رصد فعالیت‌های فیزیولوژیکی بدن با حسگر پوشیدنی

به گزارش صنعت نیوز، پژوهشگران دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج) با طراحی و ساخت یک حسگر پوشیدنیِ پتانسیومتری بر پایه‌ی نانوساختار Na ۰.۴۴ MnO ۲ توانستند میزان غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان را اندازه‌گیری کنند.

این حسگر علاوه بر این‌که یک مایع زیستی در دسترس است، از مزایای قیمت ارزان، قابل‌حمل‌بودن و غیرتهاجمی‌بودن نیز برخوردار است.

حسگرهای پوشیدنی مستقیماً بر روی پوست انسان قرار می‌گیرند و بدون نیاز به ابزارهای جانبی، می‌توانند فعالیت‌های فیزیولوژیکی بدن را رصد کنند. در این پژوهش یک حسگر پتانسیومتریِ پوشیدنی برای اندازه‌گیری لحظه‌ای یون‌های سدیم در نمونه‌های تعریق انسان ارائه شد.

دکتر طیبه مدرکیان عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا همدان درباره این طرح گفت: «کنترل میزان یون سدیم یک شاخص مناسب برای تشخیص دی‌هیدراسیون یا کم‌آبی بدن ورزشکاران است. نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به‌ دلیل توانایی برهمکنش با یون‌های سدیم، رسانایی الکتریکی، پایداری و هزینه ساخت کم به‌عنوان ماده فعال در ساخت حسگر پوشیدنی استفاده شد. به منظور تعیین غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان، حسگر پتانسیومتریِ پوشیدنی ساخته‌شده در یک هدبند ورزشی تعبیه شد. این حسگر به صورت لحظه‌ای می‌تواند غلظت یون سدیم را به یک تلفن همراه از طریق بلوتوث منتقل کند. این حسگر می‌تواند یون سدیم را در محدوده غلظتی ۲۱/۰ تا ۵۴/۲۴ میلی‌مولار در نمونه عرق اندازه‌گیری کند، که این گستره‌ی غلظتی محدوده فیزیولوژیکی این یون را پوشش می‌دهد.»

این حسگر پوشیدنی می‌تواند برای اندازه‌گیری غیرتهاجمی یون سدیم در عرق انسان به منظور مراقبت‌های بهداشتی و تشخیص بیماری استفاده شود. بیشترین کاربرد این حسگرهای قابل‌حمل در صنایع پزشکی، مهندسی پزشکی، علوم تغذیه، نظامی و علوم ورزشی است. به عنوان مثال، برای تحلیلگران علوم ورزشی بسیار حائز اهمیت است که میزان غلظت برخی از یون‌های مهم در عرق فرد ورزشکار را در لحظه کنترل کنند، زیرا غلظت برخی از یون‌ها با عملکرد فیزیولوژیکی بدن در ارتباط است. غلظت لحظه‌ای این یون، اطلاعات فیزیولوژیکی مهمی را در مورد عملکرد بدن در اختیار متخصصان قرار می‌دهد تا تصمیم‌گیری بهتری در مورد درمان و یا تغذیه افراد داشته باشند.

پژوهشگر این طرح معتقد است امکان تجاری‌سازی این محصول وجود دارد و با توجه به ویژگی‌های قابل‌حمل‌بودن، قیمت پایین، حساسیت بالا نسبت به یون سدیم و امکان ارسال نتایج حسگر به تلفن همراه، تجاری‌سازی این محصول می‌تواند به صنعت پزشکی کمک شایانی کند. در حال حاضر تجاری‌سازی این محصول توسط دانشگاه بوعلی‌سینا، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)، شرکت شتابدهنده نیکتا شیمی و شرکت دانش‌بنیان فرین بهبود تشخیص در دست بررسی است.

