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

جهاز استشعار بيولوجي صيني صغير يكشف أسرار العرق

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


مقالات ذات صلة

حمدوك يخشى «إبادة جماعية» في السودان على غرار رواندا

شمال افريقيا رئيس الوزراء السوداني السابق عبد الله حمدوك (غيتي)

حمدوك يخشى «إبادة جماعية» في السودان على غرار رواندا

حذر رئيس وزراء السودان السابق، عبد الله حمدوك، من انزلاق الوضع في السودان إلى ما هو أسوأ من الإبادة الجماعية التي شهدتها رواندا في تسعينات القرن الماضي.

محمد أمين ياسين (نيروبي)
الولايات المتحدة​ رئيس المجلس الأوروبي شارل ميشيل (حسابه على منصة «إكس»)

رئيس المجلس الأوروبي: بحثت مع ترمب قضايا الشرق الأوسط والاقتصاد وأوكرانيا

قال شارل ميشيل، رئيس المجلس الأوروبي، الخميس، إنه بحث مع الرئيس الأميركي المنتخب دونالد ترمب، أولويات الاتحاد الأوروبي في قضايا الشرق الأوسط والاقتصاد.

«الشرق الأوسط» (بروكسل)
بيئة متوسط درجات الحرارة كان مرتفعاً للغاية منذ يناير حتى أكتوبر (أ.ب)

علماء: عام 2024 سيكون الأكثر حرارة على الإطلاق

كشفت خدمة «كوبرنيكوس» لتغير المناخ التابعة للاتحاد الأوروبي اليوم (الخميس) عن أن عام 2024 سيتخطى 2023 ليصبح العام الأعلى حرارة منذ بدء التسجيلات.

«الشرق الأوسط» (باريس)
أوروبا جوزيف بوريل وزير خارجية الاتحاد الأوروبي في حديث مع رئيس الوزراء المجري فيكتور أوربان (أ.ب)

الرئيس المجري يستقبل القادة الأوروبيين في أجواء متوترة

يواجه الزعيم القومي المعروف بإعجابه بدونالد ترمب انتقادات لاذعة لإخلاله بالقواعد المعمول بها منذ تولّي بلاده الرئاسة الدورية للاتحاد الأوروبي.

«الشرق الأوسط» (بودابست)
أوروبا رئيس الوزراء المجري فيكتور أوربان (أ.ف.ب)

أوربان يستقبل القادة الأوروبيين ببودابست... الأجواء «متوترة» لكن فوز ترمب يزيده «ثقة»

يستعدّ رئيس الوزراء المجري فيكتور أوربان لاستضافة عشرات القادة الأوروبيين في بودابست خلال فترة لاحقة هذا الأسبوع.

«الشرق الأوسط» (بودابيست)

«فقاعة المياه»... على وشك الانفجار

«فقاعة المياه»... على وشك الانفجار
TT

«فقاعة المياه»... على وشك الانفجار

«فقاعة المياه»... على وشك الانفجار

واجهت الولايات المتحدة فقاعات اقتصادية مختلفة، لكن هناك ظاهرة أقل شهرة تؤثر على الصعيد الوطني: إنها «فقاعة المياه»، كما كتب مارك هانز ريتشر (*).

تحتوي الأرض على كمية محدودة من المياه؛ 0.5 في المائة فقط يمكن الوصول إليها، وعذبة، وقابلة للاستخدام. إنها موردنا الأكثر قيمة، وهي تحت ضغط لا يصدق إذ تتزايد ندرة المياه، وتتدهور جودة المياه، وتكافح المدن والولايات لمواجهة هذه التحديات.

أكبر التحديات التي تواجه المياه اليوم

تواجه المياه تحديات في ثلاثة مجالات رئيسية: تغير المناخ، والبنية الأساسية لمنشآت إمدادات المياه، وإهدار المياه. وتحفزنا هذه المجالات على زيادة الوعي والقلق بشأن مستقبل مواردنا المائية.

* تغير المناخ: تكافح الولايات مع ندرة المياه بسبب تغير المناخ. وتشهد أجزاء من الولايات المتحدة حالات جفاف شديدة، ما يؤدي إلى إحداث جفاف مطول مع مستويات مياه منخفضة بشكل حرج، ما دفع عدد من المجتمعات إلى تنفيذ قيود على استخدام المياه.

لا يوجد مكان أكثر وضوحاً من غرب الولايات المتحدة. فقد أجرت شركة «موين» استطلاعاً لإدراك المياه في عام 2022، ووجدت أن من بين 77 في المائة من الأميركيين الذين شملهم الاستطلاع الذين أبدوا قلقهم بشأن ندرة المياه، كان 87 في المائة منهم يعيشون على الساحل الغربي.

