نانوحسگری با قابلیت رصد فعالیت‌های فیزیولوژیکی بدن با هدبند ورزشی

پژوهشگران دانشگاه‌های بوعلی‌سینا و علوم پزشکی بقیةالله حسگر پوشیدنی بر پایه‌ نانوساختار به منظور اندازه‌گیری میزان غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان را عرضه کردند که به گفته آنها این حسگر ارزان‌قیمت و قابل‌حمل‌، می‌تواند به صورت غیرتهاجمی‌ علاوه بر ورزشکاران برای تشخیص سلامت عمومی، نظارت بر استرس گرمایی و تشخیص بیماری‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

کد خبر: ۴۹۶۷۲۰

تاریخ: ۳۰ مرداد ۱۴۰۱ - ۱۰:۴۷

به گزارش ایران اکونومیست، حسگرهای پوشیدنی مستقیماً بر روی پوست انسان قرار می‌گیرند و بدون نیاز به ابزارهای جانبی، می‌توانند فعالیت‌های فیزیولوژیکی بدن را رصد کنند. در این پژوهش یک حسگر پتانسیومتریِ پوشیدنی برای اندازه‌گیری لحظه‌ای یون‌های سدیم در نمونه‌های تعریق انسان ارائه شد.

دکتر طیبه مدرکیان، عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا همدان درباره این طرح گفت: کنترل میزان یون سدیم یک شاخص مناسب برای تشخیص دی‌هیدراسیون یا کم‌ آبی بدن ورزشکاران است و ما در این مطالعات از نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به‌ دلیل توانایی برهمکنش با یون‌های سدیم، رسانایی الکتریکی، پایداری و هزینه ساخت کم به‌عنوان ماده فعال در ساخت حسگر پوشیدنی برای تشخیص کم آبی بدن ورزشکاران استفاده کردیم.

وی ادامه داد: به منظور تعیین غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان، حسگر پتانسیومتریِ پوشیدنی ساخته‌ شده در یک هدبند ورزشی تعبیه شد. این حسگر به صورت لحظه‌ای می‌تواند غلظت یون سدیم را به یک تلفن همراه از طریق بلوتوث منتقل کند. این حسگر می‌تواند یون سدیم را در محدوده غلظتی ۰.۲۱ تا ۲۴.۵۴ میلی‌مولار در نمونه عرق اندازه‌گیری کند که این گستره‌ غلظتی محدوده فیزیولوژیکی این یون را پوشش می‌دهد.

به گفته این محقق این حسگر پوشیدنی می‌تواند برای اندازه‌گیری غیرتهاجمی یون سدیم در عرق انسان به منظور مراقبت‌های بهداشتی و تشخیص بیماری استفاده شود.

مدرکیان بیشترین کاربرد این حسگرهای قابل‌حمل را در صنایع پزشکی، مهندسی پزشکی، علوم تغذیه، نظامی و علوم ورزشی دانست و یادآور شد: به عنوان مثال، برای تحلیلگران علوم ورزشی بسیار حائز اهمیت است که میزان غلظت برخی از یون‌های مهم در عرق فرد ورزشکار را در لحظه کنترل کنند، زیرا غلظت برخی از یون‌ها با عملکرد فیزیولوژیکی بدن در ارتباط است. غلظت لحظه‌ای این یون، اطلاعات فیزیولوژیکی مهمی را در مورد عملکرد بدن در اختیار متخصصان قرار می‌دهد تا تصمیم‌گیری بهتری در مورد درمان و یا تغذیه افراد داشته باشند.

وی معتقد است امکان تجاری‌سازی این محصول وجود دارد و با توجه به ویژگی‌های قابل‌حمل‌بودن، قیمت پایین، حساسیت بالا نسبت به یون سدیم و امکان ارسال نتایج حسگر به تلفن همراه، تجاری‌سازی این محصول می‌تواند به صنعت پزشکی کمک شایانی کند. در حال حاضر تجاری‌سازی این محصول توسط دانشگاه بوعلی‌سینا، دانشگاه علوم پزشکی بقیةالله (عج)، یک شرکت شتابدهنده و یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان در دست بررسی است.

