پوست شما نفس می‌کشد/ این دستگاه جدید می‌داند چه می‌گوید

محققان دانشگاه نورث وسترن اولین دستگاه پوشیدنی را ساخته اند که قادر به اندازه گیری گازهای آزاد شده و جذب شده توسط پوست است.

کد خبر: ۱۲۵۳۸۵۱

شنبه - ۰۶ ارديبهشت ۱۴۰۴ / April 26, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه نورث وسترن اولین دستگاه پوشیدنی را ساخته‌اند که قادر به اندازه گیری گاز‌های آزاد شده و جذب شده توسط پوست است.

این دستگاه با تجزیه و تحلیل این گاز‌ها روش جدیدی را برای ارزیابی سلامت پوست معرفی می‌کند. این می‌تواند بهبود زخم را کنترل کند، عفونت‌ها را تشخیص دهد، سطح هیدراتاسیون را ردیابی کند و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مضر محیطی را در میان کاربرد‌های دیگر اندازه گیری کند.

این دستگاه از مجموعه‌ای از حسگر‌ها برای تشخیص تغییرات دما، بخار آب، دی اکسید کربن (CO۲) و ترکیبات آلی فرار (VOCs) استفاده می‌کند که هر کدام بینش ارزشمندی را در مورد شرایط مختلف پوست و سلامت کلی ارائه می‌دهند. این گاز‌ها به داخل محفظه کوچکی هدایت می‌شوند که دقیقاً بالای پوست قرار می‌گیرد بدون اینکه تماسی برقرار کند. این طراحی بدون لمس به ویژه برای نظارت بر پوست حساس یا آسیب دیده بدون ایجاد سوزش مفید است.

این مطالعه اخیراً در مجله Nature منتشر شده است. این مقاله کارایی دستگاه را در حیوانات کوچک و انسان نشان می‌دهد.

جان ا. در آن مورد، ما در حال تجزیه و تحلیل عرق بودیم تا در مورد سلامت کلی فرد استفاده کننده بدانیم. اگرچه این روش مفید است، اما این روش نیازمند تحریک دارویی غدد عرق یا قرار گرفتن در معرض یک محیط گرم و مرطوب است. ما شروع کردیم به فکر کردن در مورد آنچه که می‌توانیم از پوستی که به طور طبیعی همیشه در حال رخ دادن است. ترکیبات آلی - که می‌تواند با سلامت فیزیولوژیکی زمینه‌ای مرتبط باشد.

Guillermo A. Ameer از Northwestern، که سرپرستی این مطالعه بود، گفت: «این فناوری پتانسیل تغییر مراقبت‌های بالینی، به ویژه برای جمعیت‌های آسیب پذیر، از جمله نوزادان تازه متولد شده، افراد مسن، بیماران مبتلا به دیابت، و دیگران با پوست آسیب دیده را دارد. "زیبایی دستگاه ما این است که ما یک روش کاملاً جدید برای ارزیابی وضعیت پوست ظریف بدون تماس با زخم، زخم یا ساییدگی پیدا کردیم. این دستگاه اولین گام بزرگ در جهت اندازه گیری تغییرات گاز‌ها و ارتباط آن تغییرات با وضعیت پوست است. "

راجرز که پیشگام بیوالکترونیک است، لوئیس سیمپسون و کیمبرلی کوئری، پروفسور علوم و مهندسی مواد، مهندسی زیست پزشکی، و جراحی مغز و اعصاب در نورث وسترن - با انتصاب در دانشکده مهندسی McCormick Northwestern و دانشکده پزشکی Feinberg. امین پروفسور دانیل هیل ویلیامز در مهندسی پزشکی در مک کورمیک، استاد جراحی در فاینبرگ و مدیر مؤسس مؤسسه تازه تأسیس کوئری سیمپسون برای مهندسی احیا در دانشگاه نورث وسترن (QSI RENU) است. راجرز و عامر با همکاری یونگگانگ هوانگ، پروفسور یان و مارسیا آچنباخ در مهندسی مکانیک و استاد مهندسی عمران و محیط زیست، این مطالعه را رهبری کردند.

توانمندسازی بیماران در منزل

بیرونی‌ترین لایه پوست که سد پوستی نامیده می‌شود اولین خط دفاعی بدن در برابر محیط خارجی است. با جلوگیری از از دست دادن بیش از حد آب، هیدراتاسیون را حفظ می‌کند و به عنوان سدی در برابر محرک ها، باکتری‌ها و اشعه ماوراء بنفش عمل می‌کند. هنگامی که سد پوستی در معرض خطر قرار می‌گیرد، می‌تواند منجر به افزایش از دست دادن آب (معروف به از دست دادن آب ترانس اپیدرمی یا TEWL)، حساسیت پوست، و خطر عفونت و شرایط التهابی مانند اگزما و پسوریازیس شود.

