شحن بطاريات الأجهزة المزروعة للمرضى عن بُعد

شحن بطاريات الأجهزة الطبية عن بُعد باستخدام مادة لينة ومتوافقة حيويّاً تمتص الموجات الصوتية التي تمر عبر الجسم

يوماً بعد يوم يتزايد الاعتماد على تركيب أجهزة إلكترونية طبية كسبيل لعلاج مشكلات صحية خطيرة وطويلة الأمد، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، والمضخات الإلكترونية التي تفرز الإنسولين، والأجهزة السمعية المساعدة القابلة للزرع. ومن أبرز الأمور التي تؤخذ في الاعتبار في هذه الأجهزة تقليل حجمها ووزنها من أجل راحة المريض، إلى جانب التأكد من أنها ليست سامة للجسم.
وهناك تحدٍّ آخر يتمثل في كيفية تزويد هذه الأجهزة بالطاقة، فرغم أن البطاريات تجعلها تعمل لفترة، ولكن تغيير البطاريات يتطلب إجراء جراحة؛ ففي أفضل الأحوال، يحتاج مصدر الطاقة إلى إعادة الشحن لاسلكيّاً. وحديثاً، كشفت دراسة مشتركة - أجراها فريق عالم المواد، البروفسور حسام الشريف بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، بالتعاون مع فريق خبير التصوير التشخيصي الطبي، الدكتور عبد القادر عبد المحسن القناوي بجامعة الملك سعود بن عبد العزيز للعلوم الصحية - عن طريقة لشحن البطاريات عن بُعد، باستخدام مادة لينة متوافقة حيويّاً، تمتص الموجات الصوتية التي تمر عبر الجسم؛ ما من شأنه أن يقلل الحاجة إلى الحل الجراحي لإعادة شحن الأجهزة الطبية المزروعة للمرضى. إن السعي لتطوير البطاريات بشكل أفضل بدأ منذ أكثر من 200 سنة، وذلك حينما اخترع عالم الفيزياء الإيطالي أليساندرو فولتا أول بطارية كهربائية في عام 1799، ومنذ ذلك التاريخ وحتى اليوم يبحث العلماء حول العالم في آليات تطوير أنواع جديدة ومتقدمة من البطاريات، خاصة تلك المستخدمة في الأغراض الطبية، وذلك عبر تسخير طائفة من المواد الجديدة مثل استخدام الهلامات المائية التي تعد موصلات كهربائية متوافقة حيويّاً؛ مما يجعلها مثالية للتطبيقات الإلكترونية الحيوية.
وجدير بالذكر، أن الهلامات المائية هي عبارة عن سلاسل أو جزيئات بوليمرية طويلة ومتشابكة محبة للماء، بحيث تُشكل شبكة ثلاثية الأبعاد، يمكنها الاحتفاظ بكمية كبيرة من الماء تصل إلى 90 في المائة؛ مما يمنحها قواماً مرناً قابلاً للتمدُّد. وتستخدم اليوم في مجالات الزراعة والري وهندسة الأنسجة، وفي عمليات توصيل العقار للجسم.
يوضح الدكتور كانج هيوك لي - المؤلف الرئيسي للدراسة - من «كاوست»، أن الفريق البحثي عمل على إدماج كحول عديد الفاينيل (بوليمر صناعي منحل في الماء) مع صفائح نانوية من المكسين (MXene)، وهو مادة نانونيّة مسطحة تتكون من غلاف خارجي مؤكسِد، ومحشوة بالمعدن والكربون الموصِل. ويضيف «مثلما يصبح الماء موصلاً للكهرباء عند إذابة الملح فيه، استخدمنا رقائق نانوية من (المكسين) لإنتاج الهلام المائي. وقد فوجئنا بأن المادة الناتجة يمكنها توليد طاقة كهربائية تحت تأثير الموجات فوق الصوتية». يولِّد الهلام المائي الذي تم إنتاجه، والذي أطلقوا عليه اسم «إم – جِل» (M - gel)، تياراً عندما يحفز الضغط المستخدم تدفق الأيونات الكهربائية في الماء، فتملأ الهلام المائي. وعندما يكون هذا الضغط ناتجاً من الموجات فوق الصوتية، يسمى التأثير جهد الدفق الاهتزازي.
أثبت فريق «كاوست» صحة هذا المفهوم باستخدام طائفة من مصادر الموجات فوق الصوتية، بما في ذلك رؤوس أجهزة التصوير بالموجات فوق الصوتية الموجودة في العديد من المختبرات ومسبارات الفحص بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في المستشفيات للتصوير.
وتمكَّن الفريق من الشحن السريع لجهاز كهربائي مزروع داخل قطعة من اللحم البقري على عمق عد سنتيمترات من السطح.
وعن هذا الاكتشاف يعلق حسام الشريف قائلاً «هذا مثال آخر على الإمكانات المذهلة لـ(هلامات مكسين المائية)، التي طورناها بمختبرنا، في تطبيقات الاستشعار والطاقة».
وتجدر الإشارة إلى أن علماء «كاوست» كانوا قد طورا سابقاً سوار معصم يراقب وضعك الصحي أثناء ممارسة الرياضة باستخدام مادة «مكسين» تجعل من السهل رصد المؤشرات الحيوية للجسم عبر تحليل العرق، وإرسال النتائج إلى صاحبها في رسالة قصيرة على هاتفه المحمول، دون الحاجة إلى التدخلات الجراحية أو الاستعانة بطبيب.