دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به ساخت نوعی هیدروژل «قابل تنفس» شده‌اند که با الهام از ساختار ریه‌های انسان طراحی شده و می‌تواند عملکرد حسگرهای پوشیدنی، پانسمان‌های زخم و تجهیزات پزشکی را به‌طور چشمگیری بهبود دهد.

به‌گزارش انتخاب و به نقل sciencealert؛از امروزه حسگرهای پوشیدنی سلامت، مانند دستگاه‌های پایش ضربان قلب و سایر علائم حیاتی، باید ساعت‌ها یا حتی روزها روی پوست باقی بمانند. اما هیدروژل‌های رایج که در این تجهیزات استفاده می‌شوند، به دلیل داشتن آب فراوان، گرما و عرق را زیر خود حبس می‌کنند؛ مشکلی که علاوه بر ایجاد ناراحتی و تحریک پوست، می‌تواند دقت اندازه‌گیری حسگرها را نیز کاهش دهد.

پژوهشگران MIT در مطالعه‌ای که در مجله Nature منتشر شده، هیدروژلی ساخته‌اند که درون آن شبکه‌ای سه‌بعدی از کانال‌های بسیار ریز و پر از هوا وجود دارد. این کانال‌ها اجازه می‌دهند اکسیژن، بخار آب و گرما از میان هیدروژل عبور کنند، در حالی که ماده همچنان ۷۰ درصد آب خود را حفظ می‌کند.

این هیدروژل در آزمایش‌های آزمایشگاهی، نفوذپذیری اکسیژن تا ۱۰ برابر بیشتر از هیدروژل‌های معمولی نشان داد.

الهام از ریه انسان

برای ساخت این ماده، پژوهشگران مقدار کمی از ذرات «آئروژل سیلیکا» را به هیدروژل اضافه کردند. این ذرات که مانند حباب‌های جامد هوا عمل می‌کنند، مانع از پر شدن کانال‌های هوایی با آب شده و شبکه‌ای پایدار برای عبور هوا ایجاد می‌کنند.

نتیجه این طراحی، ماده‌ای است که علاوه بر حفظ رطوبت، به پوست اجازه «تنفس» می‌دهد و بخار آب را ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بهتر از پچ‌های سیلیکونی و پلی‌یورتانی از خود عبور می‌دهد.

پوست خنک‌تر و بدون تعریق

در آزمایش روی داوطلبان، پژوهشگران این هیدروژل را با پچ‌های سیلیکونی رایج مقایسه کردند. تصاویر مادون قرمز نشان داد پس از ۲۰ دقیقه ورزش، دمای پوست زیر پچ سیلیکونی ۶.۵ درجه سانتی‌گراد افزایش یافته بود، اما زیر هیدروژل جدید، دمای پوست حدود یک درجه کاهش یافت؛ موضوعی که نشان می‌دهد این ماده گرما را بسیار بهتر دفع می‌کند.

همچنین زیر پچ‌های سیلیکونی مقدار زیادی عرق جمع شده بود، اما پوست زیر هیدروژل تقریباً مشابه پوست بدون پوشش باقی ماند.

در مطالعه دیگری، ۱۰ داوطلب این پچ‌ها را به مدت یک ساعت هنگام ورزش روی قفسه سینه خود استفاده کردند و هیچ‌کدام دچار خارش، التهاب یا حساسیت پوستی نشدند.

ثبت دقیق‌تر نوار قلب

محققان همچنین از این هیدروژل برای ساخت الکترود ثبت نوار قلب (ECG) استفاده کردند. برخلاف الکترودهای معمولی که با جمع شدن عرق، کیفیت سیگنالشان کاهش می‌یابد، الکترودهای جدید حتی هنگام دوچرخه‌سواری و پس از ورزش نیز سیگنال‌های واضح و پایداری ثبت کردند.

این الکترودها در آزمایش دیگری توانستند به مدت ۱۰ روز به‌طور مداوم فعالیت الکتریکی قلب را در زمان خواب، کار، پیاده‌روی و ورزش با کیفیت مناسب ثبت کنند.

هنوز تا استفاده بالینی فاصله وجود دارد

با وجود نتایج امیدوارکننده، پژوهشگران تأکید می‌کنند این فناوری هنوز برای استفاده بالینی آماده نیست. بررسی سازگاری بلندمدت با بدن، امکان تولید انبوه، استریل‌سازی، ماندگاری محصول و دریافت مجوزهای ایمنی از جمله مراحلی هستند که باید طی شوند.

همچنین تعداد شرکت‌کنندگان در این مطالعه محدود بوده و برای تأیید نتایج، انجام پژوهش‌های بزرگ‌تر ضروری است.

به گفته شوانهه ژائو، مهندس مکانیک MIT و نویسنده ارشد این پژوهش، نخستین کاربردهای این فناوری احتمالاً در حسگرهای پوشیدنی پزشکی، پانسمان‌های زخم و تجهیزات پایش سلامت روی پوست خواهد بود. در آینده نیز از این طراحی می‌توان در مهندسی بافت و ایمپلنت‌های پزشکی استفاده کرد؛ جایی که رساندن اکسیژن کافی به سلول‌ها یکی از چالش‌های اصلی محسوب می‌شود.