يساعد الفانتوم في الجلد الباحثين على تحسين الأجهزة المحمولة دون ارتدائها البشر

يساعد الفانتوم في الجلد الباحثين على تحسين الأجهزة المحمولة دون ارتدائها البشر

أصبحت الأجهزة المحمولة إلى حد كبير الرعاية الصحية الحديثة وتساعد على متابعة معدل ضربات القلب والإجهاد ونشاط الدماغ للمريض. تعتمد هذه الأجهزة على الأقطاب الكهربائية ، وهي أجهزة استشعار تلمس الجلد لامتصاص الإشارات الكهربائية من الجسم.

إنشاء هذه الأقطاب ليس سهلاً كما يبدو. جلد الإنسان معقد. يمكن أن تتغير خصائصها ، لأنها تعمل بشكل جيد ، اعتمادًا على الرطوبة ، ومدى عمرها أو حتى الطقس. يمكن أن تجعل هذه التغييرات من الصعب اختبار مدى جودة عمل الجهاز المحمول.

بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تشمل أقطاب الاختبار متطوعين بشريين ، والتي قد تكون صعبة ولا يمكن التنبؤ بها. جلد الجميع مختلف ، مما يعني أن النتائج ليست متسقة دائمًا. الاختبارات أيضا تستغرق وقتا والمال. هناك أيضًا مخاوف أخلاقية تطلب من الناس المشاركة في هذه التجارب ، بما في ذلك مراجعة ما إذا كانوا على علم بالمخاطر والمزايا ويمكنهم المشاركة طوعًا.

لقد حاول العلماء إنشاء نماذج جلدية اصطناعية لتجنب بعض هذه المشكلات ، ولكن قد يكون هناك غير قادر على تقليد الطريقة التي يتصرف بها الجلد تمامًا عند التفاعل مع أجهزة الاستشعار المحمولة. من أجل معالجة هذه القيود ، قمت أنا وزملائي بتطوير أداة تسمى الوهمية البشرة الحيوية – وهو نموذج يقلد السلوك الكهربائي للجلد البشري ، مما يجعل الاختبارات أسهل وأرخص وموثوقة.

ما هو الشبح الجلد؟

يتكون فانتوم من الجلد المحاكي الحيوي من طبقتين يلتقطان الفروق الدقيقة لكل من سطح الجلد والأنسجة الأعمق. “المحاكاة الحيوية” تعني أنه يقلد شيئًا من الطبيعة – في هذه الحالة بشرة الإنسان. يشير “Phantom” إلى نموذج مادي أو جهاز لتقليد خصائص شيء حقيقي وبشكل بشري بحيث يمكن استخدامه للبحث بدلاً من الاعتماد على الأشخاص الفعليين.

مخطط من خمس طبقات من البشرة ، مع الأدمة أدناهمخطط من خمس طبقات من البشرة ، مع الأدمة أدناه
تتكون بشرتك من عدة طبقات من الخلايا.
OpenStax ، CC BY-SA

الطبقة السفلية صور النسيج الأعمق تحت الجلد. يتكون من مادة تشبه الهلام التي يمكن تكييفها على أنها كرايوجيل الكحول من البولي فينيل تسمى الكحول البولي فينيل والتي لها نعومة مماثلة وموصلية كهربائية كأنسجة بيولوجية حقيقية. لقد اخترنا هذه المادة لأن هذه الخصائص مع متانتها واستخدامها على نطاق واسع في الأبحاث الطبية الحيوية تستخدم جيدة للطبقات الأعمق من الجلد.

الطبقة العليا تقليد الجزء الخارجي من الجلد ، والذي يُعرف باسم طبقة القرنية. وهو يتألف من مادة شبيهة بالسيليكون مختلطة مع إضافات خاصة تسمى PDMS تسمى PDMS من أجل التوافق مع الخواص الكهربائية للجلد. PDMS منتشرة أيضًا في الأبحاث الطبية الحيوية وهي مرنة وسهلة التكوين من أجل تكرار الطبقة الخارجية للجلد بدقة.

تتمثل ميزة فريدة من نوعها في فانتوم بشرتنا في إمكانية تقليد مرايا مختلفة من رطوبة الجلد. إن تناول السوائل له تأثير على مدى جودة قيادة الجلد الكهربائية. الجلد الجاف له مقاومة أعلى ، مما يعني أنه يتناقض مع التدفق الحالي. هذا يجعل من الصعب على الأجهزة المحمولة تسجيل الإشارات. يؤدي الجلد المائي بسهولة أكبر لأن الماء يحسن حركة الجزيئات المدعوة ويؤدي إلى جودة إشارة أفضل. يمكن أن يؤدي تحسين البشرة الجافة النمذجة والاختبار إلى هياكل كهربائية أفضل.

