اختراع شريحة جديدة تستخدم الدم في توليد الكهرباء لمراقبة الصحة!

يمكنك مراقبة صحتك في الوقت الحقيقي، في أي وقت، وفي أي مكان، دون الحاجة إلى اختبارات طبية مكلفة. الآن، وبفضل الابتكار الرائد الذي قدمه الباحثون في جامعة بيتسبرغ والمركز الطبي بجامعة بيتسبرغ، أصبحت هذه الرؤية حقيقة. لأول مرة، طور العلماء شريحة جديدة تستخدم الدم في توليد الكهرباء وقياس توصيله الكهربائي لمراقبة الصحة.
في الوقت الحقيقي. يعاني الملايين من الأشخاص في جميع أنحاء العالم من اضطرابات الدم غير المشخصة، مما يؤدي إلى مضاعفات صحية خطيرة وحتى الوفاة. يتطلب تشخيص هذه الاضطرابات عادةً إجراء فحص دم. لكن الطرق التقليدية غالبًا ما تكون مؤلمة وتستغرق وقتًا طويلاً، ومحدودة في قدرتها على توفير المراقبة في الوقت الفعلي. تتغلب الشريحة الجديدة التي تعمل بالطاقة الدموية على هذه القيود. كما تقدم حلاً محمولاً ومصغرًا وذاتيًا لقياس التوصيل الكهربائي للدم. يمكن لهذا المقياس اكتشاف العديد من العوامل الصحية والحالات الطبية، بما في ذلك اختلال توازن الأيونات والسكري وأمراض القلب والأوعية الدموية. في هذا التقرير، سنتعمق في العلوم التي تكمن وراء هذا الابتكار الرائد ونستكشف قدرته على إحداث ثورة في مراقبة الصحة والرعاية الطبية.

المخاطر الخفية لاضطرابات الدم

غالبًا ما تكون اضطرابات الدم خفية، وتسبب الأمراض في أجسادنا دون أن ندرك ذلك. على سبيل المثال، اختلال توازن الإلكتروليتات، حيث يضطرب تركيز الإلكتروليتات الأساسية مثل أيونات الصوديوم والكلوريد في دمنا. هذا الخلل يمكن أن يؤدي إلى مجموعة من المشاكل الصحية، من ضعف العضلات والتعب إلى النوبات وحتى مشاكل في القلب. ومع ذلك، غالبًا ما تمر هذه الاضطرابات دون تشخيص، خاصة في المناطق النائية حيث يشكل الوصول إلى الرعاية الطبية تحديًا.

هل تعلم أن أكثر من 1.6 مليار شخص في جميع أنحاء العالم يعانون من فقر الدم. وفقر الدم هو اضطراب في الدم يتميز بنقص خلايا الدم الحمراء أو الهيموجلوبين. تقدر دراسة العبء العالمي للمرض أن فقر الدم مسؤول عن حوالي 100 ألف حالة وفاة سنويًا. بل إن اضطرابات الدم الأخرى مثل مرض الخلايا المنجلية والثلاسيميا واضطرابات تخثر الدم تودي بحياة عدد لا يحصى من الأرواح كل عام.

عادةً ما يتضمن تشخيص هذه الاضطرابات فحص الدم، والذي يمكن أن يكون عملية طويلة ومرهقة. علاوة على ذلك، تتطلب الأساليب التقليدية إجراءات مؤلمة، مما يجعل المراقبة في الوقت الحقيقي مهمة شاقة.

علم موصلية الدم

تعد الموصلية (conductivity) الكهربائية في الدم مقياسًا قيمًا لتقييم المعايير الصحية المختلفة والكشف عن الحالات الطبية. وتخضع هذه الموصلية في الغالب لتركيز الشوارد الأساسية، ولا سيما أيونات الصوديوم والكلوريد. وتعتبر هذه الإلكتروليتات جزءًا لا يتجزأ من العديد من العمليات الفسيولوجية، مما يساعد الأطباء على تحديد التشخيص.

