محققان ژاپنی موفق به اختراع حسگر شیمیایی پوشیدنی حساس به عرق شدند

محققان ژاپنی یک حسگر شیمیایی پوشیدنی جدید ساخته اند که قادر به اندازه گیری غلظت یون های کلرید در عرق است. با استفاده از روش چاپ انتقال حرارت، حسگر می‌تواند برای جلوگیری از تحریک پوست و آلرژی‌ها روی سطح خارجی منسوجات قرار بگیرد و از طرفی قادر است در تشخیص زودهنگام گرمازدگی و کم‌آبی بدن مفید باشد.

امروزه پیشرفت قابل توجه کوچک سازی در دانش الکترونیک، راه را برای تحقق رویای دستگاه های مراقبت از سلامتی که قبلاً محدود به فیلم های علمی تخیلی بودند، هموار کرده است. سنسورهای پوشیدنی نمونه بارز این موضوع هستند. همانطور که از نام آن پیداست، این دستگاه ها روی بدن و معمولاً مستقیماً روی پوست قرار می گیرند و می توانند پارامترهای مهم بدن از جمله ضربان قلب، فشار خون و فعالیت های ماهیچه ای را کنترل کنند.

برخی از سنسورهای پوشیدنی نیز می توانند مواد شیمیایی موجود در مایعات بدن را تشخیص دهند. به عنوان مثال، حسگرهای زیستی عرق می‌توانند غلظت یون‌ها را در عرق اندازه‌گیری کنند و اطلاعاتی در مورد سطح آنها در خون ارائه دهند. با این حال، طراحی چنین حسگرهای شیمیایی پیچیده تر از حسگرهای فیزیکی است. تماس مستقیم بین سنسور شیمیایی پوشیدنی و پوست می تواند باعث تحریک و ایجاد آلرژی شود. در مقابل، اگر سنسور به طور مستقیم بر روی یک پارچه پوشیدنی بافته شود، دقت آن به دلیل بی نظمی های سطح پارچه کاهش می یابد.

در یک مطالعه اخیر، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه توکیو (TUS) ژاپن، یک حسگر زیستی ابداع کرده است که مشکلات فوق را برطرف می کند. این مقاله که در ACS Sensors منتشر شده است، استفاده از تکنیکی به نام “چاپ انتقال حرارت” را برای تثبیت یک حسگر نازک و انعطاف پذیر یون کلرید بر روی یک بستر پارچه توصیف می کند. این مطالعه توسط دکتر ماساهیرو موتوسوکه، دکتر تاتسونوری سوزوکی، دکتر شینیا یاناگیتا و دکتر تاکاهیرو موکایموتو از TUS انجام شده است.

یاناگیتا توضیح می دهد که: «این سنسور می‌تواند به لایه‌های فیبر منتقل شود و بنابراین می‌تواند در پارچه‌هایی مانند تی‌شرت، مچ‌بند و کفی کفش استفاده شود. علاوه بر این، شاخص های سلامتی مانند غلظت یون کلرید در عرق را می توان با پوشیدن آنها اندازه گیری کرد.

روش چاپ انتقال حرارت چندین مزیت دارد. یکی اینکه، سنسور به پوشش خارجی لباس منتقل می شود که از تحریک پوست جلوگیری می کند. علاوه بر این، اثر فتیله ای منسوجات به پخش یکنواخت عرق بین الکترودهای حسگر کمک می کند و یک تماس الکتریکی پایدار ایجاد می شود. علاوه بر این، چاپ سنسور روی یک سطح صاف و سپس انتقال آن به پارچه از ایجاد لبه‌های برجسته که معمولاً هنگام چاپ مستقیم روی پارچه رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کند.

محققان مواد و مکانیسم های الکتروشیمیایی حسگر را با دقت انتخاب کردند تا از خطر واکنش آلرژیک برای استفاده کننده جلوگیری کنند. پس از توسعه حسگر، آنها آزمایش‌های مختلفی را با استفاده از عرق مصنوعی برای تأیید دقت آن در اندازه‌گیری غلظت یون کلرید انجام دادند.نتایج این تست، یک رابطه خطی با محدوده غلظت یون‌های کلرید در عرق انسان را نشان داد. علاوه بر این، هیچ یون یا ماده دیگری که معمولاً در عرق وجود دارد یافت نشد که با اندازه‌گیری‌ها تداخل داشته باشد.

در نهایت، تیم تحقیق این حسگر را بر روی داوطلبی که به مدت 30 دقیقه روی یک دوچرخه ثابت ورزش می‌کرد، با اندازه‌گیری میزان تعریق، سطح یون کلرید در خون و اسمولالیته بزاق هر پنج دقیقه یک بار برای مقایسه با داده‌هایی که قبلاً توسط حسگر جمع‌آوری شده بود، آزمایش کردند. نتیجه این بود که این سنسور پوشیدنی می‌تواند غلظت یون‌های کلرید را در عرق به خوبی اندازه‌گیری کند.

این حسگر همچنین می‌تواند داده‌ها را به صورت بی‌سیم منتقل کند که جهت نظارت بر سلامت افراد به طور لحظه ای بسیار مفید است. شیتاندا خاطرنشان کرد: از آنجایی که کلرید فراوان ترین الکترولیت در عرق انسان است، اندازه گیری غلظت آن نشانگر عالی تعادل الکترولیت بدن و ابزار مفیدی برای تشخیص و پیشگیری از گرمازدگی است.

بنابراین یافته های موجود در این تحقیق پتانسیل استفاده از حسگرهای یونی پوشیدنی را برای نظارت بر بیومارکرهای عرق در زمان واقعی، تسهیل در توسعه پوشش های مراقبت‌ از سلامت شخصی و مدیریت فعالیت ورزشکاران را نشان می‌دهد.