دکتر ایمی پالر، یکی از نویسندگان این مطالعه، پروفسور والتر جی. هاملین، پروفسور پوست و رئیس بخش پوست در فاینبرگ، گفت: "پوست برای محافظت از ما در برابر محیط حیاتی است. " یکی از عناصر اصلی این عملکرد محافظتی، سد پوستی است که عمدتاً با مجموعه عظیمی از پروتئین‌ها و چربی‌های بافته شده مشخص می‌شود که آب را در داخل نگه می‌دارد و مواد محرک، سموم، میکروب‌ها و آلرژن‌ها را خارج می‌کند.

با ردیابی تغییرات در انتشار بخار آب و گاز‌ها از پوست، متخصصان مراقبت‌های بهداشتی می‌توانند نگاهی اجمالی به یکپارچگی موانع پوستی بیماران خود داشته باشند. در حالی که فن آوری‌هایی برای اندازه گیری تلفات بخار آب وجود دارد، آنها ماشین‌های بزرگ و دست و پا گیر هستند که عمدتاً در بیمارستان‌ها قرار دارند. از سوی دیگر، این دستگاه پوشیدنی فشرده برای کمک به پزشکان برای نظارت بر بیماران خود از راه دور و توانمندسازی افراد برای کنترل سلامت پوست خود در خانه طراحی شده است.

پالر می‌گوید: «استاندارد طلایی برای اندازه‌گیری یکپارچگی سد پوستی، ابزار بزرگی با یک کاوشگر است که به طور متناوب روی پوست لمس می‌شود تا اطلاعاتی در مورد از دست دادن آب از طریق پوست (یا جریان آب از طریق پوست) جمع‌آوری کند. «داشتن دستگاهی که می‌تواند از راه دور، به طور مداوم یا طبق برنامه‌ریزی شده توسط محقق - و بدون ایجاد مزاحمت برای بیمار در حین خواب - از راه دور، از دست دادن آب اپیدرمی را اندازه‌گیری کند، یک پیشرفت بزرگ است.

نحوه کار دستگاه

این دستگاه که تنها دو سانتی‌متر طول و یک و نیم سانتی‌متر عرض دارد، شامل یک محفظه، مجموعه‌ای از حسگرها، یک شیر قابل برنامه‌ریزی، یک مدار الکترونیکی و یک باتری کوچک قابل شارژ است. این محفظه به جای تماس مستقیم با پوست، چند میلی‌متر بالای آن معلق می‌ماند.

راجرز گفت: «سنسور‌های پوشیدنی سنتی بر تماس فیزیکی با پوست تکیه می‌کنند و استفاده از آنها را در موقعیت‌های حساس، مانند مراقبت از زخم یا افرادی با پوست شکننده محدود می‌کنند. دستگاه ما با ایجاد یک محفظه کوچک و محصور در بالای سطح پوست بر این محدودیت غلبه می‌کند.

یک دریچه اتوماتیک ورودی این محفظه را باز و بسته می‌کند - عملکردی که به صورت پویا دسترسی بین محفظه محصور و هوای محیط اطراف را کنترل می‌کند. هنگامی که دریچه باز است، گاز‌ها به داخل یا خارج از محفظه جریان می‌یابند و دستگاه را قادر می‌سازد تا یک اندازه‌گیری پایه ایجاد کند. سپس، هنگامی که دریچه به سرعت بسته می‌شود، گاز‌های داخل محفظه را به دام می‌اندازد. از آنجا، مجموعه‌ای از حسگر‌ها تغییرات غلظت گاز را در طول زمان اندازه گیری می‌کنند.

راجرز گفت: «اگر دستگاه ما یک دریچه قابل برنامه‌ریزی و یک رویکرد اندازه‌گیری دینامیکی زمان برای تعیین کمیت جریان گونه‌ها از بیرون و داخل پوست به صورت بلادرنگ نداشته باشد، آنگاه سیستم می‌تواند با تغییرات در غلظت این گونه‌ها که ممکن است به طور طبیعی در محیط اطراف متفاوت باشد، مخدوش شود. "به طور خاص، اگر دریچه همیشه باز بود، سنسور این نوع تغییرات را تشخیص می‌داد - نه به دلیل چیزی که به پوست مربوط می‌شود. از طرف دیگر، اگر دریچه همیشه بسته بود، الگو‌های طبیعی شار را به گونه‌ای مختل می‌کرد که همچنین نمی‌توانست عوامل محیطی را در نظر بگیرد. برای کارگران در محیط‌های بالقوه خطرناک، دانستن میزان خطرناک بودن پوست از طریق آن مفید است. "

ایده آل برای مراقبت از زخم

با استفاده از بلوتوث، دستگاه این داده‌ها را مستقیماً به تلفن هوشمند یا تبلت برای نظارت در زمان واقعی ارسال می‌کند. این نتایج سریع می‌تواند به کارکنان مراقبت‌های بهداشتی کمک کند تا تصمیمات آگاهانه‌تر و سریع‌تری برای مدیریت زخم و تجویز آنتی‌بیوتیک بگیرند.

