باالهام از ریه انسان؛
دانشمندان هیدروژل «تنفسپذیر» برای حسگرهای پوشیدنی ساختند
پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) هیدروژلی جدید با الهام از ساختار ریه انسان توسعه دادهاند که ضمن حفظ رطوبت، امکان عبور هوا، بخار آب و اکسیژن را فراهم میکند. این فناوری میتواند نسل جدید حسگرهای پوشیدنی، پانسمانهای هوشمند و تجهیزات پزشکی را راحتتر و دقیقتر کند.
به گزارش سیناپرس، گروهی از مهندسان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به طراحی نوعی هیدروژل تنفسپذیر شدهاند که با الهام از ساختار ریه انسان، مشکل تجمع گرما و تعریق در حسگرهای پوشیدنی و پانسمانهای پزشکی را برطرف میکند.
امروزه حسگرهای پوشیدنی سلامت، پانسمانهای هوشمند و برچسبهای پزشکی باید ساعتها یا حتی روزها روی پوست باقی بمانند. اما هیدروژلهای رایج که بخش عمده آنها از آب تشکیل شده است، معمولاً مانع خروج گرما و رطوبت از سطح پوست میشوند و میتوانند باعث تعریق، تحریک پوستی و حتی کاهش دقت اندازهگیری حسگرها شوند.
پژوهشگران برای رفع این مشکل، ساختار هیدروژل را به گونهای طراحی کردند که درون آن شبکهای سهبعدی از کانالهای میکروسکوپی پر از هوا ایجاد شود. این شبکه با افزودن مقدار کمی ذرات سیلیکا آئروژل به فرمول هیدروژل شکل میگیرد؛ ذراتی فوقسبک که هوا را درون خود حفظ کرده و مانع از پر شدن این فضاها با آب میشوند.
نتایج آزمایشها نشان داد: این هیدروژل، با وجود آنکه حدود ۷۰ درصد از آب تشکیل شده است، نفوذپذیری اکسیژن آن تا ۱۰ برابر بیشتر از هیدروژلهای متداول است. همچنین میزان عبور بخار آب از آن ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از پانسمانهای سیلیکونی و پلییورتانی گزارش شده است؛ ویژگیای که به خروج بهتر رطوبت و کاهش تعریق کمک میکند.
این ماده علاوه بر قابلیت تنفس بالا، از انعطافپذیری و دوام مناسبی نیز برخوردار است و حتی پس از ۱۰ هزار بار کشش، حدود ۹۵ درصد از قابلیت عبور هوا را حفظ میکند.
برای ارزیابی عملکرد این فناوری، پژوهشگران آن را با پانسمانهای سیلیکونی رایج مقایسه کردند. تصاویر حرارتی نشان داد پس از ۲۰ دقیقه فعالیت بدنی، دمای پوست زیر پانسمان سیلیکونی حدود ۶.۵ درجه سانتیگراد افزایش یافت، اما در زیر هیدروژل جدید، دمای پوست حدود یک درجه سانتیگراد کاهش پیدا کرد؛ موضوعی که نشاندهنده دفع مؤثرتر گرما از سطح پوست است.
همچنین برخلاف پانسمانهای معمول که مقدار زیادی عرق زیر آنها جمع میشود، پوست زیر هیدروژل جدید تقریباً مشابه پوست بدون پوشش باقی ماند.
در آزمایشی دیگر، ۱۰ داوطلب این هیدروژل را به مدت یک ساعت هنگام ورزش روی قفسه سینه خود استفاده کردند و هیچیک از آنها خارش، حساسیت یا تحریک پوستی گزارش نکردند.
محققان همچنین این هیدروژل را به الکترود ثبت نوار قلب (ECG) تبدیل کردند. نتایج نشان داد هنگام دوچرخهسواری و تعریق، الکترودهای معمولی سیگنالهای ناپایداری ثبت میکردند، اما الکترودهای ساختهشده از هیدروژل تنفسپذیر، کیفیت سیگنال را در طول ورزش و پس از آن حفظ کردند.
در آزمایشهای طولانیمدت نیز این الکترودها توانستند به مدت ۱۰ روز متوالی و در شرایط مختلف مانند خواب، کار، پیادهروی و ورزش، سیگنالهای قابل اعتمادی از فعالیت الکتریکی قلب ثبت کنند.
پژوهشگران معتقدند: نزدیکترین کاربردهای این فناوری در تولید حسگرهای پوشیدنی سلامت، پانسمانهای زخم و تجهیزات پایش پزشکی خواهد بود. با این حال، آنها تأکید میکنند این هیدروژل هنوز برای استفاده بالینی آماده نیست و باید آزمایشهای گستردهتری درباره ایمنی، دوام، امکان تولید انبوه و عملکرد آن در شرایط واقعی انجام شود.
به گفته محققان، در آینده این فناوری میتواند در مهندسی بافت، اندامهای مصنوعی و تجهیزات پزشکی کاشتنی نیز به کار گرفته شود؛ زیرا یکی از مهمترین چالشهای این حوزهها، رساندن اکسیژن کافی به سلولها است و این هیدروژل میتواند راهکاری مؤثر برای حل این مشکل ارائه دهد.
مترجم:نیروانا محمدحسینی