فكر في الدم باعتباره بيئة ذات أساس مائي تحتوي على جزيئات مختلفة تعمل على توصيل أو إعاقة التيارات الكهربائية. الجلوكوز، على سبيل المثال، هو موصل كهربائي. ومن خلال قياس مدى تأثيره على الموصلية، يمكن للأطباء إجراء التشخيص على الفور. على الرغم من أهمية موصلية الدم، فإن معرفتها محدودة بسبب تحديات القياس مثل استقطاب القطب الكهربائي، ومحدودية الوصول إلى عينات الدم البشرية، والتعقيدات المرتبطة بدرجة حرارة الدم. ويعد قياس الموصلية عند ترددات أقل من 100 هرتز مهمًا بشكل خاص للحصول على فهم أعمق للخصائص الكهربائية للدم والعمليات البيولوجية الأساسية.

ولادة شريحة تعمل بالدم

لنقل أنك تحمل مختبرًا صغيرًا في جيبك، قادرًا على مراقبة صحتك في الوقت الفعلي. لقد أصبحت هذه الرؤية حقيقة مع تطوير شريحة جديدة تعمل بالطاقة الدموية والتي تستخدم الدم لتوليد الكهرباء وقياس موصليتها. يمثل الجهاز، الذي اقترحه باحثون في جامعة بيتسبرغ، تحولًا كبيرًا عن اختبارات الدم التقليدية.

تم تصميم جهاز المختبر على الرقاقة المبتكرة ليكون محمولاً وصغير الحجم، مما يتيح للمستخدمين قياس موصلية الدم عند الترددات المنخفضة. أصبح هذا ممكنًا من خلال دمج المولد النانوي الكهربائي (TENG)، الذي يسخر الطاقة الميكانيكية لتدفق الدم لإنتاج الكهرباء. ونظام (TENG) قادر على تحويل هذه الطاقة إلى فرق الجهد، مما يسمح للجهاز بتحليل التوصيل الكهربائي للدم.

يوضع الجهاز على إصبع مريض بعد وخزة بسيطة، بحيث يمتص الجهاز بضع قطرات من الدم. ثم يُستخدم الدم نفسه لإجراء الاختبار ، ولا يلزم وجود أجهزة إضافية معقدة. يحتوي الجهاز على غرفتين تفصل بينهما مادة بلاستيكية. وتوضع عينة الدم بين الغرفتين. وعند الضغط على زر في أعلى الجهاز، تتحرك إحدى الغرفتين لأعلى. ويؤدي تحريك الغرفة إلى توليد الكهرباء بسبب تفاعل الدم والمواد البلاستيكية. فيقيس الجهاز كمية الكهرباء المولدة لتحديد مدى قدرة الدم على توصيل الكهرباء.

تسخير طاقة الدم

يستغل نظام (TENG) مبدأ الكهربة الاحتكاكية، حيث يؤدي تبادل الإلكترونات بين مادتين متلامستين إلى توليد نقل للشحنة. في هذه الحالة، استخدم الباحثون الدم كمادة موصلة داخل نظام (TENG)، مما أدى إلى إنشاء آلية ذاتية الاستدامة تحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.

ما يجعل هذا الإنجاز مهمًا هو أنه يتيح قياس التوصيل الكهربائي للدم بترددات منخفضة، والتي كانت في السابق مهمة صعبة. ومن خلال الاستفادة من نماذج الذكاء الاصطناعي، يمكن للباحثين تقدير التوصيل الكهربائي للدم بشكل مباشر باستخدام أنماط الجهد التي يولدها الجهاز. وللأمر آثار بعيدة المدى على تطوير أجهزة مختبرية على شريحة محمولة يمكنها توفير مراقبة صحية في الوقت الفعلي. وخاصة في المناطق النائية حيث يكون الوصول إلى الرعاية الطبية محدودًا.

