به گزارش بهمن به نقل از فیز، سنسورهای زیستی (بیوسنسورها) طی دو دهه گذشته تحول بزرگی در پایش سلامت در منزل بوجود آورده اند. ابزارهایی مانند پایشگرهای پوشیدنی ضربان قلب و قند خون به بیماران دچار بیماری های مزمن کمک می کنند تا وضعیت سلامت خویش را به صورت مداوم زیر نظر داشته باشند و زندگی فعال تری داشته باشند. با این وجود، حتی پیشرفته ترین این حسگرها هم به سبب ناتوانی در حفظ تماس پایدار با پوست، بخصوص هنگام فعالیت بدنی، با محدودیت هایی رو به رو هستند.
پژوهشگران دانشگاه درکسل و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا برای رفع این مشکل، نوعی هیدروژل جدید توسعه داده اند که به عنوان بستر سنسورهای زیستی استفاده می شود. این هیدروژل که نتایج پژوهش آن در نشریه Science Advances پخش شده، منعطف، بادوام و بسیار چسبنده است و حتی روی پوست مرطوب، عرق کرده یا دارای مو هم اتصال خویش را حفظ می نماید.
به گفته محققان، علاوه بر خم و کشیده شدن پوست در اثر حرکات طبیعی بدن، عواملی مانند رطوبت، چربی و وجود مو از مهم ترین موانع عملکرد دقیق سنسورهای زیستی هستند، چونکه اتصال آنها به پوست را مختل کرده و کیفیت دریافت سیگنال های زیستی را کم می کنند. هیدروژل جدید برای غلبه بر همین چالش ها طراحی شده است.
ابو موسی عبداله، پژوهشگر پسادکتری مهندسی مکانیک دانشگاه درکسل و یکی از سرپرستان این تحقیق، می گوید: «هدف نهائی اینست که سنسورهای زیستی آن قدر قابل اعتماد و راحت باشند که کاربر بدون آن که مدام متوجه حضورشان شود، بتواند زندگی روزمره خویش را ادامه دهد.»
وی اضافه کرد: «فرمولی طراحی کردیم که امکان چاپ هیدروژل در هر شکل و اندازه ای را فراهم می آورد. این ماده ضمن حفظ چسبندگی روی پوست عرق کرده یا دارای مو، از دوام کافی جهت استفاده مکرر هم برخوردار می باشد.»
پژوهشگران با تنظیم دقیق ترکیب پلیمرها و مواد افزودنی، هیدروژلی با چندین خصوصیت عملکردی مهم تولید کردند. همینطور با طراحی یک سازوکار شیمیایی که فرآیند ژل شدن را از راه کنترل pH به تعویق می اندازد، امکان ساخت حسگرها در شکل ها و اندازه های سفارشی برقرار شد.
در این تکنیک، ژل زمانی تشکیل می شود که ماده داخل سرنگ قرار دارد؛ بدین سبب هیدروژل به سادگی روی پوست تزریق یا پخش شده و به سرعت با انحنای محل موردنظر منطبق می شود.
عبداله در اینباره اظهار داشت: «این انعطاف پذیری به ما اجازه می دهد الکترودهایی متناسب با بخش های مختلف بدن یا نیازهای هر فرد تولید نماییم. هیدروژل جدید، نوع جدیدی از اندازه گیری های فیزیولوژیک عرضه نمی دهد، اما اندازه گیری های فعلی را در وضعیت حقیقی و دشوار، قابل اعتمادتر می کند.»
برای افزایش استقامت و رسانایی الکتریکی، محققان از دو نانوماده مبتنی بر گرافن شامل گرافن القاشده با لیزر (Laser-Induced Graphene) و اکسید گرافن احیاشده (Reduced Graphene Oxide) استفاده کردند. این مواد شبکه ای متخلخل درون هیدروژل ایجاد می کنند که علاوه بر بهبود انتقال سیگنال های الکتریکی، اجازه عبور عرق را هم می دهد و از تجمع رطوبت و جدا شدن سنسور از پوست جلوگیری می کند.
در مرحله نهایی، محققان پلی دوپامین را هم به فرمول هیدروژل افزودند؛ پلیمر زیستی چسبنده ای که از پروتئین های چسبنده صدف های دریایی الهام گرفته و به شکل گسترده به عنوان چسب زیستی شناخته می شود. این ماده نه تنها اتصال سنسور به پوست را تقویت می کند، بلکه سبب می شود سنسور حتی هنگام فعالیت بدنی و تعریق هم به صورت پایدار روی پوست باقی بماند.
به طور خلاصه ابزارهایی مانند پایشگرهای پوشیدنی ضربان قلب و قند خون به بیماران گرفتار بیماریهای مزمن کمک می کنند تا وضعیت سلامت خود را به شکل مداوم زیر نظر داشته باشند و زندگی فعال تری داشته باشند. این هیدروژل که نتایج پژوهش آن در نشریه Science Advances پخش شده، انعطاف پذیر، بادوام و بسیار چسبنده است و حتی روی پوست مرطوب، عرق کرده یا دارای مو هم اتصال خود را حفظ می کند. به قول محققان، علاوه بر خم و کشیده شدن پوست در اثر حرکات طبیعی بدن، عواملی مانند رطوبت، چربی و وجود مو از مهم ترین موانع عملکرد دقیق حسگرهای زیستی هستند، چراکه اتصال آنها به پوست را مختل کرده و کیفیت دریافت سیگنال های زیستی را کم می کنند. این مواد شبکه ای متخلخل درون هیدروژل ایجاد می کنند که علاوه بر بهبود انتقال سیگنال های الکتریکی، اجازه عبور عرق را هم می دهد و از تجمع رطوبت و جدا شدن حسگر از پوست جلوگیری می کند. در مرحله نهایی، محققان پلی دوپامین را هم به فرمول هیدروژل افزودند؛ پلیمر زیستی چسبنده ای که از پروتئین های چسبنده صدف های دریایی الهام گرفته و بشکل گسترده بعنوان چسب زیستی شناخته می شود.