از آنجایی که افزایش بخار آب، CO ۲ و VOC با رشد باکتری‌ها و تاخیر در بهبودی مرتبط است، نظارت بر این عوامل می‌تواند به مراقبان کمک کند تا عفونت‌ها را زودتر و با اطمینان بیشتر تشخیص دهند.

عامر که متخصص رویکرد‌های مهندسی ترمیم کننده برای بهبود بهبود زخم است، گفت: تجویز آنتی بیوتیک برای زخم‌ها می‌تواند کمی قمار باشد. "گاهی اوقات تشخیص اینکه آیا زخم عفونی شده است یا خیر، دشوار است. زمانی که مشخص شود، ممکن است خیلی دیر شده باشد، و بیمار ممکن است دچار سپسیس شود، که بسیار خطرناک است. برای جلوگیری از این امر، پزشکان طیف گسترده‌ای از آنتی بیوتیک‌ها را تجویز می‌کنند. این می‌تواند منجر به مقاومت آنتی بیوتیکی شود، که یک مشکل رو به رشد در مراقبت‌های بهداشتی است و به طور مداوم قادر به نظارت دقیق بر زخم است. عفونت یک علاقه آشکار و مهم است.

در حالی که نظارت مداوم برای همه انواع زخم‌ها مهم است، به ویژه برای بیماران دیابتی بسیار مهم است. Ameer قبلاً استراتژی‌های مختلفی از جمله ژل‌های آنتی اکسیدانی و بانداژ‌های احیاکننده را برای درمان زخم دیابت ایجاد کرده است. فقط دو سال پیش، عامر با راجرز همکاری کرد تا اولین باند الکترونیکی گذرا را ایجاد کند که از تحریک الکتریکی برای تسریع بهبود زخم استفاده می‌کرد. این پوشیدنی جدید ابزار دیگری برای کمک به این بیماران آسیب پذیر برای جلوگیری از عوارض جانبی خطرناک فراهم می‌کند.

عامر گفت: زخم دیابتی عامل شماره یک غیر تروماتیک قطع عضو اندام تحتانی در سراسر جهان است. "گاهی اوقات ممکن است به نظر برسد که زخم در حال بسته شدن است، اما عملکرد سد پوستی به طور کامل ترمیم نشده است. دستگاه ما می‌تواند گاز‌های منتشر شده را دقیقا اندازه گیری کند، که اطلاعات مفیدی در مورد عملکرد مانع پوست ارائه می‌دهد. "

ارزیابی اثر دفع حشرات، لوسیون‌ها

فناوری جدید ابتکاری نه تنها بینش بی‌سابقه‌ای را در مورد بهبود زخم و سلامت پوست ارائه می‌کند، بلکه ممکن است راه را برای پیشرفت در نظارت بر اثر دفع حشرات، کرم‌های پوستی و دارو‌های سیستمیک طراحی‌شده برای بهبود سلامت پوست هموار کند.

CO ۲ و VOC همان گاز‌هایی هستند که پشه‌ها و سایر آفات را جذب می‌کنند. بنابراین، اندازه‌گیری این انتشارات از پوست می‌تواند به محققان در درک و به طور بالقوه کاهش جذب پشه کمک کند. دستگاه جدید همچنین می‌تواند به متخصصان پوست و بیمارانشان کمک کند تا سرعت نفوذ لوسیون‌ها و کرم‌ها به پوست را اندازه‌گیری کنند که می‌تواند بینش‌هایی در مورد نفوذپذیری پوست و عملکرد سد ارائه دهد. این داده‌ها همچنین می‌تواند به سایر محققان کمک کند تا سیستم‌های دارورسانی از طریق پوست مؤثرتر را توسعه دهند، اثرات دارو‌هایی که به صورت سیستمی برای بیماری‌های پوستی تحویل داده می‌شوند را بررسی کنند، و ایمنی لوازم آرایشی و محصولات مراقبت شخصی را ارزیابی کنند.

در مرحله بعد، تیم Northwestern قصد دارد قابلیت‌های دستگاه را اصلاح کند، از جمله افزودن یک حسگر برای ردیابی تغییرات در سطح pH و توسعه حسگر‌های گاز با افزایش گزینش‌پذیری شیمیایی برای تشخیص زودهنگام اختلال عملکرد اعضا و سایر بیماری‌ها.

راجرز گفت: "این پلتفرم پوشیدنی غیرمعمول راه جدیدی برای فکر کردن و درک سلامت پوست ارائه می‌دهد. " این فناوری فقط در مورد اندازه‌گیری گاز‌ها و ویژگی‌های مربوط به پوست نیست، بلکه در مورد پیش‌بینی سلامت کلی، جلوگیری از عفونت و بیماری، و ایجاد آینده‌ای است که در آن مراقبت‌های شخصی‌شده توسط ردیابی سلامتی بی‌درنگ، غیرتهاجمی و مداوم از طریق مجموعه جدیدی از پارامتر‌ها که مکمل پارامتر‌هایی هستند که می‌توانند با پوشیدنی‌های معمولی ثبت شوند، هدایت می‌شود.