9 مه 2022- تصور کنید که بتوانید سطح قند خون خود را اندازه گیری کنید، یا بدانید که آیا بیش از حد نوشیدنی الکلی مصرف کرده اید یا خیر، و یا خستگی ماهیچه های خود را در طول تمرینات ورزشی پیگیری کنید، همه اینها با یک دستگاه کوچک که روی پوست شما می چسبد، قابل انجام است. مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، یک نمونه اولیه از چنین ابزار پوشیدنی را توسعه داده اند که می تواند به طور مداوم بر چندین نشانگر سلامت- سطح گلوکز، الکل و لاکتات- به طور همزمان در زمان واقعی نظارت کند.

اندازه دستگاه تقریباً به اندازه یک سکه ی 25 سنتی است. از طریق یک پچ حاوی سوزن های میکروسکوپی مانندچسب لباس(Velcro)بر روی پوست متصل می شود که هر یک حدود یک پنجم عرض یک موی انسان است. چسباندن دستگاه بر روی پوست دردناک نیست. میکروسوزن‌ها به سطح پوست نفوذ می‌کنند تا بیومولکول‌های موجود در مایع بینابینی را که مایع اطراف سلول‌های زیر پوست است، حس کنند. این دستگاه را می توان روی بازو قرار داد تا داده ها را به صورت بی سیم به یک برنامه سفارشی در گوشی هوشمند ارسال کند.

محققان مرکز حسگرهای پوشیدنیUC San Diego ، این دستگاه را در مقاله ای که در 9 می درNature Biomedical Engineering  منتشر شد، توصیف کردند.

نویسنده ی راهبر این مقاله، پروفسور جوزف وانگ، مدیر مرکز و استاد مهندسی نانو در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، گفت: این ابزار مانند یک آزمایشگاه کامل روی پوست است. این دستگاه قادر است به طور مداوم چندین نشانگر زیستی را به طور همزمان اندازه گیری کند و به کاربران این امکان را می دهد که بر سلامت و تندرستی خود در حین انجام فعالیت های روزانه نظارت کنند.

اکثر مانیتورهای سلامت تجاری، مانند مانیتورهای مداوم قند خون برای بیماران دیابتی، تنها یک سیگنال یا نشانگر زیستی را اندازه گیری می کنند. به گفته محققان، مشکل دستگاه های تک سیگنالی این است که اطلاعات جامعی که می تواند به افراد مبتلا به دیابت برای کنترل موثرتر بیماری خود کمک کند، در اختیار آنها قرار نمی دهد. برای مثال نظارت بر سطح الکل مفید است، زیرا نوشیدن الکل می تواند سطح گلوکز را کاهش دهد. دانستن همزمان سطح الکل و قند خون می تواند به افراد مبتلا به دیابت کمک کند تا از افت بیش از حد قند خون خود پس از نوشیدن الکل جلوگیری کنند. ترکیب اطلاعات در مورد لاکتات، که می تواند در طول ورزش به عنوان یک نشانگر زیستی برای خستگی عضلانی بررسی شود، نیز مفید است زیرا فعالیت بدنی بر توانایی بدن برای تنظیم قند خون تأثیر می گذارد.

دکتر فرشاد تهرانی، دانشجوی دکترای مهندسی نانو در آزمایشگاه پرفسور وانگ و یکی از نویسندگان اول این مقاله، گفت: با دستگاه‌ پوشیدنی ما، مردم می‌توانند تأثیر متقابل بین افزایش یا کاهش قند خون خود را با رژیم غذایی، ورزش و در هنگام نوشیدن مشروبات الکلی ببینند. این می‌تواند به کیفیت زندگی آنها نیز بیافزاید.

