رصد فعالیت‌های فیزیولوژیکی بدن با هدبند ورزشی نانویی
پژوهشگران کشور با طراحی و ساخت یک حسگر پوشیدنیِ پتانسیومتری بر پایه نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ توانستند میزان غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان را اندازه‌گیری کنند.
طیبه مدرکیان عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا همدان گفت: کنترل میزان یون سدیم یک شاخص مناسب برای تشخیص دی‌هیدراسیون یا کم‌آبی بدن ورزشکاران است. نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به دلیل توانایی برهمکنش با یون‌های سدیم، رسانایی الکتریکی، پایداری و هزینه ساخت کم به‌عنوان ماده فعال در ساخت حسگر پوشیدنی استفاده شد.
وی افزود: به منظور تعیین غلظت یون سدیم در نمونه عرق انسان، حسگر پتانسیومتریِ پوشیدنی ساخته‌شده در یک هدبند ورزشی تعبیه شد. این حسگر به صورت لحظه‌ای می‌تواند غلظت یون سدیم را به یک تلفن همراه از طریق بلوتوث منتقل کند. این حسگر می‌تواند یون سدیم را در محدوده غلظتی ۲۱/۰ تا ۵۴/۲۴ میلی‌مولار در نمونه عرق اندازه‌گیری کند، که این گستره‌ی غلظتی محدوده فیزیولوژیکی این یون را پوشش می‌دهد.»
مدرکیان خاطر نشان کرد: این حسگر پوشیدنی می‌تواند برای اندازه‌گیری غیرتهاجمی یون سدیم در عرق انسان به منظور مراقبت‌های بهداشتی و تشخیص بیماری استفاده شود. بیشترین کاربرد این حسگرهای قابل‌حمل در صنایع پزشکی، مهندسی پزشکی، علوم تغذیه، نظامی و علوم ورزشی است. به عنوان مثال، برای تحلیلگران علوم ورزشی بسیار حائز اهمیت است که میزان غلظت برخی از یون‌های مهم در عرق فرد ورزشکار را در لحظه کنترل کنند، زیرا غلظت برخی از یون‌ها با عملکرد فیزیولوژیکی بدن در ارتباط است. غلظت لحظه‌ای این یون، اطلاعات فیزیولوژیکی مهمی را در مورد عملکرد بدن در اختیار متخصصان قرار می‌دهد تا تصمیم‌گیری بهتری در مورد درمان و یا تغذیه افراد داشته باشند.
پژوهشگر این طرح اضافه کرد: امکان تجاری‌سازی این محصول وجود دارد و با توجه به ویژگی‌های قابل‌حمل‌بودن، قیمت پایین، حساسیت بالا نسبت به یون سدیم و امکان ارسال نتایج حسگر به تلفن همراه، تجاری‌سازی این محصول می‌تواند به صنعت پزشکی کمک شایانی کند. در حال حاضر تجاری‌سازی این محصول توسط دانشگاه بوعلی‌سینا، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)، شرکت شتابدهنده نیکتا شیمی و شرکت دانش‌بنیان فرین بهبود تشخیص در دست بررسی است.
مدرکیان درباره ویژگی‌های نوآورانه این تحقیق گفت: « مهم‌ترین مزیت این پژوهش نسبت به مطالعات مشابه، استفاده از روش پتانسیومتری به عنوان روش تشخیصی در ساخت حسگر است. حسگرهای پوشیدنی الکتروشیمیایی عمدتاً از روش‌های ولتامتری و یا آمپرومتری استفاده می‌کنند. محدودیت‌های الکترونیکی باعث میشود تا امکان قابل‌حمل‌کردن این حسگرها با چالش‌هایی همراه باشد. در حالی‌که برخلاف روش‌های ولتامتری و آمپرومتری، حسگرهای پوشیدنی بر پایه روش پتانسیومتری به‌راحتی به دستگاه‌های قابل‌حمل تبدیل می‌شوند.
وی خاطر نشان کرد: از دیگر مزایای این پژوهش می‌توان به رفاه حال فرد داوطلب در حین انجام آزمایش اشاره کرد. با توجه به این نکته که برای تعیین غلظت یون سدیم، نیازی به گرفتن نمونه خون و یا مایعات بینابینی نیست و تنها از طریق عرق حاصل از فعالیت‌های روزمره، میزان غلظت این یون سنجش میشود، داوطلب احساس رفاه و آرامش در حین آزمایش دارد.
وی با اشاره به فرآیند استفاده از فناوری نانو در این طرح پژوهشی گفت: «نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به دلیل داشتن توانایی برگشت‌پذیری پاسخ نسبت به یون Na+، یک ماده‌ی فعال حسگری برای ساخت حسگرهایی با کارایی بالا برای تشخیص غلظت‌های کم از یون سدیم در سیالات زیستی بدن است. لازم به ذکر است که ساخت این نانوساختار توسط تکنیک‌های مشخصه‌یابی مختلف (XRD، FESEM، EDX و BET) تأیید شده است.
وی گفت: حفرات نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ حساسیت بالایی به یون سدیم دارند و سایر یون‌های موجود در نمونه‌های عرق (مانند یون‌های پتاسیم، کلسیم و منیزیم) اجازه ورود به نانوساختار را ندارند. بنابراین حسگر پوشیدنی تهیه‌شده با نانوساختار Na۰.۴۴MnO۲ به صورت گزینش‌پذیر به یون‌های سدیم پاسخ می‌دهد و یون‌های مزاحم نمی‌توانند پاسخ حسگر را مختل کنند.
نتیجه همکاری پژوهشگران دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج) به راهنمایی دکتر طیبه مدرکیان، دکتر عباس افخمی (اعضای هیأت علمی دانشگاه بوعلی‌سینا) و دکتر حسن باقری (عضو هیأت‌علمی دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)) که در قالب یک طرح تحقیقاتی مشترک بین دانشگاه بوعلی‌سینا و دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج) انجام شده در مقاله‌ای با عنوان Wearable Potentiometric Sensor Based on Na ۰.۴۴ MnO ۲ for Non- invasive Monitoring of Sodium Ions in Sweat در نشریه ANALYTICAL CHEMISTRY به چاپ رسیده است.