مدرکیان درباره ویژگی‌های نوآورانه این تحقیق گفت: « مهم‌ترین مزیت این پژوهش نسبت به مطالعات مشابه، استفاده از روش پتانسیومتری به عنوان روش تشخیصی در ساخت حسگر است. حسگرهای پوشیدنی الکتروشیمیایی عمدتاً از روش‌های ولتامتری و یا آمپرومتری استفاده می‌کنند. محدودیت‌های الکترونیکی باعث می‌شود تا امکان قابل‌حمل‌کردن این حسگرها با چالش‌هایی همراه باشد. در حالی‌که برخلاف روش‌های ولتامتری و آمپرومتری، حسگرهای پوشیدنی بر پایه‌ی روش پتانسیومتری به‌راحتی به دستگاه‌های قابل‌حمل تبدیل می‌شوند. از دیگر مزایای این پژوهش می‌توان به رفاه حال فرد داوطلب در حین انجام آزمایش اشاره کرد. با توجه به این نکته که برای تعیین غلظت یون سدیم، نیازی به گرفتن نمونه خون و یا مایعات بینابینی نیست و تنها از طریق عرق حاصل از فعالیت‌های روزمره، میزان غلظت این یون سنجش می‌شود، داوطلب احساس رفاه و آرامش در حین آزمایش دارد.»

وی با اشاره به فرآیند استفاده از فناوری نانو در این طرح پژوهشی گفت: «نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به دلیل داشتن توانایی برگشت‌پذیری پاسخ نسبت به یون Na+، یک ماده‌ی فعال حسگری برای ساخت حسگرهایی با کارایی بالا برای تشخیص غلظت‌های کم از یون سدیم در سیالات زیستی بدن است. لازم به ذکر است که ساخت این نانوساختار توسط تکنیک‌های مشخصه‌یابی مختلف (XRD، FESEM، EDX و BET) تأیید شده است. حفرات نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ حساسیت بالایی به یون سدیم دارند و سایر یون‌های موجود در نمونه‌های عرق (مانند یون‌های پتاسیم، کلسیم و منیزیم) اجازه ورود به نانوساختار را ندارند. بنابراین حسگر پوشیدنی تهیه‌شده با نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به صورت گزینش‌پذیر به یون‌های سدیم پاسخ می‌دهد و یون‌های مزاحم نمی‌توانند پاسخ حسگر را مختل کنند.»

امروزه پزشکان، متخصصان علوم تغذیه و ورزش، نیاز دارند تا متغیرهای شیمیایی، فیزیکی، و یا زیستی را به صورت لحظه‌ای رصد کنند تا در مورد بیماران یا افراد ورزشکار به درستی تصمیم‌گیری کنند. دسترسی به سیالات زیستی مانند مایع بینابینی و خون دارای یک چالش مهم است، زیرا به منظور دسترسی به نمونه، شکستن سطح پوست موردنیاز است و می‌تواند باعث عفونت شود. از طرفی دیگر، در میان تجزیه و تحلیل سیالات زیستی، نمونه عرق انسان از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا یک سیال زیستی غیرتهاجمی است. یون سدیم می‌تواند برای تشخیص سلامت عمومی، نظارت بر استرس گرمایی، و تشخیص بیماری‌های مختلف مانند هیپوناترمی و فیبروز کیستیک مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، تعیین سطح این یون در عرق، به منظور ارائه اطلاعات مهم برای تشخیص بالینی ضروری است.
 

نتیجه همکاری پژوهشگران دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج) به راهنمایی دکتر طیبه مدرکیان، دکتر عباس افخمی (اعضای هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا) و دکتر حسن باقری (عضو هیأت‌علمی دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)) که در قالب یک طرح تحقیقاتی مشترک بین دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج) انجام شده در مقاله‌ای با عنوان Wearable Potentiometric Sensor Based on Na ۰.۴۴ MnO ۲ for Non- invasive Monitoring of Sodium Ions in Sweat در نشریه ANALYTICAL CHEMISTRY به چاپ رسیده است.