طوّر باحثون جهازاً قابلاً للارتداء يمكنه قياس الغازات المنبعثة من الجلد أو التي يمتصها، إذ يتيح وسيلة مبتكرة لمراقبة حالة الجروح، واكتشاف الالتهابات والعدوى الجلدية، وتتبُّع مستويات الترطيب، وقياس التعرض للمواد الكيميائية البيئية الضارة، وغير ذلك من المؤشرات الصحية.
وبينما تعمل الساعات الذكية حالياً على قياس معدل نبضات القلب، وتسجيل تخطيط كهربائي للقلب، بل وحتى تقدير ضغط الدم، إلا أن الجهاز الجديد الذي طوَّره فريق بحثي من جامعة “نورث وسترن” الأميركية، يتخطى هذه المهام، إذ يقدم حلاً لم تكن التقنية قادرة على توفيره سابقاً، وذلك بحسب دراسة نُشرت في دورية “نيتشر” (Nature).
الجهاز الجديد، الذي أُطلق عليه اسم مستشعر التدفق فوق الجلد (Epidermal Flux Sensor – EFS)، يعمل على تحليل 3 أنواع رئيسية من الغازات، وهي بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs).
ويترافق ذلك مع قياس درجة حرارة سطح الجلد، وهي بيانات تتيح تكوين تصور متكامل عن التغيرات الكيميائية على سطح البشرة، والتي ترتبط مباشرة بصحة الجلد، والعدوى، والجفاف، وفاعلية العلاج.
مكونات معقدة وتصميم عملي
يجمع الجهاز تلك الغازات داخل حجرة صغيرة ثلاثية الأبعاد مدمجة في الهيكل، وتقوم المستشعرات المثبتة داخلياً برصد التغيرات في تركيبة الغلاف الغازي داخل الحجرة، وهو ما يوفر أداة تحليل غير تلامسية لا تُعرض الأنسجة التالفة لأي خطر إضافي.
وتبرز أهمية هذا النهج غير التلامسي بشكل خاص لدى المرضى المصابين بجروح، وحديثي الولادة، وكبار السن، حيث يساعد الجهاز على تقييم الصدمات السطحية مثل الخدوش، والتقرحات، والجروح المفتوحة دون لمسها.
يبلغ وزن الجهاز 11 جراماً فقط، ويحتوي على بطارية سعتها 130 مللي أمبير في الساعة، تدوم ليوم كامل بشحنة واحدة، وهي المدة نفسها التي توفرها ساعات ذكية متقدمة مثل ساعة “أبل ووتش 10”.
ويعتمد الجهاز على قرص مغناطيسي لفتح وإغلاق الحجرة الغازية، إضافة إلى صمام يتحكم في تدفق الغازات داخل الحجرة.
ويتضمن الجزء السفلي من الحجرة مستشعرات مخصصة لقياس المقاومة الكهربائية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة الجلد، وتعمل هذه المستشعرات على تحليل عينات بخار الماء والمركبات المتطايرة من سطح الجلد، ما يسمح بتحديد نوعية المواد الداخلة والخارجة من خلاله.
وبحسب الباحثين، فإن هذه المواد الكيميائية تُعتبر مؤشرات على النشاط البكتيري، ومقياساً لتقدم التئام الجروح، ومن خلال تحليل الغلاف البخاري المحيط بالبشرة، يمكن للأطباء تقييم احتمالات العدوى، ومراقبة مراحل الشفاء، والتحقق من فاعلية المستحضرات المستخدمة على الجلد.
متابعة طبية عن بُعد
يُشكل هذا الابتكار نقلة في تكنولوجيا الاستشعار الجلدي، لا سيما أنه يتيح للأطباء مراقبة صحة الجلد عن بُعد، دون الحاجة لاستخدام أجهزة ضخمة أو زيارات متكررة للمراكز الطبية، وبحسب إيمي بالير، المتخصصة في الأمراض الجلدية في كلية الطب بجامعة نورث وسترن، فإن “امتلاك جهاز يقيس فقدان الماء عبر الجلد بشكل مستمر ودون إزعاج المريض، وخصوصاً خلال النوم، يُعد تقدماً كبيراً”.
وتُعد العناية بالجروح لدى مرضى السكري من التحديات الطبية المعقدة، بسبب تأثيرات ارتفاع مستوى السكر في الدم على الدورة الدموية، والجهاز المناعي، وسرعة الالتئام.
وفي تجارب مخبرية على فئران مصابة بجروح، سواء كانت سليمة أو مصابة بالسكري، رصد الباحثون تغيرات غير منتظمة في الغازات المنبعثة من منطقة الجرح.
ووفقاً للدراسة، يمكن للمستخدمين، حتى دون إشراف طبي مباشر، رصْد مؤشرات واضحة بشأن التئام الجروح، وسلامة الأنسجة، ومؤشرات الإصابة البكتيرية من خلال هذا الجهاز.
كشفت اختبارات على مشاركين من البشر قدرة الجهاز على الكشف عن مستويات مختلفة من الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة، وهي مؤشرات ترتبط بنظافة الجلد واحتمالات وجود اضطرابات تستقطب البكتيريا الضارة.
كما لاحظ الفريق البحثي أن التغير في تركيز المركبات المتطايرة على سطح الجلد قد يشير إلى التعرض للأشعة فوق البنفسجية، والتي تُعد من أبرز مسببات حروق الشمس. ويمكن أيضاً استخدام هذه التقنية لرصد وجود غازات ضارة في البيئة المحيطة، ما يمنح رؤية شاملة لتأثير العالم المحيط على الجسم.
ويُمكن للجهاز كذلك تقييم فاعلية مستحضرات التجميل والمنتجات العلاجية، مثل الكريمات الواقية أو الطاردة للحشرات، من خلال تحليل زمن اختراقها للجلد وتأثيرها على تركيز الغازات الطبيعية.
ويعمل فريق البحث حالياً على تطوير نسخة أكثر تقدماً من الجهاز تحتوي على مستشعرات أكثر تنوعاً قادرة على التعرف على عدد أكبر من الغازات، بالإضافة إلى قياس درجة الحموضة (pH) على سطح الجلد، ما سيوسع من قدرات الجهاز في تتبع المؤشرات الحيوية الفسيولوجية.
