يتغير لون مادة الحرير الموجودة تحت الجلد استجابةً للأكسجين، وقد يتم تكييفها في المستقبل لتتبع الجلوكوز ومكونات الدم الأخرى مثل قياس نسبة السكر والضغط والسموم في الدم ... الخ
5 مايو - 2022 12:40، بواسطة جامعة تافتس
د. سالم موسى القحطاني
Newswise: العلماء يبتكرون مستشعرات تشبه الوشم تكشف مستويات الأكسجين في الدم
Newswise - يحصل الناس على وشم لتذكر حدث أو شخص ما ، أو للإدلاء ببيان ، أو ببساطة كزينة جمالية. لكن تخيل وشمًا يمكن أن يكون وظيفيًا - يخبرك بكمية الأكسجين التي تستخدمها عند ممارسة الرياضة، أو قياس مستوى الجلوكوز في الدم في أي وقت من اليوم ، أو مراقبة عدد من مكونات الدم المختلفة أو التعرض للسموم البيئية.
لقد اتخذ المهندسون في جامعة تافتس الآن خطوة مهمة نحو تحقيق ذلك من خلال اختراع مادة قائمة على الحرير توضع تحت الجلد تضيء أكثر إشراقًا أو باهتة تحت مصباح عند تعرضها لمستويات مختلفة من الأكسجين في الدم. أبلغوا عن النتائج التي توصلوا إليها في مواد وظيفية متقدمة.
يتكون المستشعر الجديد، الذي يقتصر حاليًا على قراءة مستويات الأكسجين، من مادة هلامية مكونة من مكونات بروتين الحرير، تسمى فيبروين Fibroin. لبروتينات الحرير فيبروين خصائص فريدة تجعلها متوافقة بشكل خاص كمواد قابلة للزرع.
عندما يتم إعادة تجميعها في هلام أو فيلم ، يمكن تعديلها لإنشاء بنية تدوم تحت الجلد من بضعة أسابيع إلى أكثر من عام. عندما يتفكك الحرير ، يكون متوافقًا مع الجسم ومن غير المرجح أن يستدعي استجابة مناعية.
توفر المواد الموجودة في الدم مثل الجلوكوز واللاكتات والشوارد والأكسجين المذاب نافذة على صحة الجسم وأدائه. في أماكن الرعاية الصحية ، يتم تعقبهم عن طريق سحب الدم أو ربطهم بآلات ضخمة. قد تكون القدرة على مراقبة مستوياتها بشكل مستمر في أي مكان ميزة هائلة عند تتبع ظروف معينة.
على مرضى السكر، على سبيل المثال ، سحب الدم لقراءة الجلوكوز، غالبًا بشكل يومي، لتحديد ما يأكلونه ومتى يتناولون الدواء. على النقيض من ذلك، فإن الرؤية التي رسمها فريق Tufts هي جعل المراقبة أسهل بكثير، حرفيًا عن طريق تسليط الضوء على حالة الشخص.
قال ديفيد كابلان ، أستاذ الهندسة في عائلة ستيرن في كلية الهندسة بجامعة تافتس ، والباحث الرئيسي في الدراسة: "يوفر الحرير التقاء رائعًا للعديد من الخصائص العظيمة". "يمكننا تشكيله في أفلام وإسفنج ومواد هلامية وغير ذلك. إنه ليس متوافقًا حيويًا فحسب ، بل يمكنه أيضًا الاحتفاظ بالمواد المضافة دون تغيير كيميائياتها ، ويمكن أن تتمتع هذه الإضافات بقدرات استشعار تكتشف الجزيئات في بيئتها. جهاز استشعار الأكسجين هو دليل على مفهوم مجموعة من أجهزة الاستشعار التي يمكننا إنشاؤها ".
تسهل كيمياء بروتينات الحرير عليها التقاط المواد المضافة وحملها دون تغيير خصائصها. لإنشاء مستشعر الأكسجين ، استخدم الباحثون مادة مضافة تسمى PdBMAP ، والتي تتوهج عند تعرضها لضوء بطول موجي معين. هذا التوهج له شدة ومدة تتناسب مع مستوى الأكسجين في البيئة.
هلام الحرير منفذ للسوائل من حوله ، لذلك فإن PdBMAP "يرى" نفس مستويات الأكسجين في الدم المحيط. يعد PdBMAP مفيدًا أيضًا لأنه يضيء أو يفسد عند تعرضه للضوء الذي يمكن أن يخترق الجلد. قد تستجيب أجهزة الاستشعار الأخرى المرشحة فقط لأطوال موجية من الضوء لا يمكنها اختراق الجلد.
يعتمد الباحثون بشكل أكبر على مكون "المدة" للفسفور لقياس مستويات الأكسجين لأن شدة التوهج يمكن أن تختلف باختلاف عمق وحجم الغرسة ولون الجلد وعوامل أخرى. تقل مدة التوهج مع زيادة مستويات الأكسجين.
في التجارب ، اكتشف المستشعر المزروع مستويات الأكسجين في نماذج حيوانية في الوقت الفعلي ، وتتبع بدقة مستويات الأكسجين العالية والمنخفضة والطبيعية. ازدادت أهمية القدرة على تتبع مستويات الأكسجين لدى المرضى في الوعي العام بجائحة COVID-19 ، حيث كان يجب إدخال المرضى للعلاج في المستشفى عندما انخفضت مستويات الأكسجين لديهم بشكل خطير.
قال توم فالكوتشي ، طالب دراسات عليا في مختبر كابلان طور جهاز استشعار الوشم: "يمكننا تصور العديد من السيناريوهات التي يمكن أن يكون فيها جهاز استشعار يشبه الوشم تحت الجلد مفيدًا". "هذا عادة في المواقف التي يحتاج فيها شخص يعاني من حالة مزمنة إلى المراقبة على مدى فترة طويلة من الوقت خارج بيئة سريرية تقليدية. من المحتمل أن نتمكن من تتبع مكونات دم متعددة باستخدام مجموعة أجهزة استشعار تحت الجلد ".
تعد المستشعرات التي تشبه الوشم هي الأحدث في مجموعة متنامية من المنتجات الطبية المحتملة المشتقة من بروتين الحرير في مختبر كابلان ، بدءًا من غرسات العظام وحتى السقالات لإنشاء نسيج جديد في القلب والعظام.
Scientists Create Tattoo-like Sensors That Reveal Blood Oxygen Levels (newswise.com)
