هیدروژل الهام‌گرفته از ریه، حسگرهای پوشیدنی سلامت را خنک‌تر و دقیق‌تر می‌کند

پژوهشگران MIT هیدروژلی جدید با شبکه‌ای از کانال‌های میکروسکوپی هوا توسعه داده‌اند که ضمن حفظ ۷۰ درصد آب، تا ۱۰ برابر بیشتر از هیدروژل‌های رایج اکسیژن و بخار آب را عبور می‌دهد.

کد خبر: ۴۳۳۵۰۷

تاریخ : ۰۴ مرداد ۱۴۰۵ - ۱۳:۳۴

نوشته

به گزارش شهرآرانیوز؛ حسگر‌های پوشیدنی سلامت که قادر به نظارت مداوم بر تغییرات بدن هستند، در سال‌های اخیر به یک پیشرفت عظیم در فناوری سلامت تبدیل شده‌اند.

این دستگاه‌ها همراه با پچ‌های پزشکی و پانسمان‌های زخم، اغلب باید ساعت‌ها یا روز‌ها در تماس با پوست باقی بمانند. با این حال، هیدروژل‌های غنی از آب که معمولاً در چنین محصولاتی استفاده می‌شوند، می‌توانند گرما و عرق را به دام بیندازند و به طور بالقوه باعث سوزش و اختلال در خوانش حسگر‌ها شوند.

پژوهشگران در یک مطالعه جدید که در مجله Nature منتشر شده است، به رهبری تیمی در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) از توسعه یک هیدروژل حاوی یک شبکه پایدار و سه‌بعدی از کانال‌های میکروسکوپی پر از هوا خبر می‌دهند.

یک مطالعه در سال ۲۰۲۴ که در مجله Science Advances منتشر شد، با استفاده از یک حسگر هیدروژل نفوذپذیر به گاز با ضخامت حدود ۱۰ میکرومتر و تقویت شده با نانومِش پلی اورتان، هشت روز نظارت مداوم بر پوست را به دست آورد.

مطالعه جدید MIT رویکرد متفاوتی را در پیش گرفته و یک شبکه پایدار از مسیر‌های هوا را در یک هیدروژل حجیم ایجاد می‌کند و در عین حال محتوای آب آن را ۷۰ درصد حفظ می‌کند.

با وجود اینکه این ماده ۷۰ درصد آب دارد، در آزمایش‌های آزمایشگاهی به نفوذپذیری اکسیژن تا ۱۸۵ بارر (barrer) که واحد اندازه‌گیری نفوذپذیری گاز است، دست یافت. این حدود ۱۰ برابر نفوذپذیرتر از یک هیدروژل معمولی است.

{$sepehr_key_234364}

محققان با الهام از معماری ریه‌های انسان که هوا را حمل می‌کند، از یک دستور هیدروژل معمولی استفاده کردند و مقدار کمی ذرات آئروژل سیلیس (اساساً حباب‌های هوای جامد) به آن اضافه کردند. این ذرات دافع آب، هوا را به دام می‌اندازند و از فروپاشی یا پر شدن فضا‌های کوچک هوا داخل آنها با آب جلوگیری می‌کنند.

در طول تولید، ذرات داخل هیدروژل به هم نزدیک شدند و یک شبکه نازک و به هم پیوسته از کانال‌های پر از هوا تشکیل دادند. این کانال‌ها به اکسیژن و بخار آب اجازه می‌دادند تا از ماده عبور کنند، در حالی که محتوای آب بالای خود را حفظ می‌کرد.

هیدروژل‌ها همچنین بخار آب را با سرعت ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از پچ‌های سیلیکونی و پلی اورتان منتقل می‌کردند و به خروج رطوبت از پوست کمک می‌کردند.

این هیدروژل همچنین نرم و بادوام بود و پس از ۱۰ هزار چرخه کشش، حدود ۹۵ درصد از نفوذپذیری هوای خود را حفظ کرد.

محققان برای اثبات قابلیت پوشیدن محصول جدید، راحتی پوشیدن پچ‌های خود را در مقایسه با انواع سیلیکونی رایج‌تر آزمایش کردند.

تصاویر فروسرخ گرفته شده دو دقیقه پس از برداشتن پچ‌ها نشان داد که دمای پوست زیر یک پچ سیلیکونی تجاری پس از ۲۰ دقیقه تمرین ورزشی، ۶.۵ درجه سانتیگراد افزایش یافته است.

با این حال، دما در زیر این هیدروژل جدید حدود ۱ درجه کاهش یافته بود، احتمالاً به این دلیل که این ماده اجازه می‌دهد گرما به طور مؤثرتری خارج شود.

