ابتكار قناع ذكي يحلل المواد الكيميائية في الهواء المُستنشق للكشف عن الحالة الصحية

تتزايد أعداد الأجهزة القابلة للارتداء المخصصة لمراقبة صحة الأشخاص. فمن الساعات إلى اللاصقات وغيرها من أنواع أجهزة الاستشعار، تستطيع هذه الأجهزة الذكية مراقبة نشاط القلب ومستويات الالتهابات وغير ذلك لمساعدة المرضى على إدارة صحتهم بشكل أفضل من منازلهم. والآن، يمكن إضافة نوع جديد من الأجهزة القابلة للارتداء إلى القائمة: قناع ذكي ورقي عالي التقنية لمراقبة أنفاس الشخص.

قناع ذكي يراقب التنفس للكشف عن علامات الصحة

طور فريق من الباحثين في مجال الهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، نموذجًا أوليًا لقناع ذكي يمكن استخدامه لمراقبة مجموعة من الحالات الطبية. بما في ذلك أمراض الجهاز التنفسي، مثل: الربو، ومرض الانسداد الرئوي المزمن، والعدوى بعد كوفيد-19.

وعلى النقيض من الأقنعة الذكية الأخرى التي يتم تطويرها لمراقبة التغيرات الفيزيائية مثل: درجة الحرارة أو الرطوبة أو معدل التنفس، فإن هذا القناع، المسمى EBCare، يمكنه تحليل المواد الكيميائية الموجودة في أنفاس الشخص في الوقت الفعلي. على سبيل المثال، يمكن للقناع مراقبة مرضى الربو بحثًا عن مستويات النتريت، وهي مادة كيميائية تشير إلى التهاب مجرى الهواء.

إن مراقبة تنفس المريض هي أمر يتم إجراؤه بشكل روتيني، على سبيل المثال، لتقييم الربو وأمراض الجهاز التنفسي الأخرى. ومع ذلك، فقد تطلب هذا من المريض زيارة عيادة لجمع العينات، تليها فترة انتظار لنتائج المختبر.

وقد نجح الباحثون في تطوير مجموعة من أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء. التي تعمل على تحليل العرق البشري لقياس مستويات الأيض والمغذيات والهرمونات والبروتينات. بهدف مراقبة التنفس، وهو ما جاء بمجموعة جديدة من التحديات.

كيفية استخدام القناع الذكي

لتحليل المواد الكيميائية أو الجزيئات في أنفاس شخص ما بشكل انتقائي، يجب أولاً تبريدها وتكثيفها إلى سائل. في الإعدادات السريرية، تتم خطوة التبريد هذه بشكل منفصل عن التحليل. يتم تبريد عينات التنفس الرطب على دلاء من الثلج أو مبردات مبردة ضخمة. على النقيض من ذلك، فإن قناع جاو الجديد هو تبريد ذاتي. يتم تبريد التنفس بواسطة نظام تبريد سلبي يدمج التبريد التبخيري بالهيدروجيل مع التبريد الإشعاعي لتبريد التنفس بشكل فعال على أقنعة الوجه.

يمثل القناع نموذجًا جديدًا لإدارة أمراض الجهاز التنفسي والأيض والطب الدقيق لأنه يمكننا بسهولة من الحصول على عينات من التنفس وتحليل الجزيئات الكيميائية في التنفس في الوقت الفعلي من خلال أقنعة يومية. كما يحتوي مكثف التنفس على غازات قابلة للذوبان بالإضافة إلى مواد غير متطايرة في شكل رذاذ أو قطرات، مثل: المواد الأيضية والمؤشرات الالتهابية ومسببات الأمراض.

بمجرد تحويل النفس إلى سائل، تقوم سلسلة من الشعيرات الدموية، التي تنتمي إلى فئة من الأجهزة يشار إليها باسم الموائع الدقيقة المستوحاة بيولوجيًا، بنقل السائل على الفور إلى أجهزة الاستشعار للتحليل.

ويتم بعد ذلك نقل نتائج التحليل لاسلكيًا إلى هاتف شخصي أو جهاز لوحي أو كمبيوتر. أهم ما يميز القناع هو التكلفة المنخفضة نسبيًا، حيث تم تصميمه بحيث لا يكلف سوى دولار أمريكي واحد من المواد الخام.

قد يهمك: تقنية جديدة للمناظير الطبية/ نجاح عملية تنظير مغناطيسي عن بُعد على خنزير حي في هونغ كونغ

اقرأ أيضًا: منظمة الصحة العالمية تعلن حالة الطوارئ بعد تفشي جدري القردة في أفريقيا

تطبيقات القناع الذكي

أجرى الفريق مجموعة من الدراسات البشرية، ركزت في المقام الأول على مرضى الربو أو مرض الانسداد الرئوي المزمن. وقاموا بمراقبة أنفاس المرضى على وجه التحديد بحثًا عن النتريت، وهو مؤشر حيوي للالتهاب في كلتا الحالتين. وأظهرت النتائج أن الأقنعة كشفت بدقة عن المؤشر الحيوي، مما يشير إلى وجود التهاب في مجاري الهواء لدى المرضى.

وفي دراسة أخرى، أظهر الفريق أن الأقنعة تكشف بدقة مستويات الكحول في الدم لدى البشر. ما يشير إلى أنه يمكن استخدام الأقنعة في عمليات التحقق من شرب الكحول أثناء القيادة أو إجراءات أخرى من مراقبة استهلاك الكحول.

كما نظروا في كيفية استخدام الأقنعة الذكية (smart masks) لتقييم مستويات اليوريا في الدم في مراقبة وإدارة أمراض الكلى. مع تدهور وظائف الكلى، تتراكم نواتج التمثيل الغذائي للبروتين مثل اليوريا في الدم. في الوقت نفسه، تزداد اليوريا في اللعاب، الذي يتحلل إلى غاز الأمونيا، وهذا يؤدي إلى ارتفاع مستويات الأمونيوم في مكثفات التنفس.

أظهرت الدراسة الجديدة أن الأقنعة الذكية يمكنها الكشف بدقة عن مستويات الأمونيوم هذه، ما يعكس عن كثب مستويات اليوريا في الدم. أما بالنسبة لراحة الأقنعة، فقد أفاد المشاركون بتجارب إيجابية، حتى أولئك الذين يعانون من مشاكل في التنفس.

هذه الدراسات الأولية هي دليل على صحة المفهوم. لكن في الوقت نفسه لا يزال يحاول الباحثون توسيع نطاق هذه التكنولوجيا لتشمل علامات مختلفة تتعلق بحالات صحية مختلفة. وهذا يشكل الأساس لإنشاء قناع يعمل كأداة متعددة الاستخدامات لمراقبة الصحة العامة.