جهاز استشعار بيولوجي صيني صغير يكشف أسرار العرق

رقعة لاصقة يمكن ارتداؤها لرصد المؤشرات الحيوية

رسم توضيحي لعمل أجهزة استشعار العرق: a - جهاز استشعار العرق المفرز من الغدد العرقية b - تحليل مكونات العرق البيولوجية

كل أجسادنا تتعرق، فالعرق يلعب دوراً رئيسياً في التحكم بدرجة حرارة الجسم، عن طريق تبريد الجلد عبر التبخر. إلا أن بإمكانه كذلك حمل الأملاح والجزيئات الأخرى خارج الجسم عبر هذه العملية.

العرق مؤشر الصحة

في العصور الوسطى، كان الناس في أوروبا يلعقون الأطفال الرضع، وإذا وجدوا الجلد مالحاً، كانوا يعدّون ذلك مؤشراً على أن ثمة مرضاً خطيراً محتملاً. ونعلم اليوم أن الجلد المالح يمكن أن يكون مؤشراً على التليف الكيسي.

ويواصل العلماء حتى يومنا هذا، دراسة كيف يمكن للمواد الموجودة في العرق أن تكشف عن تفاصيل حول صحة الفرد. وفي كثير من الأحيان، يتعين عليهم الاعتماد على جمع عينات من الأشخاص في أثناء ممارسة تمارين رياضية شاقة، بهدف الحصول على عينات كبيرة كافية للتحليل.

لصقة استشعار بيولوجيالآن، طور باحثون في معهد هاربين للتكنولوجيا في الصين نظام استشعار يمكن ارتداؤه، بحيث يتولى جمع ومعالجة كميات صغيرة من العرق، مع الرصد المستمر. وأطلقوا على التصميم اسم «رقعة لاصقة إلكترونية نانوية ذكية من الغرافين متصلة بالجلد» skin - interfaced intelligent graphene nanoelectronic، أو «إس آي جي إن» «ساين» SIGN على سبيل الاختصار.

ونشر الباحثون نتائج دراستهم بدورية «المواد الوظيفية المتقدمة» Advanced Functional Materials. وذكرت مجلة «معهد المهندسين الكهربائيين الأميركيين أن رقعة استشعار «ساين» اللاصقة تعتمد على ثلاثة مكونات منفصلة لإنجاز مهمتها.

- أولاً: يجب نقل العرق من الجلد إلى غرف ميكروفلويدية (لتجميع أصغر الجزيئات السائلة الميكرووية).

- ثانياً: يتولى غشاء خاص إزالة الشوائب من السائل.

- وأخيراً، يجري نقل السائل إلى مستقبل بيولوجي يمكن ضبطه لاكتشاف أنواع المستقلبات (أي عناصر الاستقلاب أو التمثيل الغذائي داخل الجسم) المختلفة.

ويعتمد نظام النقل على مزيج من المواد المحبة للماء (أي الجاذبة للماء)، والمواد الكارهة للماء (الطاردة للماء). ويمكن لهذا النظام تحريك المحاليل المائية على طول قنوات دقيقة، حتى ضد حركة الجاذبية. ويتيح ذلك نقل عينات صغيرة بدقة، بغض النظر عن اتجاه الجهاز.

يجري نقل السائل إلى «غشاء يانوس» (وهو غشاء نانوي)، حيث يجري حجب الشوائب، ما يعني أن العينة التي تصل إلى المستشعر من المحتمل أن تقدم نتائج دقيقة.

وأخيراً، يصل العرق المنقى إلى جهاز استشعار بيولوجي مرن وهو مستشعر الغرافين، الذي يجري تنشيط عمله بواسطة إنزيمات مصممة لاكتشاف العلامة الحيوية المطلوبة. وبهذا يمكن التوصل إلى النتيجة بعد قياس العلامة البيولوجية في العينة بدقة.

قياسات مستمرة

من بين السمات المثيرة في رقعة «ساين»، قدرتها على توفير قياسات مستمرة. واختبر الباحثون الجهاز عبر دورات متعددة من العينات التي تحمل تركيزات معروفة من العلامة البيولوجية المستهدفة، وجاءت نتائجه بعد نحو خمس دورات على ذات المستوى من الدقة مثل نتائجه بعد دورة واحدة فقط. وتوحي هذه النتيجة بأنه يمكن ارتداؤه لفترة طويلة دون الحاجة إلى استبداله.

يمكن أن توفر القياسات المستمرة بيانات طولية مفيدة.

ومع ذلك، أوضحت تيس سكايرمي، كبيرة محللي التكنولوجيا في شركة الأبحاث «آي دي تيكس»، أن الأجهزة المستمرة يمكن أن يكون لها معدلات متفاوتة عند أخذ العينات. وأشارت إلى أن الأجهزة تحتاج كذلك إلى تحسين «عمر البطارية والمعايرة ودقة البيانات».

وقد ركز الباحثون الصينيون على اللاكتات lactate، وهو مستقلب يمكن استخدامه لتقييم مستويات ممارسة الشخص للتمارين الرياضية والشعور بالإجهاد، بوصفه المؤشر الحيوي الأولي الذي يجب رصده. ولهذه الوظيفة أهمية خاصة للرياضيين، لكن يمكن كذلك الاستفادة منها لمراقبة الحالة الصحية للعاملين في الوظائف التي تتطلب نشاطاً بدنياً شاقاً، خاصة في ظروف العمل الخطرة أو القاسية.

كما طور الباحثون حزمة لضم جهاز الاستشعار داخلها، مصممة لتقليل استهلاك الطاقة، باستخدام وحدة تحكم دقيقة منخفضة الطاقة. وتتضمن كذلك شريحة اتصالات عبر تقنية «بلوتوث» لنقل البيانات لا سلكياً من رقعة «ساين» اللاصقة. ويتيح التصميم ساعتين من الاستخدام المتواصل دون شحن، أو ما يصل إلى 20 ساعة في وضع الاستعداد.

وما يلفت الانتباه في هذا الشأن أن الخبراء ليسوا كلهم مقتنعين بأن المؤشرات الحيوية الموجودة في العرق يمكن أن توفر بيانات صحية دقيقة. ويقول جيسون هيكنفيلد، مدير مختبر «نوفيل ديفايس لاب» في جامعة سينسيناتي الأميركية، الذي تركز أبحاثه على أجهزة الاستشعار الحيوي القابلة للارتداء المعنية بالعرق وصولاً إلى السائل الخلالي بين الأوعية الدموية والخلايا، أن «الغلوكوز واللاكتات في العرق أقل جودة عن القياسات الأخرى التي يمكن إجراؤها بالاعتماد على السائل الخلالي باستخدام أجهزة مثل تلك المستخدمة في مراقبة الغلوكوز».