از نوک انگشت تا بینش: ردیابی سلامت با حسگرهای مجهز به عرق
در جدیدترین قسمت از پادکست Lexicon ، با شیشائو دینگ ، محقق پسادکترا در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، درباره کار تیمش بر روی یک پوشش الکترونیکی انگشت عرق‌محور نوآورانه که می‌تواند نشانگرهای متنوعی از سلامت مانند گلوکز، ویتامین C، لاکتات و داروها را ردیابی کند، گفتگو می‌کنیم.
اگر و زمانی که این دستگاه لابراتوار را ترک کند، قول می‌دهد که سلامت‌سنجی را ساده‌تر ، پیوسته‌تر و کمتر تهاجمی‌تر از همیشه کند. برای ادامه مطلب برای دانستن چگونگی کارکرد آن بخوانید.
همچنین، آخرین محصولات ما را در فروشگاه Interesting Engineering بررسی کنید.
ردیابی سلامت بی‌درنگ در نوک انگشتان شما
شیشائو دینگ به IE توضیح داد: “ما فکر می‌کنیم می‌توانیم روشی غیرتهاجمی، پیوسته و آسان برای مانیتور مستقیم نشانگرهای زیستی انجام دهیم.”
به طور سنتی، ردیابی نشانگرهای سلامت مانند سطح گلوکز نیازمند کشیدن خون است. این کار نه دردناک است اما بسیار ناخوشایند است برای بیماران، به ویژه آنهایی که شرایط مزمن مانند دیابت دارند. با این حال، این حسگر نوک انگشتی عرق‌محور جدید می‌خواهد این وضعیت را با تکیه بر عرق نوک انگشت به جای خون تغییر دهد.
همان‌طور که دینگ توضیح داد، “ما تعداد زیادی غدد عرق بر روی نوک انگشتان مشاهده کردیم که می‌توانند مقدار زیادی عرق برای تحلیل شما تولید کنند ... نیازی به کشیدن خون ندارید.”
این بدان معنی است که دستگاه امکان مانیتورینگ سلامت پیوسته واقعی حتی زمانی را فراهم می‌کند که آزمایش‌های معمول خون غیرعملی است، مانند زمانی که فردی خواب یا استراحت می‌کند.
خوراک فکری
آنچه واقعاً در این دستگاه جدید جذاب است، توانایی آن در تولید قدرت از طریق عرق با استفاده از سلول‌های زیستی مخصوص در مدارش است. این سلول‌های زیستی می‌توانند انرژی را از ترکیباتی مانند لاکتات و اکسیدکننده‌ها که در عرق یافت می‌شوند، استخراج کرده و برق تولید کنند.
دینگ توضیح می‌دهد: “دستگاه ما به طور غیرفعال انرژی از عرق جمع‌آوری می‌کند. می‌توانید در حال استراحت، خواب یا کار باشید و دستگاه پیوسته قدرت تولید خواهد کرد.” دینگ افزود: “حتی در خواب، همان‌طور که ما آن را رویا می‌نامیم، انرژی را از عرق برداشت می‌کند بدون هیچگونه حرکت فیزیکی.”
انرژی تولید شده توسط سلول‌های زیستی می‌تواند مستقیماً برای دستگاه تأمین قدرت شود یا اگر اضافی تولید شود، در باتری‌های نقره-کلرید-روی کوچک و کششی ذخیره شود. این باتری‌ها پشتیبان اضافی برای امکان‌پذیری عملکرد پیوسته حسگرها در طول روز فراهم می‌کنند.
این تنظیم همچنین به این معنی است که دستگاه می‌تواند در بیشتر شرایط کار کند، حتی هنگام ورزش. البته به جز شنا.
مانیتورینگ پیوسته و بی‌درنگ اکنون امکان‌پذیر است
پوشش الکترونیکی انگشت برای ردیابی چندین نشانگر کلیدی زیستی در بی‌درنگ طراحی شده است. در حال حاضر، این شامل نشانگرهایی مانند گلوکز، ویتامین C، لاکتات و لودوپا، یک دارویی است که برای درمان بیماری پارکینسون استفاده می‌شود.
این نشانگرها به صورت خاص برای ارتباط آنها با شرایط سلامت مانند دیابت و اهمیت آنها در فرآیندهای متابولیکی کلی انتخاب شده‌اند. دینگ می‌گوید: “این نشانگرهای زیستی در فرآیند متابولیکی مهم هستند و همیشه بر اساس فعالیت فیزیکی، غذا یا خواب تغییر می‌کنند.”
این تمایل دارد نتایج کیفی بهتری در زمان خود فراهم کند اما باید در فواصل زمان‌های منظم انجام شود تا تصویر کلی از وضعیت به دست آید. داشتن جریانی از داده‌ها به صورت پیوسته و با وضوح کمتر، دید جامع‌تری از فعالیت‌های متابولیکی بدن به بیماران و خدماتدهندگان بهداشت و درمان ارائه می‌دهد.
دینگ می‌گوید: “حسگرهای ما با نتایج آزمایش خون مطابقت دارند و نشان می‌دهند که مانیتورینگ انگشت امیدوارکننده برای راه‌حل‌های بهداشت پیوسته در آینده است.”
پتانسیل برای مانیتورینگ پیوسته به ویژه برای شرایطی مانند دیابت ارزشمند است. به جای آنکه بر نمونه‌های خون دردناک تکیه کند، دستگاه می‌تواند سطوح گلوکز را به صورت غیرتهاجمی ردیابی کند، و زندگی را برای بیماران دیابتیک که نیاز دارند سطح قند خون خود را به دقت ردیابی کنند آسان‌تر می‌کند.