این عضو هیات علمی دانشگاه دانشگاه بوعلی‌سینا همدان مهمترین مزیت این پژوهش نسبت به مطالعات مشابه را استفاده از روش پتانسیومتری به عنوان روش تشخیصی در ساخت حسگر عنوان کرد و یادآور شد: حسگرهای پوشیدنی الکتروشیمیایی عمدتاً از روش‌های ولتامتری و یا آمپرومتری استفاده می‌کنند. محدودیت‌های الکترونیکی باعث می‌شود تا امکان قابل‌حمل‌کردن این حسگرها با چالش‌هایی همراه باشد. در حالی‌که برخلاف روش‌های ولتامتری و آمپرومتری، حسگرهای پوشیدنی بر پایه‌ روش پتانسیومتری به‌راحتی به دستگاه‌های قابل‌حمل تبدیل می‌شوند.

مدرکیان اظهار کرد: از دیگر مزایای این پژوهش می‌توان به رفاه حال فرد داوطلب در حین انجام آزمایش اشاره کرد. با توجه به این نکته که برای تعیین غلظت یون سدیم، نیازی به گرفتن نمونه خون و یا مایعات بینابینی نیست و تنها از طریق عرق حاصل از فعالیت‌های روزمره، میزان غلظت این یون سنجش می‌شود، داوطلب احساس رفاه و آرامش در حین آزمایش دارد.

وی با اشاره به فرآیند استفاده از فناوری نانو در این طرح پژوهشی گفت: نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به دلیل داشتن توانایی برگشت‌پذیری پاسخ نسبت به یون Na+، یک ماده‌ فعال حسگری برای ساخت حسگرهایی با کارایی بالا برای تشخیص غلظت‌های کم از یون سدیم در سیالات زیستی بدن است. ساخت این نانوساختار توسط تکنیک‌های مشخصه‌یابی مختلف (XRD، FESEM، EDX و BET) تأیید شده است. حفرات نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ حساسیت بالایی به یون سدیم دارند و سایر یون‌های موجود در نمونه‌های عرق (مانند یون‌های پتاسیم، کلسیم و منیزیم) اجازه ورود به نانوساختار را ندارند.

مدرکیان تاکید کرد: این حسگر پوشیدنی تهیه‌شده با نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به صورت گزینش‌پذیر به یون‌های سدیم پاسخ می‌دهد و یون‌های مزاحم نمی‌توانند پاسخ حسگر را مختل کنند.

به نقل از ستاد نانو، محقق این طرح خاطر نشان کرد: امروزه پزشکان، متخصصان علوم تغذیه و ورزش، نیاز دارند تا متغیرهای شیمیایی، فیزیکی و یا زیستی را به صورت لحظه‌ای رصد کنند تا در مورد بیماران یا افراد ورزشکار به درستی تصمیم‌گیری کنند. دسترسی به سیالات زیستی مانند مایع بینابینی و خون دارای یک چالش مهم است، زیرا به منظور دسترسی به نمونه، شکستن سطح پوست موردنیاز است و می‌تواند باعث عفونت شود. از طرفی دیگر، در میان تجزیه و تحلیل سیالات زیستی، نمونه عرق انسان از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا یک سیال زیستی غیر تهاجمی است. یون سدیم می‌تواند برای تشخیص سلامت عمومی، نظارت بر استرس گرمایی و تشخیص بیماری‌های مختلف مانند هیپوناترمی و فیبروز کیستیک مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، تعیین سطح این یون در عرق، به منظور ارائه اطلاعات مهم برای تشخیص بالینی ضروری است.

نتیجه همکاری پژوهشگران دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیةالله (عج) به راهنمایی دکتر طیبه مدرکیان، دکتر عباس افخمی عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا و دکتر حسن باقری عضو هیأت‌علمی دانشگاه علوم پزشکی بقیةالله که در قالب یک طرح تحقیقاتی مشترک بین دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیةالله (عج) انجام شده، در مقاله‌ای با عنوان Wearable Potentiometric Sensor Based on Na۰.۴۴ MnO۲ for Non- invasive Monitoring of Sodium Ions in Sweat در نشریه ANALYTICAL CHEMISTRY به چاپ رسیده است.