مقدار قابل توجهی عرق نیز در زیر پچ سیلیکونی جمع شد، در حالی که پوست پوشیده شده با هیدروژل قابل تنفس، مشابه با پوست بدون پوشش باقی ماند.

در آزمایش دیگری، ۱۰ داوطلب، پچ‌های جدید را در طول یک ساعت ورزش متوسط ​​روی سینه خود پوشیدند و هیچ یک از آنها خارش، سوزش یا سایر واکنش‌های نامطلوب پوستی را گزارش نکردند.

{$sepehr_key_234365}

این تیم همچنین هیدروژل را برای استفاده به عنوان الکترودی که فعالیت الکتریکی قلب را ثبت می‌کند، تطبیق داد.

در طول آزمایش‌های دوچرخه‌سواری، الکترود‌های هیدروژل معمولی با تجمع عرق، سیگنال‌های الکتروکاردیوگرام (ECG) با پایداری کمتری تولید کردند. الکترود‌های ساخته شده با هیدروژل نفوذپذیر هوا، خوانش‌های واضح‌تری را در طول و بعد از ورزش حفظ کردند.

در پایش طولانی‌مدت، الکترود‌های هیدروژل به مدت ۱۰ روز به طور مداوم پوشیده شدند و در طول فعالیت‌هایی از جمله خواب، کار، پیاده‌روی و ورزش، به ثبت سیگنال‌های ECG قابل استفاده ادامه دادند.

شوان‌هه ژائو (Xuanhe Zhao)، نویسنده ارشد این مطالعه و مهندس مکانیک در MIT می‌گوید که فوری‌ترین کاربرد‌های این هیدروژل می‌تواند شامل دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی، پانسمان زخم و مانیتور‌های سلامت نصب شده روی پوست باشد.

وی گفت: این فناوری‌ها اغلب به تماس طولانی‌مدت با پوست نیاز دارند، اما هیدروژل‌های معمولی گرما و رطوبت را به دام می‌اندازند، زیرا اجازه عبور اکسیژن و بخار آب کافی را نمی‌دهند. ماده ما بر این محدودیت غلبه می‌کند و در عین حال محتوای بالای آب و نرمی را که هیدروژل‌ها را راحت و زیست‌سازگار می‌کند، حفظ می‌کند.

با این حال، این ماده هنوز برای استفاده بالینی آماده نیست. ژائو می‌گوید مطالعات بیشتری برای ارزیابی زیست‌سازگاری بلندمدت، عملکرد روی حیوانات بزرگ، استریلیزاسیون، تولید در مقیاس بزرگ، ماندگاری و ایمنی نظارتی آن مورد نیاز است.

آزمایش‌های انسانی، کوچک بودند و عمدتاً برای نشان دادن امکان‌سنجی این ماده طراحی شده بودند.

ارزیابی‌های ورزش و راحتی شامل حداکثر ۱۰ داوطلب بود، در حالی که اندازه‌گیری‌های فیزیولوژی پوست فقط شامل دو شرکت‌کننده و مقایسه ECG ورزش شامل سه شرکت‌کننده بود. بنابراین، مطالعات بزرگتر و متنوع‌تری برای تأیید یافته‌ها مورد نیاز است.

همچنین این ماده باید برای محصولات جداگانه تطبیق داده شود؛ زیرا پانسمان زخم، حسگر پوشیدنی و ایمپلنت هر کدام الزامات متفاوتی دارند.

ماده فعلی ذاتاً چسبنده نیست، به این معنی که هنوز برای باقی ماندن روی پوست به یک پشتیبان یا مکانیسم اتصال جداگانه نیاز دارد.

این طرح در درازمدت می‌تواند به طور بالقوه در مهندسی بافت و دستگاه‌های کاشتنی مورد استفاده قرار گیرد، یعنی همان جایی که تأمین اکسیژن برای سلول‌ها همچنان یک چالش بزرگ است.

ژائو می‌گوید: بسیاری از بافت‌ها و ایمپلنت‌های مهندسی‌شده برای حفظ زیست‌پذیری سلول به انتقال کارآمد اکسیژن نیاز دارند و ماده ما راهی برای بهبود تبادل گاز ضمن حفظ محیط هیدراته مورد نیاز سلول‌ها ارائه می‌دهد.

وی هشدار می‌دهد که با این حال، کاربرد‌های کاشتنی به آزمایش‌های بسیار بیشتری نیاز دارند و استفاده از آنها روی پوست را به گام اول واقع‌بینانه‌تر تبدیل می‌کند.

این یافته‌ها در مجله Nature گزارش شده‌اند.

منبع: ایسنا

{$sepehr_key_234366}