میکروسوزن ها با الکترونیک ادغام شدند

این پوشیدنی شامل یک چسب میکروسوزن است که به یک جعبه ی لوازم الکترونیکی متصل است. آنزیم های مختلف روی نوک ریزسوزن ها با گلوکز، الکل و لاکتات موجود در مایع بینابینی واکنش می دهند. این واکنش‌ها جریان‌های الکتریکی کوچکی تولید می‌کنند که توسط حسگرهای الکترونیکی تجزیه و تحلیل می‌شوند و به‌صورت بی‌سیم به اپلیکیشنی که محققان توسعه داده‌اند، ارسال می‌شوند. سپس نتایج در زمان واقعی بر روی گوشی هوشمند نمایش داده می شود.

مزیت استفاده از میکروسوزن ها این است که مستقیماً از مایع بینابینی نمونه برداری می کنند و تحقیقات نشان داده است که سطوح بیوشیمیایی اندازه گیری شده در مایع بینابینی به خوبی با سطح آن مواد در خون، ارتباط دارد.

پرفسور Patrick Mercier، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: ما این فناوری را از مکان بسیار خوبی از نظر اعتبار بالینی و ارتباط، شروع کردیم. این امر موانع موجود بر سر کاربرد بالینی این فناوری را کاهش می دهد.

پچ میکروسوزن که یک بار مصرف است، برای تعویض آسان از کیس الکترونیکی قابل جدا شدن است. کیس الکترونیکی که قابل استفاده مجدد است، باتری، حسگرهای الکترونیکی، فرستنده بی سیم و سایر قطعات الکترونیکی را در خود جای داده است. این دستگاه را می توان روی هر پد شارژ بی سیمی که برای گوشی ها و ساعت های هوشمند استفاده می شود، شارژ کرد.

ادغام همه این اجزا با هم در یک پوشیدنی کوچک و بی سیم یکی از بزرگترین چالش های تیم بود. همچنین نیاز به طراحی و مهندسی هوشمندانه ای داشت تا لوازم الکترونیکی قابل استفاده مجدد را که باید خشک بمانند، با پچ میکروسوزن که در معرض مایعات بیولوژیکی قرار می گیرد، ترکیب کند.

پرفسور Mercier، که همچنین یکی از مدیران مرکز سنسورهای پوشیدنی UC San Diego است، گفت: زیبایی این سیستم کاملاً یکپارچه اینست که افراد می‌توانند بدون اتصال به تجهیزات رومیزی آن را بپوشند.

آزمایش نمونه ی اولیه

این ابزار پوشیدنی بر روی پنج داوطلب آزمایش شد که در حین ورزش، خوردن یک وعده غذایی و نوشیدن یک لیوان شراب، دستگاه را بر روی بازوی خود قرار داده بودند. این دستگاه برای نظارت مستمر سطح قند خون داوطلبان به طور همزمان با سطح الکل یا لاکتات آنها مورد استفاده قرار گرفت. اندازه‌گیری‌های گلوکز، الکل و لاکتات که توسط این دستگاه انجام شد، با اندازه‌گیری‌های انجام ‌شده به ترتیب توسط یک مانیتور تجاری قند خون،Breathalyzer  و اندازه‌گیری‌ لاکتات خون در آزمایشگاه، مطابقت داشت.

مراحل بعدی

فرشاد تهرانی و هژیر تیموریان، یکی از نویسندگان اول این مقاله و محقق سابق فوق دکترا در آزمایشگاه پرفسور وانگ، یک شرکت استارت آپ به نام AquilX را برای توسعه بیشتر این فناوری برای تجاری سازی تأسیس کردند. مراحل بعدی شامل آزمایش و بهبود مدت زمان ماندگاری چسب میکرونیدل قبل از تعویض است. این شرکت همچنین از امکان افزودن حسگرهای بیشتری به دستگاه برای نظارت بر سطح دارو در بیماران و سایر سیگنال‌های سلامت خبر داد.

منبع:

Tehrani, F.., et al. (2022) An integrated wearable microneedle array for the continuous monitoring of multiple biomarkers in interstitial fluid. Nature Biomedical Engineering. doi.org/10.1038/s41551-022-00887-1.

https://www.news-medical.net/news/20220509/New-wearable-can-continuously-monitor-several-health-stats-simultaneously-in-real-time.aspx