محققان در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به توسعه نوعی هیدروژل جدید شدهاند که به دلیل داشتن شبکهای از کانالهای هوایی میکروسکوپی، قابلیت تنفس دارد و میتواند جایگزین مناسبی برای هیدروژلهای رایج در دستگاههای پوشیدنی و پزشکی باشد.
هیدروژلهای معمولی که در ساخت سنسورهای سلامت پوشیدنی، پچهای پزشکی و پانسمان زخم به کار میروند، به دلیل ماهیت آبدوست خود، گرما و عرق را به دام میاندازند. این مسئله میتواند منجر به تحریک پوست و اختلال در عملکرد سنسورها شود.
این هیدروژل جدید که در مطالعهای منتشر شده در Nature معرفی شده است، دارای ساختاری سهبعدی و پایدار از کانالهای هوایی ریز است. این ساختار به اکسیژن و بخار آب اجازه عبور میدهد و در عین حال، میزان بالای آب (۷۰ درصد) خود را حفظ میکند.
این ماده در آزمایشهای آزمایشگاهی، قابلیت نفوذپذیری اکسیژن تا ۱۸۵ بارِر را نشان داده است که حدود ۱۰ برابر بیشتر از هیدروژلهای معمولی است. این میزان نفوذپذیری، آن را برای کاربردهایی که نیاز به تبادل گازی دارند، ایدهآل میسازد.
الهامبخش این طراحی، ساختار ریههای انسان بوده است. محققان با افزودن مقدار کمی ذرات آئروژل سیلیکا به فرمولاسیون هیدروژل، حبابهای هوای جامد ایجاد کردند. این ذرات آبگریز، هوا را به دام انداخته و از فروپاشی یا پر شدن فضاهای هوایی با آب جلوگیری میکنند.
این کانالهای هوایی به اکسیژن و بخار آب اجازه میدهند تا از میان ماده عبور کنند و در عین حال، رطوبت پوست را نیز به میزان ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از پچهای سیلیکونی و پلیاورتان، خارج میکنند.
این هیدروژل همچنین نرم و بادوام است و پس از ۱۰ هزار چرخه کشش، حدود ۹۵ درصد از قابلیت نفوذپذیری هوای خود را حفظ میکند.
برای سنجش راحتی استفاده از این هیدروژل، محققان آن را با پچهای سیلیکونی رایج مقایسه کردند. پس از یک جلسه تمرین ورزشی، دمای پوست زیر پچ سیلیکونی ۶.۵ درجه سانتیگراد افزایش یافت، در حالی که دمای پوست زیر هیدروژل جدید حدود ۱ درجه سانتیگراد کاهش یافت.
همچنین، میزان عرق جمع شده زیر پچ سیلیکونی قابل توجه بود، اما پوست پوشیده شده با هیدروژل قابل تنفس، تفاوت چندانی با پوست پوشیده نشده نداشت. در یک آزمایش دیگر، ۱۰ داوطلب پس از پوشیدن این پچها در طول یک ساعت ورزش، هیچگونه خارش، تحریک یا واکنش نامطلوب پوستی را گزارش نکردند.
این تیم تحقیقاتی همچنین موفق شد این هیدروژل را برای استفاده به عنوان الکترود در ثبت فعالیت الکتریکی قلب تطبیق دهد. در تستهای دوچرخهسواری، الکترودهای هیدروژلی معمولی سیگنالهای نوار قلب (ECG) ناپایدارتری تولید کردند، در حالی که الکترودهای ساخته شده با هیدروژل قابل تنفس، خوانشهای واضحتری را حفظ کردند.
این الکترودها به مدت ۱۰ روز به طور مداوم پوشیده شدند و توانستند سیگنالهای ECG قابل استفاده را در طول فعالیتهای مختلف از جمله خواب، کار، پیادهروی و ورزش ثبت کنند.
به گفته زوآنهه زو، نویسنده ارشد این مطالعه، کاربردهای فوری این فناوری میتواند شامل دستگاههای پزشکی پوشیدنی، پانسمان زخم و مانیتورهای سلامت نصب شده بر روی پوست باشد. وی افزود که این ماده محدودیت هیدروژلهای سنتی را برطرف میکند و در عین حال، نرمی و زیستسازگاری بالای آنها را حفظ میکند.
با این حال، این ماده هنوز برای استفاده بالینی آماده نیست و نیاز به تحقیقات بیشتری در زمینه زیستسازگاری طولانیمدت، عملکرد در حیوانات بزرگ، استریلیزاسیون، تولید در مقیاس بزرگ، عمر مفید و ایمنی دارد.
در بلندمدت، این طراحی میتواند در مهندسی بافت و دستگاههای کاشتنی نیز کاربرد داشته باشد، جایی که تأمین اکسیژن سلولها یک چالش بزرگ محسوب میشود. تحقیقات بیشتر برای کاربردهای کاشتنی ضروری است، اما استفادههای مبتنی بر پوست، گام اول واقعبینانهتر به نظر میرسد.
جزئیات این یافتهها در Nature منتشر شده است.