این امکان بیشتری برای مراقبت‌های بهداشتی راحت‌تر و مناسب‌تر برای میلیون‌ها نفر در سراسر جهان فراهم می‌کند. علاوه بر این، به احتمال خودکارسازی تحویل دارو نیز می‌پردازد، در صورتی که شرایط خاصی برآورده شود (مانند نیاز به انسولین برای بیماران دیابتیک).
این احتمالاً جانهای بسیاری را نجات خواهد داد.
دستگاهی انعطاف‌پذیر و قابل تنظیم
در حالی که نسخه فعلی همین پوشش انگشت تعداد کمی از نشانگرهای کلیدی زیستی را رصد می‌کند، دینگ سریعاً اشاره می‌کند که تکنولوژی بسیار قابل تطابق است. او توضیح می‌دهد: “نشانگرهایی که انتخاب می‌کنیم انعطاف‌پذیر هستند. بر اساس تکنولوژی حسگر ما، می‌توانیم تنظیمات مختلفی برای تطابق با نیازهای خاص بهداشتی توسعه دهیم.”
این انعطاف‌پذیری به دستگاه اجازه می‌دهد تا برای شرایط مختلف سلامتی شخصی‌سازی شود، به این معنی که ممکن است به ردیابی نشانگرهای دیگر بر اساس نیاز تطبیق یابد.
به عنوان مثال، دستگاه می‌تواند نهایتاً برای مانیتورینگ سایر نشانگرهای زیستی خاص بیماری غیر از گلوکز و ویتامین C، تنظیم شود. او توضیح داد که آنها قبلاً دستگاه را برای لودوپا، دارویی که در درمان بیماری پارکینسون استفاده می‌شود، آزمایش کرده‌اند و پیش‌بینی می‌کنند به سایر زمینه‌های پزشکی هم گسترش یابند.
“ما می‌خواهیم این را به سیستم مانیتورینگ شخصی‌شده سلامت تبدیل کنیم که به شرایط و نیازهای مختلف کاربر قابل تطبیق باشد،” دینگ اضافه کرد.
آینده مانیتورینگ خودکار سلامت؟
یکی از جنبه‌های بسیار هیجان‌انگیز تحقیقات دینگ پتانسیل برای مانیتورینگ خودکار سلامت است. در آینده، دستگاه‌هایی مانند این پوشش الکترونیکی انگشت می‌تونند نشانگرهای زیستی را ردیابی کرده و بر اساس داده‌های جمع‌آوری شده، درمان‌هایی ارائه دهند.
دینگ می‌گوید: “ما تصور می‌کنیم که حسگرها را با سیستم‌های درمانی یکپارچه کنیم”، به آینده‌ای اشاره می‌کند که در آن پوشیدنی‌ها می‌توانند بالارفتن سطح گلوکز در بیماران دیابتیک را تشخیص داده و به طور خودکار انسولین ارائه دهند.
این سیستم حلقه‌بسته‌ای که نشانگرهای سلامت را مانیتور کرده و با مداخلات بی‌درنگ پاسخ می‌دهد، می‌تواند در مدیریت شرایط مزمن انقلابی ایجاد کند. دینگ می‌گوید: “هدف این است که دستگاهی داشته باشیم که نه تنها مانیتور می‌کند بلکه عمل نیز می‌کند — مانند ارائه دوز انسولین برای بیماران دیابتیک — ایجاد یک تجربه یکپارچه از مراقبت‌های بهداشتی.”
او اشاره می‌کند که این چشم‌انداز علاوه بر دیابت، به سایر شرایط نیز گسترش می‌یابد که در آن مانیتورینگ پیوسته و درمان فوری می‌تواند نتایج بیماران را بهبود بدهد.
نیاز به کار بیشتر
باوجودی که پتانسیل این تکنولوژی بسیار گسترده است، هنوز چالش‌هایی برای غلبه بر آن وجود دارد تا به صورت گسترده در دسترس قرار گیرد. یک مانع اصلی اطمینان از پایداری بلندمدت سلول‌های زیستی و حسگرها است.
دینگ توضیح می‌دهد: “برای تولید انبوه، باید حساسیت حسگرها را استاندارد کرده و پایداری در کاربران و شرایط مختلف اطمینان دهیم.” چالش دیگری بهبود کارایی سلول‌های زیستی برای افزایش طول عمر آنهاست.
در حال حاضر، آنها می‌توانند برای یک تا دو هفته کار کنند قبل از آنکه کارایی کاهش یابد. با این حال، دینگ به آینده این تکنولوژی خوش‌بین است.
تیم او در حال بهبود دقت حسگرها، افزایش طول عمر دستگاه و تحقیق در مورد کاربردهای اضافی فراتر از مانیتورینگ سلامت، از جمله ورزش و تناسب‌اندام است.
این پوشش انگشتی الکترونیکی جدید نشان‌دهنده یک پیشرفت قابل توجه در تکنولوژی پوشیدنی‌های سلامت است. تیم او با استفاده از قدرت عرق برای مانیتور دستگاه و تأمین قدرت آن، یک راه‌حل مانیتورینگ مستمر، سفارشی و غیرتهاجمی سلامتی ایجاد کرده است.
با پتانسیل برای توسعه‌های آینده مانند ارائه خودکار درمان، این دستگاه می‌تواند مراقبت‌های بهداشتی را انقلابی کرده و همه‌جانبه و شخصی‌تر کند.
دینگ به ما گفت: “ما فقط شروع می‌کنیم به دیدن آنچه با این تکنولوژی میکروگرید پوشیدنی ممکن است.”
