مستشعر ذاتي التشغيل يعمل على مراقبة القلب والعمليات

13 أكتوبر , 2018

عن الكاتب

طالب هندسة مدنية، أعمل مترجم في مجلة نقطة العلمية، مهتم بالمواضيع العلمية والتقنية والهندسية. "المترجم قارئ ومفسّر ومبتكر في آنٍ واحد."

شاركها

الرابط المختصر لهذا المقال

https://www.nok6a.net/?p=24741

طور العلماء مستشعرًا عضويًا فائق المرونة وصديقًا للإنسان ، يعمل بالطاقة الشمسية ، ويعمل كمراقب للقلب ذاتي التشغيل.

قام مجموعة من العلماء بدمج جهاز مستشعر ذاتي حسي مباشر يُطلق عليه اسم ” ترانزستور الكهروكيميائي العضوي ” (organic electrochemical transistor) وهو جهاز الكتروني يمكن استخدامه لقياس مجموعة من الوظائف البيولوجية. ويعمل باستخدام خلية شمسية عضوية مرنة،  وباستخدامه كان العلماء قادرين على قياس دقات قلب على مجموعة من الجرذان وأيضًا على الانسان.

كما أن الأجهزة التي تعمل بشكل ذاتي (والتي يمكن وضعها بشكل مباشر على الجلد أو الانسجة البشرية) لديها امكانيات كبيرة في التطبيقات الطبية،  ويمكن استخدامها كمستشعر فيزيولوجي لتتبع ورصد وظائف القلب والدماغ في جسم الانسان.

و على الرغم من أهميتها نظريًا إلا أنها عمليًّا تتطلب الكثير من التحديات خصوصًا فيما يتعلق بضخامة البطاريات وعدم وجود مصدر مستمر للتيار الكهربائي أو بسبب الضوضاء الناتجة عن استخدام مصدرٍ للتيار. وهذا بالطبع تحدٍ يقف حائلًا دون حدوث عملية تشغيلية طويلة المدى.

لذا كان المتطلب الأساسي لهكذا أجهزة هو وجود مصدر للطاقة مستقر وكاف. و كحلٍ هذه المشكلة نشرت مجلة (Nature) أحد الأدوات والحلول المتقدمة تمثلت في استخدام nano-grating surface سطح نانوي يعمل على امتصاص الضوء. مما يسمح بالحصول على صور ذات جودة عالية (Photo-Conversion Efficiency “PCE”) و زاوية ضوء مستقلة.

وبفضل ذلك، تمكن الباحثون من تحقيق نسبة PCE  بنسبة  10.5% بالمئة، ونسبة عالية من الطاقة وصلت ل 11.46 لكل غرام. كانت النتيجة قريبةً جدًا للرقم السحري 15%  والتي ستجعل الخلايا العضوية الكهروضوئية منافسة لغيرها من الخلايا التي تتكون من السليكون بشكل أساسي. وقال الباحثون أنهم لاحظوا انخفاض في (PCE) حوالي 25%   (من 9.82٪ إلى 7.33٪)  تحت اختبار الضغط المتكرر (repetitive compression test)  (900 دورة) فقد كان (PCE) أعلى بشكل أكبر بحوالي 45% وبزاوية ضوء 60 درجة.

لإثبات التطبيق العملي ، تم دمج الأجهزة الحسية التي تسمى الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية مع الخلايا الشمسية العضوية ، للسماح بالكشف الذاتي عن نبضات القلب أو لتسجيل تخطيط القلب الكهربائي (ECG) على قلب الفأر.

ووجد الباحثون أن الجهاز يعمل بشكلٍ جيدٍ عند مستوى إضاءة يصل إلى 10000 لوكس lux ، وهو ما يعادل الضوء الذي يشاهده الانسان عندما يكون أحدهم في الظل في يوم مشمس صافٍ ، أما بالنسبة للضوضاء الناتجة فكانت  أقل من الضوضاء الناتجة من الأجهزة المماثلة المتصلة بالبطارية  وهذا بسبب قلة عدد الأسلاك الكهربائية المستخدمة.

وفقًا لـ Kenjiro Fukuda من مركز RIKEN لعلوم المادة، فقد تم إجراء البحث من قبل RIKEN بالتعاون مع باحثين من جامعة طوكيو ، “هذه خطوة جيدة إلى الأمام في السعي لتطوير أجهزة طبية ذاتية الرقابة ويمكن استخدامها على أنسجة البشرية. ويبقى هناك بعض المهام المتبقية مثل تطوير أجهزة تخزين الطاقة أكثر مرونة وأكثر عملية. الأهم من ذلك- بالنسبة للتجارب الحالية- هو الجزء التناظري ( analog)  من الأجهزة والتي تعمل على تشغيل الجهاز وعمل القياسات اللازمة. وسيساعد الجزء الرقمي المتكون من السيلكون في  نقل البيانات التي تعمل على جعل الأجهزة أكثر عملية وفعالية.

عن الكاتب

طالب هندسة مدنية، أعمل مترجم في مجلة نقطة العلمية، مهتم بالمواضيع العلمية والتقنية والهندسية. "المترجم قارئ ومفسّر ومبتكر في آنٍ واحد."

شاركها