منشآت متقادمة وهدر المياه

* البنية التحتية: البنية التحتية المتقادمة في أميركا ضارة أيضاً بأنظمة مياه الشرب والصرف الصحي ومياه الأمطار. ويمكن أن يؤدي استمرار تدهور البنية التحتية إلى خلق مشكلات في جودة المياه وإمكانية الوصول إليها للمجتمعات.

وتشمل مجالات الاهتمام تآكل ونضج الأنابيب القديمة والمضخات ومرافق المعالجة وخطوط الصرف الصحي، وكلها يمكن أن تسبب أضراراً مدمرة للمياه ومخاطر صحية.

* إهدار المياه: يعد إهدار المياه عاملاً مهماً يسهم في فقاعة المياه. يستخدم عدد من الأميركيين المياه بشكل غير فعال وبلا تفكير، ويتجاهلون إصلاح مواقع التسريبات ويواصلون استخدام تركيبات السباكة القديمة.

من بين التحديات التي تواجه المياه اليوم، وجدت شركة «موين» أن إهدار المياه، بما في ذلك تلك الناجمة عن المهام اليومية في المنزل، هو الأسهل عموماً في المعالجة، ويمكن أن يقدم فوائد لتوفير التكاليف. يمكن للمستهلكين الذين يقومون بإصلاح التركيبات والتجهيزات المتسربة ويبذلون الجهود لتقليل النفايات أن يروا غالباً انخفاضاً ملحوظاً في فواتير المياه الخاصة بهم.

وللمساعدة في تقليل الإهدار، يمكن للحلول الذكية مثل أداة (Flo Smart Water Monitor and Shutoff) لإيقاف تشغيل مصدر المياه في المنزل إذا اكتشفت تسرباً كارثياً، بالإضافة إلى مراقبة استخدام المياه، وإجراء تغييرات سلوكية لاستخدام كمية أقل من المياه وخفض فاتورة المياه الخاصة بهم.

دور الإنسان في استهلاك المياه

تؤثر فقاعة المياه على الجميع، حتى لو لم يدركوا ذلك. أفادت وكالة حماية البيئة أن انخفاض مستويات المياه يمكن أن يسهم في زيادة تركيزات الملوثات، سواء الطبيعية أو البشرية، في إمدادات المياه لدينا.

وإحدى الطرق لمواجهة هذا الاتجاه هي تقليل استخدام المياه، ما يعني دخول كمية أقل من المياه إلى المجاري وبقاء المزيد في المسطحات المائية الطبيعية التي تستخدمها الحياة البرية والترفيه البشري.

يُظهر مسح شركة «موين» أنه في حين يريد الناس توفير المياه، فإنهم أحياناً يفشلون في تحقيق نواياهم الحسنة. فهم لا يغلقون المياه أثناء تنظيف أسنانهم أو يتركون الدش يعمل ليسخن لفترة أطول قليلاً. وإحدى الطرق لمعالجة هذه المشكلة هي من خلال التكنولوجيا الذكية، التي يمكن أن تساعد في توفير المياه.

مع استمرار نضوج سوق المنازل الذكية، نرى شركات أخرى تقدم أيضاً أنظمة مراقبة وحماية المياه التي تعمل على تحسين حياة المستهلكين في المنزل مع المساهمة في كوكب أكثر صحة. وهكذا تؤدي السلوكيات الصغيرة إلى تأثيرات كبيرة.

تسرب تريليون غالون سنوياً في أميركا

يمكن أن يهدر تسرب المياه في المنازل ما يقرب من تريليون غالون من المياه سنوياً على مستوى البلاد. يمكن لبرامج ابتكار المنتجات والتوعية أن تقلل من هذا التسرب. وقد أطلقت الشركة برنامجاً يسمى «Mission Moen» لتوفير تريليون غالون بحلول عام 2030، وحماية أغلى مورد في العالم. منذ عام 2020، نجحت شركة «موين» في توفير أكثر من 178 مليار غالون من المياه من خلال ابتكارات المنتجات وحدها.

عواقب بعيدة المدى

إن فقاعة المياه تشكل تهديداً وشيكاً وغالباً ما يتم التقليل من شأنه. وإذا انفجرت، فإن العواقب ستكون بعيدة المدى، وستؤثر على صحتنا وإمدادات الغذاء والتنوع البيولوجي للكوكب. ولإحداث فرق، هناك حاجة إلى جهد واسع النطاق لدفع جهود المساعدة في حماية هذا المورد الأساسي للأجيال القادمة والمساهمة أيضاً في مستقبل أكثر استدامة.

* الرئيس العالمي للتسويق والمدير العام للتجارة المباشرة في «Fortune Brands Innovations»، مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».

حقائق

تريليون

غالون من المياه يتسرب في المنازل الأميركية سنوياً