طور علماء في جامعة ولاية بنسلفانيا حبرًا موصلًا جديدًا يمكن رسمه مباشرة على الجلد بتصميمات ملونة مخصصة، ويتحول إلى قطب كهربائي وظيفي للمراقبة الحيوية بعد التجفيف. ووصفوا عملهم في ورقة جديدة نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS).
كما ذكرنا سابقًا، فإن الإلكترونيات الجلدية المرتبطة بالجلد عن طريق الوشم المؤقت (الوشم الإلكتروني) كانت موجودة منذ أكثر من عقد من الزمن. يتصل ما يسمى بالوشم الإلكتروني بالجلد دون مواد لاصقة، ولا يمكن ملاحظته من الناحية العملية، وعادة ما يتم إرفاقه عبر وشم مؤقت، مما يسمح بإجراء قياسات كهربائية (وقياسات أخرى، مثل درجة الحرارة والإجهاد) باستخدام بوليمرات رفيعة للغاية مع عناصر دوائر مدمجة.
ومع ذلك، فإن هذه الأوشام الإلكترونية لها حدودها، وأبرزها أنها لا تعمل بشكل جيد على الأسطح المنحنية و/أو المشعرة، فضلاً عن أنها تتطلب تصميمًا شخصيًا لوضع القطب الكهربائي لتغطية مساحات أكبر، حيث يتم توزيع الإشارات الحيوية مكانيًا. لذلك أصبح العلماء مبدعين. على سبيل المثال، في عام 2024، طور الباحثون أحبارًا موصلة خاصة تعتمد على البوليمر والتي يمكن طباعتها على فروة رأس الشخص لقياس موجات الدماغ، حتى لو كان لديه شعر. وقد يؤدي هذا يومًا ما إلى تمكين مراقبة تخطيط كهربية الدماغ (EEG) عبر الأجهزة المحمولة خارج الإطار السريري، من بين تطبيقات محتملة أخرى.
يعمل لاري تشينج، المهندس الميكانيكي في ولاية بنسلفانيا، وهو مؤلف مشارك لورقة PNAS الجديدة، على تصميمات الأقطاب الكهربائية لتطبيقات المراقبة الحيوية لأكثر من 10 سنوات، بما في ذلك تخطيط كهربية الدماغ (EEGs)، وتخطيط كهربية القلب (ECGs) (لنشاط القلب)، وEMGs (لانقباضات العضلات). إن استخدام المواد الصلبة، مثل المعادن، يجعل جهاز المراقبة الحيوية مستقرًا، ولكن يمكن إزاحته بسهولة عندما يتحرك مرتديه كثيرًا، كما هو الحال أثناء التمرين. وظهرت الهلاميات المائية في السنوات الأخيرة كمواد بديلة، إذ يمكنها امتصاص الماء والانتفاخ والتمدد مع جلد الجسم أثناء الحركة. لكن الهلاميات المائية تتحلل بسرعة وتفقد تلك الفوائد مع الاستخدام لفترة طويلة.
سهلة مثل طلاء الوجه
يمكن للعرق أو الشعر أيضًا أن يقلل من دقة تسجيل الإشارات الحيوية. وذلك لأن الأقطاب الكهربائية التجارية يتم تصنيعها مسبقًا ثم يتم تطبيقها على الجلد، مما يخلق فجوة هوائية تضعف قراءات المستشعر. تشنغ وآخرون. قررت تطوير الحبر الموصل لمعالجة هذه المشكلة. قاموا بخلط عدة أنواع مختلفة من البوليمرات والمضافات الحمضية في محلول مائي من الإيثانول / كحول البولي فينيل. PEDOT: PSS – المعروف أيضًا باسم بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين): بولي (سلفونات الستايرين) – يوفر التوصيل الكهربائي، إلى جانب DBSA (حمض 4-دوديسيل بنزين سلفونيك)، والذي يعمل أيضًا كملدن لإعطاء مرونة الحبر.
