پزشکی و سلامت ,علمی، پژوهشی و فناوری

رصد مداوم سلامت با حسگر خورشیدی و پوشیدنی عرق

دانشمندان موسسه فناوری کالیفرنیا با همکاری محقق ایرانی خود، نوعی حسگر پوشیدنی عرق ابداع کرده اند که امکان نظارت مداوم بر سلامت را در محیط‌های سرپوشیده فراهم می‌آورد.

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : این حسگر که از سلول‌های خورشیدی پروسکایت برای تامین انرژی مورد نیاز خود استفاده می‌کند، می‌تواند نشانگر‌های زیستی متعددی را ردیابی کرده و ابزاری غیرتهاجمی برای مدیریت شرایط مختلف سلامتی به صورت مقرون به صرفه ارائه دهد.

حسگر‌های پوشیدنی عرق

عرق، مانند خون، حاوی اطلاعات ارزشمندی برای سلامتی است، اما با جمع آوری بسیار کم تهاجمی تر. این مفهوم باعث توسعه حسگر‌های پوشیدنی عرق شده است.

محققان موسسه فناوری کالیفرنیا با همکاری دکتر «احسان شیرازی ثانی» طی پنج سال گذشته، این پوشیدنی‌ها را برای شناسایی طیف گسترده‌ای از شاخص‌های سلامت، از جمله نمک ها، قندها، اسید اوریک، اسید‌های آمینه، ویتامین‌ها و حتی مولکول‌های پیچیده‌ای مانند پروتئین واکنش گر C که نشانه‌ای از خطرات خاصی برای سلامت محسوب می‌شود، ارتقا داده است.

آنها در جدیدترین نوآوری خود با همکاری پژوهشگران دانشگاه یوهانس کپلر لینز در اتریش، این حسگر‌ها را به یک سلول خورشیدی انعطاف پذیر برای عملکرد مداوم و بدون باتری مجهز کرده اند.

این پیل خورشیدی مورد استفاده محققان از کریستال پروسکایت ساخته شده است: ماده‌ای که ساختار شیمیایی آن برای اولین بار در اکسید تیتانیوم کلسیم معدنی یافت شد. پروسکایت به چند دلیل توجه توسعه دهندگان سلول‌های خورشیدی را به خود جلب کرده است: اول اینکه ساخت آن از سیلیکون (ماده اولیه مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی از دهه ۱۹۵۰) ارزان‌تر است، که باید از طریق فرآیند‌های متعدد به شدت خالص شود.

دوم، پروسکایت هزار برابر نازک‌تر از لایه‌های سلول‌های خورشیدی سیلیکونی است که به تعبیر پژوهشگران آنها را «شبه دوبعدی» می‌کند.

سوم، پروسکایت را می‌توان با طیف‌های مختلف نور، از نور خورشید در فضای باز تا اشکال مختلف نورپردازی داخلی، تنظیم کرد. در نهایت، و از همه جذاب‌تر برای پیشگامان انرژی خورشیدی، سلول‌های خورشیدی پروسکایت بازده تبدیل توان بالاتری (PCE) نسبت به سیلیکون دارند، به این معنی که می‌توانند نسبت بیشتری از نور دریافتی خود را به برق قابل استفاده تبدیل کنند.

افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی پروسکایت

این پژوهشگران می‌گویند: «ما نمی‌خواهیم فقط از نور شدید خورشید برای تامین انرژی ابزار‌های پوشیدنی خود استفاده کنیم. ما به شرایط واقعی تری از جمله روشنایی معمولی دفتر و خانه اهمیت می‌دهیم. بسیاری از سلول‌های خورشیدی در نور شدید خورشید کارایی بالایی دارند، اما در شرایط روشنایی ضعیف محیط‌های سرپوشیده و داخلی، کارایی چشمگیری ندارند. سلول‌های خورشیدی پروسکایتی منعطف (FPSC) روی حسگر تعریق به ویژه برای روشنایی داخلی مناسب است چرا که پاسخ طیفی FPSC به خوبی با طیف انتشار روشنایی محیط‌های سرپوشیده مطابقت دارد.»