• ماذا تعرف عن شريحة نيورولينك العصبية التي أعلن عنها إيلون ماسك؟
• الوذمة: أهم أسبابها وكيف تتم معالجتها ؟
• كيف لشريحة نيورالينك أن تنهي عالمنا الذي نعرفه؟ سيناريوهات وتوقعات
• ما هو التصوير المقطعي المحوسب؟
• ما هي الموصلات الفائقة وتطبيقاتها؟

هل تغني شريحة قياس صلاحية الدم عن اختبارات الدم العادية في المعامل؟

لن تغني شريحة قياس صلاحية الدم عن اختبارات الدم العادية في المعامل في الوقت الحالي. إذ تقدم شريحة قياس صلاحية الدم العديد من الفوائد، مثل: سهولة الاستخدام، وسرعة النتائج، وانخفاض التكلفة، ودقة عالية، وقابلية الحمل. ولكنها لا تزال قيد التطوير، وليس لديها القدرة على استبدال جميع اختبارات الدم التقليدية.

فيما يلي بعض الأسباب التي تجعل اختبارات الدم التقليدية لا تزال ضرورية:

• تحديد الأمراض المحددة: بينما يمكن لشريحة قياس صلاحية الدم تقييم صحة الدم بشكل عام، لا يمكنها تحديد أمراض محددة مثل العدوى أو السرطان.
• قياس تركيز المركبات: يمكن لفحوصات الدم التقليدية قياس تركيز مجموعة واسعة من المركبات في الدم، مثل الهرمونات والبروتينات والفيتامينات.
• التشخيص الدقيق: في بعض الحالات، قد تكون نتائج شريحة قياس صلاحية الدم غير محددة، مما يتطلب اختبارات الدم الإضافية لتأكيد التشخيص.

ومع ذلك، من المتوقع أن تلعب شريحة قياس صلاحية الدم دورًا متزايدًا في تشخيص الأمراض في المستقبل. مع استمرار تطوير هذه التكنولوجيا، قد تصبح قادرة على استبدال بعض اختبارات الدم التقليدية، خاصةً في حالات الرعاية الأولية أو في المناطق النائية التي تفتقر إلى الموارد الطبية الكافية.

مستقبل مراقبة الصحة

من خلال القدرة على قياس التوصيل الكهربائي للدم في الوقت الفعلي، يمكن للأطباء تحديد المشكلات الصحية المحتملة بسرعة وتقديم التدخلات في الوقت المناسب. يمكن لهذه التكنولوجيا أن تغير حياة الأشخاص الذين يعيشون في المناطق النائية بشكل خاص، حيث يكون الوصول إلى الرعاية الطبية محدودًا. لن يضطر الأفراد بعد الآن إلى السفر لمسافات طويلة أو انتظار نتائج الاختبار. فهذه الشريحة يمكنها تقديم رؤى فورية حول صحتهم.

علاوة على ذلك، فإن هذا الجهاز لديه القدرة على تمكين الأفراد من السيطرة على صحتهم. ومن خلال توفير ردود فعل في الوقت الحقيقي. كما يمكن للأشخاص اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن نمط حياتهم وعاداتهم، مما يجعل الرعاية الوقائية عملية أكثر استباقية وشخصية. ومع القدرة على مراقبة العلامات الحيوية والكشف عن الانحرافات في وقت مبكر، يمكن للأفراد تجنب زيارات المستشفى المكلفة والمستهلكة للوقت.

الاحتمالات لا تتوقف عند هذا الحد. يمكن لهذه التقنية أيضًا تمكين المراقبة عن بعد. مما يسمح لمتخصصي الرعاية الصحية بتتبع حالات المرضى عن بُعد وتقديم التدخلات المستهدفة. وسيكون هذا مفيدًا بشكل خاص لكبار السن والذين يعانون من أمراض مزمنة ومن يعيشون في مناطق ذات موارد طبية محدودة.

المصدر:

Novel blood-powered chip offers real-time health monitoring / science daily
Millifluidic Nanogenerator Lab‐on‐a‐Chip Device for Blood Electrical Conductivity Monitoring at Low Frequency – Luo – Advanced Materials – Wiley Online Library

Author: أخبار علمية