من أجل تكرار تأثيرات نظام الجلد ، قمنا بإدخال مسام قابلة للتعديل في طبقة PDMS العلوية من فانتوم الجلد. نظرًا للتغير الدقيق في حجم وكثافة المسام ، يمكن للنموذج أن يقلد الأمراض الجلدية الجافة أو المائية.

اختبار الجلد الوهمية

لقد اختبرت أنا وفريقي فانتوم بشرتنا بطرق مختلفة لمعرفة ما إذا كان يمكن أن يحل محل بشرة الإنسان حقًا في التجارب.

أولاً ، استخدمنا طريقة تسمى التحليل الطيفي للمقاومة لفحص الخواص الكهربائية للوخيوم. تستخدم هذه التقنية بالتناوب الإشارات الكهربائية على ترددات مختلفة وتقيس مقاومة المواد ضد التدفق الكهربائي ، والذي يوفر ملفًا مفصلاً عن سلوكه الكهربائي. أظهرت نتائج التجارب التي أجريناها على خمسة متطوعين أن تفاعل المقاومة للجلد البشري يعكس الجلد البشري حول كل من الظروف الجافة والترطيب مع اختلاف أقل من 20 ٪ بين الجلد الحقيقي والفانتوم.

عن قرب الجلد ، ينزلق قطرة من الماء لأسفلعن قرب الجلد ، ينزلق قطرة من الماء لأسفل
يتصرف الجلد الرطب بشكل مختلف عن الجلد الجاف.
فريدريك سيرو/photoato عبر Getty Images

لقد اختبرنا أيضًا ما إذا كانت الأجهزة المحمولة يمكن أن تمتص إشارات من فانتوم الجلد وكيف تغيرت جودة الإشارة مع أمراض جلدية مختلفة. لهذا الغرض ، قمنا بتسجيل إشارات تخطيط القلب على الأشباح التي تم تطويرها لتقليد الجلد الجاف والمرطب. أظهرت النتائج اختلافات واضحة في جودة الإشارة: كان لدى الفانتوم الذي يحاكي الجلد الجاف نسبة اندفاع إشارة أقل ، في حين أظهر فانتوم الجلد المائي وضوح إشارة أفضل. هذه النتائج تطابق الدراسات السابقة من قبل باحثين آخرين.

معا ، يستنسخ فانتوم بشرتنا الطريقة التي يتفاعل بها الجلد البشري مع أجهزة استشعار محمولة على عدد من الأمراض ، بما في ذلك الظروف الجافة والترطيب. هذه الدقة تجعلها مثالية للبشرة الحقيقية في المختبر.

التكنولوجيا المحمولة

يعد Skin Phantom أكثر من مجرد أداة اختبار – إنها خطوة للأمام لتكنولوجيا الصحة المحمولة.

من خلال إزالة عدم القدرة على التنبؤ بالاختبارات البشرية ، يمكن للعلماء تصميم وتحسين الأجهزة المحمولة بشكل أسرع وفعالية. يمكنك أيضًا استخدامه لدراسة كيفية تفاعل الجلد مع الأجهزة الطبية ، مثل: ب. بقع توفر الأدوية أو أدوات التشخيص المتقدمة.

فانتوم بشرتنا بسيطة وغير مكلفة. تكلف كل فانتوم أقل من 3 دولارات أمريكية ويمكن تصنيعها مع مواد وأدوات الاستماع القياسية. يمكن إعادة استخدامه عدة مرات دون تغييرات كبيرة على الخصائص الكهربائية خلال نفس اليوم ، على الرغم من أن الاستخدام الممتد قد يتطلب تعديلات مثل الإماهة على مدار عدة أيام من أجل الحفاظ على أداء مستقر. هذه القدرة على تحمل التكاليف وإعادة استخدامها تجعل الوهمية أكثر سهولة للمختبرات ذات ميزانيات أو موارد محدودة.

نظرًا لأن التكنولوجيا المحمولة في نظام الرعاية الصحية أصبحت أكثر شيوعًا ، يمكن أن تساعد الأدوات مثل Skin Phantom في جعل الأجهزة أكثر موثوقية ، ويمكن الوصول إليها وتخصيصها.المحادثةالمحادثة

Krittika Goyal ، أستاذ مساعد للتصنيع والهندسة الميكانيكية ، معهد روتشستر للتكنولوجيا

سيتم إصدار هذه المقالة من المحادثة بموجب ترخيص Creative Commons. اقرأ المقال الأصلي.

مصدر

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *