موسسه فناوری کالیفرنیا یک ماسک کاغذی پیشرفته تولید کرده است که قادر است مواد شیمیایی موجود در بازدم را در زمان واقعی نظارت کند. جالب اینجاست که این ماسک هوشمند میتواند شرایط پزشکی مختلف، از جمله مسائل تنفسی مانند آسم، بیماری انسدادی مزمن ریه (COPD) و عفونت های پس از کووید-19 را کنترل کند.
وی گائو، محقق ارشد و پروفسور مهندسی پزشکی، گفت: “نظارت بر تنفس بیمار، کاری است که به طور معمول انجام می شود، به عنوان مثال، برای ارزیابی آسم و سایر شرایط تنفسی. با این حال، این امر مستلزم مراجعه بیمار به کلینیک برای جمع آوری نمونه و پس از آن یک دوره انتظار برای نتایج آزمایشگاهی است.”
هدف گائو و تیمش توسعه ابزارهایی برای نظارت بر سلامت شخصی از راه دور بود که بازخورد بلادرنگ را در تنظیمات خانه یا محل کار ارائه می کرد. گائو افزود: “به عنوان مثال، ما میتوانیم از این اطلاعات برای ارزیابی میزان عملکرد یک درمان پزشکی استفاده کنیم.”
ماسک هوشمند مقرون به صرفه
این نمونه اولیه ماسک هوشمند EBCare (جایی که EBC مخفف متراکم تنفسی بازدمی است) نامیده می شود. طبق بیانیه مطبوعاتی، ماسک هوشمند به گونه ای طراحی شده است که مقرون به صرفه باشد و هزینه مواد آن حدود 1 دلار است.
یک چالش کلیدی در طراحی ماسک، لزوم خنک کردن و متراکم کردن نفس بازدم به حالت مایع برای تجزیه و تحلیل شیمیایی بود. در تنظیمات بالینی، این مرحله معمولاً به طور جداگانه با استفاده از خنک کننده های یخ یا یخچال انجام می شود.
برای مقابله با این چالش، تیم “سیستم خنک کننده غیرفعال” را ادغام کرد. آنها از خنک کننده تبخیری هیدروژل و خنک کننده تشعشعی برای خنک کردن موثر نفس استفاده کردند. این رویکرد نوآورانه تجزیه و تحلیل بلادرنگ مواد شیمیایی تنفسی را امکان پذیر می کند.
ونژنگ هنگ، نویسنده ارشد این مطالعه و دانشجوی فارغ التحصیل در Caltech می گوید: “میعانات تنفسی حاوی گازهای محلول و همچنین مواد غیرفرار به شکل ذرات معلق در هوا یا قطرات مانند مواد متابولیک، شاخص های التهابی و عوامل بیماری زا است.”
علاوه بر این، یک سری از کانال های میکروسیال الهام گرفته شده پس از تبدیل نفس به حالت مایع، به سرعت مایع را برای تجزیه و تحلیل به حسگرها منتقل میکنند. جالب اینجاست که این ماسک به صورت بی سیم نتایج تجزیه و تحلیل را به یک دستگاه شخصی متصل مانند تلفن، تبلت یا رایانه ارسال می کند.
نشانگرهای زیستی را به دقت تشخیص می دهد
این تیم عملکرد ماسک ها را با تمرکز بر بیماران مبتلا به آسم یا COPD ارزیابی کردند. آنها سطوح نیتریت را در تنفس بیمار – نشانگر التهاب در مجاری هوایی – کنترل کردند. نتایج نشان داد که ماس کها در تشخیص این بیومارکر مؤثر بودند. علاوه بر این، ماسک هوشمند می تواند به طور دقیق سطح الکل خون را اندازه گیری کند. این نشان دهنده پتانسیل ماسک برای استفاده در محل برای بررسی شرایط رانندگی در حالت مستی است.
این تیم همچنین استفاده از ماسک های هوشمند را برای نظارت بر سطح اوره خون برای مدیریت بیماری کلیوی بررسی کردند.
هنگامی که عملکرد کلیه کاهش می یابد، مواد زائد متابولیسم پروتئین مانند اوره در خون انباشته می شوند. به طور همزمان، سطح اوره در بزاق افزایش می یابد، که می تواند به گاز آمونیاک تجزیه شود و در نتیجه سطح آمونیوم در نفس بازدم افزایش یابد.
همانطور که در بیانیه مطبوعاتی آمده است، ماسک ها می توانند به طور دقیق سطوح آمونیوم بالا را در بازدم تشخیص دهند که از نزدیک سطح اوره خون را منعکس می کند. این به طور بالقوه می تواند ابزار ارزشمندی برای نظارت بر بیماری کلیوی باشد. هدف بعدی این تیم گسترش این فناوری به منظور ترکیب نشانگرهای مختلف است که می تواند شرایط مختلف سلامتی را نشان دهد.
گائو در پایان گفت: “این پایه ای برای ایجاد ماسکی است که به عنوان یک پلت فرم همه کاره برای نظارت بر سلامت عمومی عمل می کند.”