حسگری که روی سطح ماسک صورت قرار گرفته و بدن را پایش می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، حوزه الکترونیک پوشیدنی شامل چندین مؤلفه مهم نظیر حسگرها، محرک‌ها، لوازم الکترونیکی و ذخیره‌سازی نیرو یا ابزار تولید برق هستند که همگی باید در قالب یک دستگاه کوچک‌سازی شده قرار گیرند. در حالی که نسل اول این ادوات عمدتاً از اجزای جداشدنی تشکیل شده بود، نسل دوم به سمت حسگرها، محرک‌ها و راه‌حل‌های درمانی تعبیه‌شده در پارچه حرکت می‌کند. همچنین، بسیاری از دستگاه‌های جدیدتر به نانومواد و یا طراحی با فناوری نانو متکی هستند. یکی از حوزه‌های خاص فناوری حسگرهای پوشیدنی که اخیراً مورد توجه تحقیقات زیادی قرار گرفته، مربوط به ماسک‌های صورت است.

دستگاه‌های حسگر زیستی پوشیدنی به دلیل تقاضای فزاینده برای تشخیص چند پارامتری، پردازش پیچیده داده‌ها و انتقال بی‌سیم داده‌ها در زمان واقعی، تشنه انرژی هستند. چالش اصلی تحقق سیستم‌های حسگر زیستی پوشیدنی مستقل از انرژی است که دارای سیستم‌های برداشت‌کننده‌های انرژی کارآمد برای تامین مداوم انرژی و همچنین نشان دادن سیگنال‌هایی برای اهداف زیست‌حسگر مانند تشخیص گلوکز است.

یک تیم تحقیقاتی در تایلند تصمیم گرفتند تا مشکل تامین انرژی را حل کنند و در عین حال یک عملکرد حسگر زیستی اضافی را به ماسک صورت منفرد اضافه کنند.

"در حالی که نسل اول این ادوات عمدتاً از اجزای جداشدنی تشکیل شده بود، نسل دوم به سمت حسگرها، محرک‌ها و راه‌حل‌های درمانی تعبیه‌شده در پارچه حرکت می‌کند"علاوه بر این، آن‌ها روی کاهش پیچیدگی و هزینه ساخت کار کردند.

در مقاله‌ای با عنوان Wearable energy devices on mask-based printed electrodes for self-powered glucose biosensors که آن‌ها در مجله Sensing and Bio-Sensing Research به چاپ رساندند، اولین نمونه از دستگاه زیست‌الکترونیک با قابلیت تامین انرژی خود را تشریح کردند. این ابزار را می‌توان روی ماسک قرار داد که می‌تواند گلوکز را به صورت مستمر اندازه‌گیری کند.

ایتیپون جیاپان استادیار و محقق اصلی در دانشگاه Prince of Songkla در تایلند و نویسنده اول مقاله می‌گوید: «ما اولین سلول‌های سوخت زیستی آنزیمی مبتنی بر ماسک را ارائه می‌کنیم که با استفاده از گلوکز و اکسیژن طبیعی کار می‌کنند. سلول‌های سوخت زیستی کوچک می‌توانند انرژی را از عرق روی صورت فرد جمع‌آوری کنند و سطح آنالیتی را که سلامت و تغذیه را ردیابی می‌کند، آنالیز کند.»

پیشرفت مهندسی به محققان امکان دستیابی به ماسک ۳ در ۱ را می‌دهد که در آن یک الکترود چاپ شده با صفحه نمایش روی ماسک انعطاف پذیر قرار گرفته و حاوی مواد عملکردی فعال برای کمک به واکنش کاتالیزوری (برای برداشت انرژی و حسگری زیستی) و ظرفیت الکتریکی (برای ذخیره انرژی در یک ماژول ابرخازن) است. این کار امکان ساخت دستگاه خودپایدار را فراهم کرده و همچنین افزایش مقیاس فرآیند ساخت برای برآوردن نیازهای تجاری را در پی دارد.

جیاپان اشاره می‌کند که آنزیم گلوکز اکسیداز که بر روی الکترود فعال و انعطاف‌پذیر فعال می‌شود، کلید واکنش استخراج الکترون‌ها، یعنی تولید الکتریسیته است. الکتریسیته استخراج شده متناسب با غلظت گلوکز است و بنابراین می‌تواند یک سیگنال تحلیلی برای تشخیص خودکار باشد.

علاوه بر برداشت انرژی و حسگری زیستی، این نانوکامپوزیت با پلیمرهای رسانا روی الکترود می تواند به ذخیره الکتریسیته کمک کند.

جیاپان می‌گوید: «ما از وضعیت فعلی الهام گرفتیم که همه ما باید ماسک بزنیم. بنابراین ما تصمیم گرفتیم تا عملکردهای اضافی را به یک ماسک صورت معمولی اضافه کنیم تا الکتریسیته تولید کند و در عین حال از استفاده کنندگان برای نظارت بر ویژگی‌هایی نظیر تناسب اندام یا مدیریت تغذیه پشتیبانی می‌کند.»

محققان اکنون به‌دنبال آن هستند که محدودیت‌های کاری این پلتفرم را کنار بگذارند. آن‌ها سیستم خود را با سایر حسگرها و دستگاه‌های انرژی ترکیب می‌کنند تا دستگاه‌هایی را برای تشخیص چندین آنالیت به روشی خودتامین‌کننده و خودپایدار بسازند. آن‌ها همچنین در حال کار بر روی یک روش جدید برای گسترش این مفهوم به سایر اهداف زیست مولکول (از جمله آلاینده های سمی و پاتوژن ها) هستند که می‌توانند با صورت ما در تماس باشند.

جیاپان در پایان می‌گوید: «چالش اصلی این حوزه بر ایجاد سیستم‌های دیجیتال و اینترنت اشیا (IoT) یا ارائه بازخورد به کاربر است.»