وشوم إلكترونية لمراقبة عمل القلب وتنظيم ضرباته

منذ عام 2019، عمل الباحثون في جامعة تكساس في أوستن على ابتكار وشوم إلكترونية مرنة ومتوافقة حيوياً، توضع على الصدر لمراقبة صحة القلب وعلاجه، وما زالوا يعملون على تطوير هذه الوشوم حتى اليوم.

وشم إلكتروني لمراقبة صحة القلب

طوّر فريق من الباحثين في جامعة تكساس في أوستن وشماً إلكترونياً رقيقاً وخفيف الوزن، يثبت على الصدر لمراقبة القلب بشكلٍ مستمر عندما يكون المريض بعيداً عن مركز الرعاية الطبية، ما يساعد على تحديد العلامات المبكرة لأمراض القلب.

تظهر أعراض أمراض القلب عادةً بشكلٍ مفاجئ، على الرغم من أن الضرر يحدث تدريجياً، لكن يقول نانشو لو، الأستاذ في قسم ميكانيكا الفضاء والهندسة والمؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في دورية أدفانس ماتيريالز (Advance Materials): "إذا كان بإمكاننا إجراء مراقبة مستمرة ومتحركة في المنزل، فيمكننا إجراء التشخيص والعلاج المبكر، وإذا كان ذلك ممكناً، فيمكن الوقاية من 80% من أمراض القلب".

بيّن الباحثون أن الوشم الإلكتروني يتضمن مستشعرين يقدّمان معاً صورة واضحة عن صحة القلب، تنبه الأطباء بعلامات الخطورة، ويتميز بأنه لاسلكي ومتحرك، ويتم تمكينه من خلال سلسلة من الدوائر الصغيرة النشطة وأجهزة الاستشعار التي تم ترتيبها وربطها بعناية من خلال وصلات داخلية قابلة للتمدد وتتوافق مع الصدر عبر ضمادة طبية.

يزن الوشم الإلكتروني 2.5 غرام فقط ويعمل ببطارية بحجم بنس واحد، وتدوم البطارية لأكثر من 40 ساعة ويمكن للمستخدم تغييرها بسهولة.

بسبب صفاته هذه يوفّر الوشم الإلكتروني راحة أكبر للمرضى مقارنة بأنظمة المراقبة الأخرى، التي تتطلب زيارة للطبيب، ولا تظهر فيها دائماً علامات الخطورة المبكرة.

يوفّر الوشم الإلكتروني قياسين رئيسيين للقلب هما المخطط الكهربائي للقلب ECG، ومخطط SCG، وهو إشارة صوتية تأتي من صمامات القلب، وهما مخططان يوفران صورة شاملة لما يحدث للقلب، ويمكن عن طريق مراقبتهما قياس الفترات الزمنية للقلب، والتي تعد مؤشراً رئيسياً لأمراض القلب.

اختبر الباحثون الجهاز بالفعل على خمسة مرضى أصحاء في بيئاتهم اليومية، وكان معدل الخطأ منخفضاً في القياسات مقارنة بخيارات المراقبة المتاحة حالياً.

سيعمل الباحثون على إجراء اختبارات أكثر على عدد أكبر من المرضى للتحقق من النتائج الأولية التي حصلوا عليها حتى الآن.

وشم إلكتروني لعلاج عدم انتظام ضربات القلب

هذا ليس الوشم الإلكتروني الأول لمراقبة صحة القلب، فقد طوّر باحثون من جامعة تكساس أيضاً وشماً من الغرافين قادراً على علاج عدم انتظام ضربات القلب، حيث يرسل إشارات كهربائية تحافظ على ضخ القلب للدم بشكلٍ صحيح، وتعالج النبض البطيء غير الطبيعي عن طريق إرسال نبضات كهربائية إلى العضو، حسبما أفاد العلماء في دراسة أخرى منشورة في دورية أدفانس ماتيريالز.

تم اختبار هذا الوشم على الفئران، لكن يعتقد الباحثون أنه يمكنهم تطويره واستخدامه على البشر في غضون 5 سنوات.

يتم تنظيم ضربات القلب حالياً عبر أقطاب كهربائية موصولة بأسلاك طويلة عبر وريد داخل القلب.

ومع النبض المتكرر للقلب تنثني الأسلاك وقد تنكسر في النهاية. لذلك وجب البحث عن حل آخر خالٍ من المكونات المعدنية. وقد تم اختيار الغرافين لكونه مرناً للغاية ومتوافقاً حيوياً وشفافاً وموصلاً عالياً وقوياً ميكانيكياً.

إن الوشم عبارة عن طبقة شفافة من الغرافين بين صفائح من السيليكون المطاطي والبوليمر الرقيق للغاية. يربط شريط ذهبي الغرافين بالأسلاك التي تصل إلى مصدر طاقة، والذي يرسل الكهرباء عبر الجهاز.

وشوم القلب الإلكترونية هذه جاءت نتيجة تطوير وشم أولي من جامعة تكساس عام 2019، يعتمد أيضاً على الغرافين ويمكن وضعه على الجلد لقياس مجموعة متنوعة من استجابات الجسم، من الإشارات الكهربائية إلى الإشارات الميكانيكية الحيوية، يعمل عن بُعد بواسطة هاتف ذكي، حسبما ورد في الدراسة في دورية أدفانسد ساينس (Advanced Science).

يتكون الوشم الإلكتروني من بوليمرات كهرضغطية تُسمى بولي فينيلدين فلورايد، وهو قادر على توليد شحنة كهربائية خاصة استجابة للإجهاد الميكانيكي.

يشتمل الجهاز أيضاً على تقنية ارتباط الصور الرقمية ثلاثية الأبعاد التي تُستخدم لرسم خريطة اهتزازات الصدر من أجل تحديد أفضل مكان على الصدر لوضع الوشم الإلكتروني.