررسی شوند، بدست آورده ایم. مهمتر از همه، ما دستگاهها و تکنیکهایی را در اختیار داریم که به راحتی می توانند این نشانگرهای زیستی را در محیطهای بالینی نمونه برداری و تجزیه و تحلیل کنند، تا پزشکان، بیماران و مراقبان بتوانند بر اساس این اطلاعات عمل کنند. در حوزه ی در حال پیشرفت فناوریهای مراقبت های بهداشتی، "وسایل الکترونیکی پوشیدنی و حسگرهای زیستی" به عنوان تغییر دهندگان بالقوه ی بازی در نظر گرفته می شوند، زیرا هم به کادر پزشکی و هم به سایر افراد اجازه می دهند تا از راه دور متغیرهای بدنی مربوطه را زیر نظر داشته باشند.

در مورد دیابت که یک بیماری نسبتاً شایع است، نظارت بر غلظت قند خون بسیار مهم است. خوشبختانه، غلظت قند موجود در ادرار اطلاعات غیرمستقیمی از غلظت قند خون ارائه می دهد و می تواند به عنوان یک نشانگر زیستی جایگزین، اندازه گیری قند خون از طریق خونگیری مکرر شود. علاوه بر این، برای اندازه گیری غلظت قند در ادرار بیماران مسن یا بیماران تحت مراقبت های طولانی مدت، می توان سنسورها را مستقیماً در پوشک آنها تعبیه کرد. با انتقال بی سیم داده های بدست آمده، سنسورهای پوشک می توانند کارهای مراقبت و نظارت بر سلامت را تا حد زیادی ساده کنند. با این حال، سنسورها و فرستنده های بی سیم برای کارکردن به منبع انرژی نیاز دارند و قرار دادن باتری در پوشک ممکن است از نظر زیست محیطی و عملی، راه حل مناسبی نباشد.

خوشبختانه دانشمندان ژاپنی راه حلی برای این مشکل ارائه کردند. در مطالعه اخیر که درACS Sensors ، منتشر شده است، پروفسور ایسائو شیتاندا، پروفسور ماسایوکو ایتاگاکی و آقای یوکی فوجیمورا از دانشگاه علوم توکیو(TUS) در ژاپن، رویکردی امیدوارکننده برای تولید حسگرهای پوشک ارائه دادند که می توانند مستقیماً انرژی مورد نیاز خود را از ادرار تولید کنند، بهمین دلیل آنها را "سنسورهایSelf-powered  یا خودتوان پوشک" نامیدند. این کار با همکاری دکترSeiya Tsujimura  دانشیار دانشگاهTsukuba ، در ژاپن انجام شد. شایان ذکر است که این کار در راستای سایر تلاش های تحقیقاتی دکتر Shitanda و همکارانش برای توسعه حسگرهای زیستی خودتوان مانند حسگر لاکتات است که به طور کامل انرژی خود را از عرق فرد تامین می کند.

اما چگونه می توان الکتریسیته کافی را از ادرار برای تامین انرژی مورد نیاز یک سنسور تولید کرد؟ پاسخ در الکتروشیمی نهفته است. دانشمندان یک سلول سوخت زیستی مبتنی بر کاغذ تولید کردند که از طریق یک جفت واکنش اکسیداسیون احیاء، جریانی الکتریکی تولید می کند و این جریان الکتریکی دقیقا متناسب با غلظت گلوکز در ادرار است. ملاحظات مهمی که در طراحی چنین سلولهای سوخت زیستی(biofuel cell) در نظر گرفته شده است، میزان ادرار مورد نیاز برای تولید جریان الکتریکی کافی و ثبات و دوام کلی دستگاه است. با در نظر گرفتن این موضوع، دانشمندان با استفاده از فرآیندی موسوم به "graft polymerization" ، یک آند ویژه، یا همان پایانه منفی سلول الکتروشیمیایی را تولید کردند که به آنها اجازه می داد آنزیمهای واکنش دهنده به گلوکز و مولکول های واسطه را محکم به لایه ی کربن متخلخل به عنوان ماده ی رسانای پایه متصل کنند.

دانشمندان حسگر زیستی خود را در پوشک با استفاده از ادرار مصنوعی در غلظت های مختلف گلوکز آزمایش کردند. آنها از انرژی تولید شده برای تغذیه ی یک فرستنده بلوتوث کم انرژی استفاده کردند و غلظت اندازه گیری شده را از راه دور با استفاده از تلفن هوشمند کنترل نمودند. آنها دریافتند که سلول سوخت زیستی آنها می تواند غلظت قند موجود در ادرار را در مدت زمان بسیار کوتاهی (در عرض 1 ثانیه) تشخیص دهد.

دکترShitanda، اظهار کرد: علاوه بر نظارت بر گلوکز در زمینه ی دیابت، از سنسورهای خودتوان پوشک می توان برای بررسی ادرار کردن افراد از راه دور -در صورت ذخیره قند به عنوان سوخت از قبل-، استفاده کرد. در بیمارستان ها یا مراکز نگهداری سالمندان و مراقبت های پرستاری، جایی که صدها پوشک باید به طور دوره ای بررسی شوند، دستگاه پیشنهادی ما می تواند بار زیادی را از دوش مراقبان بر دارد.

به طور خلاصه، سنسوری که تیم دکتر Shitanda طراحی کرده است نه تنها می تواند از دیابت جلوگیری کند، بلکه مدیریت پوشک را بدون آسیب رساندن به محیط زیست کارآمدتر و پاسخگوتر می کند. دکتر شیتاندا گفت: ما معتقدیم مفهوم ارائه شده در این مطالعه می تواند به یک ابزار بسیار امیدوارکننده برای توسعه عمومی حسگرهای زیستی پوشیدنی خودتوان تبدیل شود.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2021-08-self-powered-diaper-sensors-urine-sugar.html