طور فريق من المهندسين في جامعة كاليفورنيا سان دييجو رقعة إلكترونية يمكنها مراقبة الجزيئات الحيوية في الأنسجة العميقة بما في ذلك الهيموجلوبين.
يمنح هذا المهنيين الطبيين وصولاً غير مسبوق إلى المعلومات الهامة التي يمكن أن تساعد في اكتشاف الحالات التي تهدد الحياة مثل الأورام الخبيثة، واختلال وظائف الأعضاء، ونزيف المخ أو الأمعاء والمزيد.
وقال البروفيسور شنج شو طبيب الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا، أن "توفر كمية وموقع الهيموجلوبين في الجسم معلومات مهمة حول نضح الدم أو تراكمه في مواقع محددة، يظهر جهازنا إمكانات كبيرة في المراقبة الدقيقة للمجموعات عالية الخطورة، ما يتيح التدخلات في الوقت المناسب في اللحظات العاجلة".
ونُشر البحث بعنوان "رقعة ضوئية صوتية للتصوير ثلاثي الأبعاد للهيموجلوبين ودرجة الحرارة الأساسية" في Nature Communications.
وقد يتسبب انخفاض ضح الدم داخل الجسم في حدوث خلل وظيفي حاد في الأعضاء ويرتبط بمجموعة من الأمراض ، بما في ذلك النوبات القلبية وأمراض الأوعية الدموية في الأطراف، وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يشير تراكم الدم غير الطبيعي في مناطق مثل الدماغ أو البطن أو الخراجات إلى نزيف دماغي أو حشوي أو أورام خبيثة، ويمكن أن تساعد المراقبة المستمرة في تشخيص هذه الحالات وتساعد في تسهيل التدخلات المنقذة للحياة في الوقت المناسب.
ويتغلب المستشعر الجديد على بعض القيود المهمة في الأساليب الحالية لمراقبة الجزيئات الحيوية، و يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية على معدات ضخمة يصعب الحصول عليها وعادة ما توفر فقط معلومات عن الحالة الفورية للجزيء ، مما يجعلها غير مناسبة لمراقبة الجزيئات الحيوية على المدى الطويل.
وقال شيانج جون تشين ، دكتوراه في الهندسة النانوية أن "المراقبة المستمرة أمر بالغ الأهمية للتدخلات في الوقت المناسب لمنع تدهور الظروف التي تهدد الحياة بسرعة". طالب في مجموعة Xu ودراسة المؤلف المشارك. "الأجهزة القابلة للارتداء القائمة على الكيمياء الكهربائية لاكتشاف الجزيئات الحيوية ، ولا تقتصر على الهيموغلوبين ، هي مرشحة جيدة لتطبيقات المراقبة القابلة للارتداء على المدى الطويل. ومع ذلك ، فإن التقنيات الحالية لا تحقق سوى القدرة على اكتشاف سطح الجلد."
تُلصق اللاصقة المرنة منخفضة الشكل القابلة للارتداء بشكل مريح الجلد ، مما يسمح بمراقبة غير جراحية طويلة المدى للجزيئات الحيوية في أعماق الجلد. الائتمان: Xiaoxiang Gao لمدرسة جاكوبس للهندسة في جامعة كاليفورنيا في سان دييجو.
التصحيح الجديد والمرن والمنخفض الشكل القابل للارتداء يتم تثبيته بشكل مريح بالجلد ، مما يسمح بمراقبة غير جراحية طويلة المدى. يمكنه إجراء رسم خرائط ثلاثي الأبعاد للهيموجلوبين بدقة مكانية أقل من المليمتر في الأنسجة العميقة ، وصولاً إلى سنتيمترات تحت الجلد ، مقابل الأجهزة الكهروكيميائية الأخرى التي يمكن ارتداؤها والتي تستشعر الجزيئات الحيوية على سطح الجلد فقط. يمكن أن تحقق تباينًا عاليًا مع الأنسجة الأخرى. نظرًا لانتقائها البصري، يمكنها توسيع نطاق الجزيئات القابلة للكشف ، ودمج صمامات الليزر المختلفة بأطوال موجية مختلفة ، جنبًا إلى جنب مع تطبيقاتها السريرية المحتملة.
الرقعة مجهزة بمصفوفات من صمامات الليزر الثنائية ومحولات الطاقة الكهرضغطية في مصفوفة بوليمر السيليكون الناعمة. تصدر ثنائيات الليزر أشعة الليزر النبضية في الأنسجة. تمتص الجزيئات الحيوية في الأنسجة الطاقة الضوئية ، وتشع الموجات الصوتية في الوسائط المحيطة.
"تستقبل محولات الطاقة الكهرضغطية الموجات الصوتية ، والتي تتم معالجتها في نظام كهربائيقال Xiaoxiang Gao ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر Xu والمؤلف المشارك للدراسة:
قال Hongjie Hu ، باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة Xu والمؤلف المشارك في الدراسة: "مع نبضات الليزر منخفضة الطاقة ، فهي أيضًا أكثر أمانًا بكثير من تقنيات الأشعة السينية التي لها إشعاع مؤين".
بناءً على نجاحه حتى الآن، يخطط الفريق لمواصلة تطوير الجهاز ، بما في ذلك تقليص نظام التحكم في الواجهة الخلفية إلى جهاز بحجم محمول لقيادة الصمام الثنائي بالليزر والحصول على البيانات ، مما يوسع بشكل كبير مرونته وفائدته السريرية المحتملة.
كما يخططون لاستكشاف إمكانات الأجهزة القابلة للارتداء لمراقبة درجة الحرارة الأساسية. قال شو: "نظرًا لأن سعة الإشارة الضوئية تتناسب مع درجة الحرارة ، فقد أظهرنا مراقبة درجة الحرارة الأساسية في تجارب خارج الجسم الحي". "ومع ذلك ، فإن التحقق من صحة مراقبة درجة الحرارة الأساسية على جسم الإنسان يتطلب معايرة تدخلية."
إنهم يواصلون العمل مع الأطباء لمتابعة المزيد من التطبيقات السريرية المحتمل.