نظارت مداوم بر سلامت با حسگر‌های جدید

استفاده از FPSC به محققان امکان داد تا حسگر‌هایی برای عرق بسازند که می‌تواند به مدت ۱۲ ساعت در روز کار کنند و نظارت مداومی بر pH، نمک، گلوکز و دما و نظارت دوره‌ای (هر ۵ تا ۱۰ دقیقه) برای میزان تعریق را فراهم کند. همه اینها بدون باتری یا منبع نور اختصاصی انجام می‌شود. علاوه بر این، از آنجایی که منبع تغذیه سبک‌تر و کوچک‌تر شده است، این ابزار پوشیدنی فضایی برای آشکارساز‌های اضافی برای نظارت بر تعداد بیشتری از نشانگر‌های زیستی به طور همزمان دارد.

این حسگر پوشیدنی جدید عرق، مانند نمونه‌های قبلی، به روشی شبیه اوریگامی مونتاژ شده است، با لایه‌های جداگانه‌ای که به فرآیند‌های مختلف اختصاص داده شده است. این حسگر دارای چهار جزء اصلی در تعامل است:اولین مورد به مدیریت انرژی اختصاص داده شده است - اختصاص برق برداشت شده توسط سلول خورشیدی. 

دوم، یونتوفورز نام دارد که القای تعریق را بدون هیچ گونه ورزش یا قرار گرفتن در معرض گرمای زیاد مورد نیاز کاربر را امکان پذیر می‌کند. در این پژوهش یونتوفورز هر سه ساعت انجام شد تا اطمینان حاصل شود که عرق کافی برای نظارت مداوم بر نشانگر‌های زیستی تحت مشاهده وجود دارد. 

سوم، امکان اندازه گیری الکتروشیمیایی مواد مختلف در عرق را فراهم می‌کند. چهارم، پردازش داده‌ها و ارتباطات بی سیم را مدیریت می‌کند که به حسگر اجازه می‌دهد با یک برنامه تلفن همراه ارتباط برقرار کند تا نتایج مداوم نظارت حسگر را نمایش دهد.

قابلیت اقتصادی و بالینی حسگر‌های عرق خورشیدی

این حسگر کاملا مونتاژ شده و ابعاد آن ۲۰ × ۲۷ × ۴ میلی متر است و می‌تواند فشار مکانیکی ناشی از پوشیدن روی بدن را تحمل کند. 

پژوهشگران می‌گویند: بیشتر عناصر حسگر عرق، مانند لوازم الکترونیکی و FPSC، قابل استفاده مجدد هستند. فقط برچسب حسگر یکبار مصرف است و می‌توان آن را با هزینه کم با استفاده از چاپ جوهرافشان تولید کرد. این برچسب‌های حسگر را می‌توان با توجه به موادی که کاربر می‌خواهد در بدن خود اندازه گیری کند، سفارشی سازی کرد.

پیامد‌های گسترده‌تر برای پایش سلامت

از آنجایی که این حسگر‌های عرق با انرژی خورشیدی کار می‌کنند، بیش از هر دستگاه دیگر رهگیر تناسب اندام یا سلامتی، می‌توانند کار کنند.

به عنوان مثال، می‌توان از این حسگر‌ها برای مدیریت دیابت (مطالعات نشان داده اند که گلوکز در عرق با گلوکز خون مطابقت دارد) و برای تشخیص طیف وسیعی از بیماری‌ها مانند بیماری قلبی، فیبروز کیستیک و نقرس استفاده کرد.

با توجه به آنکه این حسگر‌ها غیرتهاجمی هستند و قادرند چندین اندازه گیری را در دوره‌های زمانی کوتاه انجام دهند، می‌توانند سطح پایه را برای موادی مانند کورتیزول، هورمون‌ها یا متابولیت‌های مواد مغذی و دارو‌ها در بدن فرد شناسایی کنند. 

هنگامی که سطوح پایه برای چنین موادی مشخص شد، انحرافات آینده از این میزان، ابزار تشخیصی مؤثرتری نسبت به یک خون گیری منفرد را فراهم می‌کند و از آنجا که این حسگر‌ها نسبتا ارزان هستند، امید این است که بتوانند ابزار تشخیصی عالی در سراسر جهان، از جمله در کشور‌های در حال توسعه باشند.

https://stnews.ir/short/VWy8Y
اخبار مرتبط
تبادل نظر
نام:
ایمیل: ایمیل خود را با فرمت مناسب وارد کنید
نظر: