دست و پنجه نرم کردن فناوری پوشیدنی کنترل سلامتی و فناوری نانو با همه گیری کرونا ویروس

تصویر: اطلاعات مربوط به تناسب اندام رسیده از دستگاه های پوشیدنی می تواند مشخص کند که آیا بدن در حال مبارزه با عفونت است. Nico De Pasquale عکاسی / استون از طریق گتی ایماژ
 

دستگاه های تناسب اندام پوشیدنی هشدارهای اولیه در مورد عفونت احتمالی COVID-19 را می دهند

دشواری بسیاری از افراد برای آزمایش SARS-CoV-2 و تأخیر در دریافت نتایج آزمایش باعث می شود که هشدار زود رس در مورد عفونت های COVID-19 از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، و داده های دستگاه های بهداشتی و تناسب اندام پوشیدنی نوید بخش شناسایی افرادی است که به COVID-19مبتلا هستند.
 
دستگاه های پوشیدنی امروز اطلاعات مربوط به فعالیت بدنی، ضربان قلب، دمای بدن و کیفیت خواب را جمع آوری می کنند. این داده ها معمولاً برای کمک به افراد در رد یابی وضعیت عمومی شان به کار می رود. ساعت های هوشمند رایج ترین نوع دستگاه پوشیدنی هستند. نوارهای مچ دست هوشمند، حلقه های انگشتری و گوشی های کوچک نیز وجود دارند. لباس، کفش و عینک هوشمند را نیز می توان جزو دستگاه های "پوشیدنی" دانست. مارک های معروف شامل ساعت های Fitbits ، Apple Watches  و Garmin هستند.
 PPE حاوی گرافن می تواند در برابر سوراخ شدگی، شعله، اشعه ماوراء بنفش و میکروب مقاوم باشد در حالی که وزن کمی نیز دارد.چندین مطالعه، در حال آزمایش الگوریتم هایی هستند که داده های دستگاه های پوشیدنی را برای تشخیص COVID-19  ارزیابی می کنند. نتایج تا به امروز نشان می دهد که این امر، مفهومی سالم است. با این حال، استفاده از پوشیدنی ها می تواند گران باشد و گاهی اوقات این موضوع،چالش برانگیز است. پرداختن به این موضوعات از اهمیت بسیاری برخوردار است تا افراد بیشتری بتوانند از آنها بهره مند شوند.
 

تشخیص بیماری های شبه آنفولانزا

از آن جا که پوشیدنی ها ابزارهایی عالی برای نظارت بر شرایط عمومی بهداشتی و سلامتی هستند، محققان مطالعه روی روش های استفاده از آنها را برای تشخیص بیماری قبل از دچار شدن به همه گیری COVID-19 آغاز کردند. به عنوان مثال، محققان با استفاده از داده های Fitbit افرادی را که می توانند از طریق دبده بانی ضربان قلبِ در حالت استراحت و الگوهای فعالیت روزانه شان، بیماری شبه آنفلوانزا داشته باشند، شناسایی کردند. افزایش ضربان قلب در حالت استراحت می تواند به عفونت مربوط باشد.
   
تصویر: رد یاب تناسب اندام Fitbit. رد یاب های تناسب اندام مانند این Fitbit ضربان قلب، فعالیت و کیفیت خواب را کنترل می کنند. افزایش ضربان قلب در حالت استراحت نشانه عفونت است. کریستال پیترسون / فلیکر
 
بیشتر مدل هایFitbit، ضربان قلب را اندازه گیری و ثبت می کنند، بنابراین می توان از این دستگاه ها برای تشخیص دوره های افزایش ضربان قلب در حالت استراحت استفاده کرد. آنها همچنین فعالیت بدنی را اندازه گیری و ضبط می کنند، بنابراین می توانند سطوح کاهش یافته فعالیت روزانه را شناسایی کنند. ترکیب این دو معیار به محققان این امکان را می دهد که این که چه کسی بیماری شبه آنفلوانزا دارد را بهتر پیش بینی کنند.
 
فقط با این اندازه گیری های داده نمی توان تشخیص داد که یک صاحب دستگاه هوشمند بیماری خاصی دارد یا نه. اما مشاهده یک تغییر ناگهانی در این شرایط می تواند افراد را مجبور به قرنطینه و انجام آزمایش های تشخیصی لازم کند که می تواند شیوع بیماری های واگیر داری مانند COVID-19 را کاهش دهد.
 

دمای بدن

تب و سرفه مداوم رایج ترین علائم COVID-19 است. این امر باعث به وجود آمدن غربالگری گسترده با استفاده از دماسنج ها، معمولاً دماسنج های مادون قرمز بدون تماس، شده است.
 
با وجود همه جا در دسترس بودن دماسنج ها، استفاده از سنسورهای دما در پوشیدنی ها غیر رایج است. این امر تا حدی به دلیل پیچیده بودن به دست آوردن درجه حرارت واقعی بدن با استفاده از اندازه گیری های مبتنی بر پوست است. دمای پوست بسته به شرایط محیطی و سطح استرس متفاوت است، تبخیر عرق می تواند درجه حرارت پوست را کاهش دهد و سنسورهای دما گاهی اوقات کمتر از حد ایده آل با پوست تماس دارند.
 
پچ ها یا وصله های دمایی پوشیدنی وجود دارد که با دستگاه های هوشمند ارتباط برقرار می کنند و دما را به طور مداوم ضبط می کنند. اما دمای بدن 100٪ پیش بینی کننده بیماری نیست و تشخیص عفونت خاصی مانند COVID-19 فقط با استفاده از دمای بدن غیر ممکن است. با این وجود، هشدار تب می تواند منجر به مداخله زود هنگام تر شود.
 

عرق و اشک

تحقیقات در زمینه فناوری سنجش، همچنان به عنوان دستگاه های نظارت و تشخیص سلامتی، برای پوشیدنی ها گسترش می یابد. شیوع COVID-19 احتمالاً در جهت گیری این تحقیقات تأثیرگذار بوده و همچنین آن را تسریع می کند.
   
تصویر: پشت ساعت هوشمندGarmin. پشت این ساعت هوشمند Garmin سنسورهایی را نشان می دهد که برای اندازه گیری ضربان قلب از نور برای روشن سازی رگ های خونی استفاده می کنند. تینا آرنولد / فلیکر
 
یک روش، ایجاد حسگرهایی است که ترکیبات موجود در عرق روی پوست را تشخیص می دهند. این ترکیبات می توانند اطلاعات زیادی در مورد شرایط سلامتی فرد ارائه دهند. pH ، یون های سدیم، گلوکز و الکل تنها برخی از مواردی هستند که حسگرهای عرق در حال ظهور می توانند تشخیص دهند. اشک نیز حاوی ترکیباتی از بدن است، بنابراین محققان در حال بررسی سنجش شیمیایی با استفاده از لنزهای تماسی و لنزهای هوشمند هستند.
 پوشش های معمولی صورت می توانند در جلوگیری از نفوذ پذیرترین ذرات قطرات تنفسی مشکل داشته باشند و بسیاری از آنها فقط یک بار قابل استفاده هستند.سرعت عرق کردن را نیز می توان اندازه گیری کرد، که می تواند به عنوان یک شاخص دمای بدن مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین این سنسورها برای استفاده در کمک به تشخیص COVID-19 مورد بررسی قرار می گیرند.
 

به سمت شناسایی ویروس ها

اشکال بسیاری از حسگرهای پوشیدنی موجود این است که آنها به طور واقعی نمی توانند وجود ویروسی مانند SARS-CoV-2  را تشخیص دهند. برای انجام این کار، آنها باید بتوانند RNA خاص ویروس را تشخیص دهند.
 
تشخیص RNA به طور معمول شامل چندین مرحله است، از جمله استخراج RNA از یک نمونه، ساخت نسخه های زیادی از RNA و شناساییRNA . اگر چه پیشرفت زیادی در زمینه کوچک سازی تجهیزات تشخیص RNA برای استفاده در آزمایش سریع و مراقبت در محل وجود داشته است، اما هنوز با این واقعیت که بتوان آنها را در دستگاه های پوشیدنی جا داد فاصله داریم.
 
بیشتر تحقیقات در حال انجام در مورد توسعه سریع و مراقبت نقطه ای تشخیص پاتوژن، از فناوری "آزمایشگاه روی تراشه" استفاده می کنند. آزمایشگاه روی تراشه به اهداف اتخاذ شده برای کوچک سازی تست های آزمایشگاهی، که زمانی به تجهیزات زیادی برای انجام آنها نیاز بود، تا اندازه تراشه رایانه ای یا اسلاید میکروسکوپی گفته می شود.
 
به عنوان یک مثال در این زمینه، می توان به یک آزمایش تشخیصی COVID-19 اشاره کرد که مستلزم انجام آزمایشات بالینی است. سنسور آزمایش، یک ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (ISFET) است که برای پاسخگویی به حضور RNA  ویروس طراحی شده است. دستگاه می تواند در کمتر از یک ساعت آزمایش را انجام دهد، اما به یک نمونه جمع آوری شده توسط سواب بینی نیاز دارد.
 
اگر چه این فناوری پوشیدنی نیست، اما می تواند به یک نقطه آغازین پوشیدنی های شناسایی کننده ویروس در آینده تبدیل شود، زیرا می توان آنها را کوچک سازی کرده و از انرژی کمی نیز در آن استفاده می شود. یک وسیله پوشیدنی که به طور مداوم فرد را کنترل می کند و نشان می دهد که وی ویروس را گرفته یا در معرض ویروس قرار دارد، به فرد اجازه می دهد برای جلو گیری از گسترش بیشتر همه گیری به دنبال درمان و جدا کردن خود از بقیه باشد.
 

آچار پیچ گوشتی های صوتی و سه تایی ها

طرفداران دکتر هو، پیچ گوشتی صوتی را می شناسند و طرفداران سریال پیشتازان فضا با سه تایی یا tricorder آشنایی دارند. پوشیدنی های ایده آل آینده شبیه به این وسایل خیالی شگفت انگیز خواهد بود. این امکان وجود دارد که آنها وجود ویروس را در محیط اطراف فرد استفاده کننده تشخیص دهند و این فرصت را برای ترک محل قبل از در معرض قرار گرفتن برای فرد پوشنده فراهم کنند.
 
اما تشخیص ویروس موجود در هوا به تجهیزات قابل توجهی برای جمع آوری نمونه های هوا و تجزیه و تحلیل آنها نیاز دارد. روش های دیگر، از جمله بیوسنسور فوتوترمال پلاسمونیک، نتایج امیدوار کننده ای را ارائه می دهند، اما با این وجود کاربر به تجزیه و تحلیل نیاز دارد. باید گفت هنوز مدتی طول خواهد کشید که یک ساعت هوشمند قادر باشد تا با وجود یک ویروس خطرناک به صاحب خود هشدار دهد.
 

پوشیدنی و در دسترس

با وجود همه نویدهای پوشیدنی به عنوان ابزاری برای مقابله با بیماری همه گیری COVID-19 و انواع دیگر همه گیری های آینده، استفاده گسترده از دستگاه ها با موانعی رو به روست. بیشتر پوشیدنی ها گران هستند، یاد گیری استفاده از آنها توسط غیر انگلیسی زبانان بومی دشوار است، یا بدون داده های یک جمعیت گسترده تولید می شوند. این خطر وجود دارد که بسیاری از افراد از این فناوری استقبال نکنند.
 
توسعه مداوم پوشیدنی های مبتنی بر سلامتی که به طور گسترده پذیرفته شده اند، باید شامل ورودی های جامعه باشد، همان طور که به این حقیقت در خلاصه گزارش کارگاه آکادمی های ملی اشاره شده است. با اطمینان از دسترسی همه به پوشیدنی ها و پذیرش آنها، این دستگاه ها می توانند به سلامتی افراد در میان یک بیماری همه گیر جهانی کمک کنند. تحقیقات مداوم باید منجر به بهبود فناوری شود که با مراقبت از این امر، این فناوری به نفع همه جامعه خواهد بود.
 

علوم نانوی ویروس کرونا: فناوری های ریزی که با همه گیری جهانی دست و پنجه نرم می کنند

تصور می شود ویروس کرونا، ویروسی در جهان که مسئول بیماری همه گیر COVID-19 است، فقط 60 نانومتر تا 120 نانومتر اندازه داشته باشد. این کاملاً گیج کننده است و می توانید بیش از 400 ذره ویروس را در عرض یک تار موی سر خود جای دهید. در حقیقت، ویروس های کرونا ویروس به قدری کوچک هستند که ما نمی توانیم آنها را با میکروسکوپ های معمولی ببینیم و برای مطالعه آنها به میکروسکوپ های الکترونیکی بسیار پیشرفته تر احتیاج داریم. چگونه می توانیم با یک دشمن آن قدر کوچک بجنگیم در حالی که معمولاً نمی توانیم آن را ببینیم؟
 
یک راه حل مبارزه، مبارزه ریز با ریز است. فناوری نانو به هر فناوری‌ای مربوط می شود که دارای اجزایی باشد که اندازه آنها از 1 نانومتر تا 100 نانومتر باشد. در پزشکی نانو که از چنین فناوری کوچکی بهره می برد، در همه موارد، از پلاستر هایی که حاوی نانو ذرات ضد باکتری نقره هستند تا ماشین های تشخیصی پیچیده استفاده می شود.
 واکسن ها اغلب حاوی یک فرم غیر فعال از ویروس هستند که به عنوان یک آنتی ژن برای آموزش سیستم ایمنی بدن شما و ایجاد آنتی بادی در آن عمل می کنند.استفاده از فناوری نانو همچنین در مقابله با ویروس ها سابقه چشم گیری دارد و از اواخر دهه 1880 برای جدا سازی و شناسایی آنها مورد استفاده قرار گرفته است. اخیراً، از نانو پزشکی برای توسعه درمان های آنفلوانزا، زیکا و اچ آی وی استفاده شده است. و این تکنولوژی اکنون به مبارزه با ویروس COVID-19، SARS-CoV-2 ، پیوسته است.
 

تشخیص

اگر مشکوک به COVID باشید، سواب از حلق یا بینی شما گرفته می شود و با واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس (RT-PCR) آزمایش می شود. این روش بررسی می کند که آیا ماده ژنتیکی ویروس کرونا در نمونه وجود دارد یا نه.
 
علی رغم دقت بسیار بالا، نتایج آزمایش ممکن است سه روز طول بکشد، اما به هر حال انجام این کار به تجهیزات با فناوری پیشرفته که فقط در آزمایشگاه قابل دسترسی هستند نیاز دارد و فقط می توان هنگام انجام آزمایش تشخیص داد که آیا عفونت فعال دارید یا خیر. اما آزمایشات آنتی بادی، که وجود آنتی بادی ویروس کرونا را در خون شما بررسی می کند، می تواند بلافاصله، در هر کجا که آزمایش شوید، نتیجه را ایجاد کند.
 یک وسیله پوشیدنی که به طور مداوم فرد را کنترل می کند و نشان می دهد که وی ویروس را گرفته یا در معرض ویروس قرار دارد، به فرد اجازه می دهد برای جلو گیری از گسترش بیشتر همه گیری به دنبال درمان و جدا کردن خود از بقیه باشد.آنتی بادی ها هنگامی تشکیل می شوند که بدن شما با یک ویروس مقابله کند. آنها پروتئین های کوچکی هستند که با شکار مارکرهای شیمیایی میکروب ها، آنتی ژن ها، مهاجمان را جستجو و نابود می کنند. این بدان معنی است که آزمایشات آنتی بادی نه تنها می تواند ویروس کرونا را تشخیص دهد بلکه معلوم نیز می کند که آیا قبلاً نیز آن را داشته اید یا نه.
 
در آزمایش های آنتی بادی از نانو ذرات موادی مانند طلا برای گرفتن هر آنتی بادی از نمونه خون استفاده می شود. این ها سپس به آرامی در امتداد یک قطعه کوچک کاغذ حرکت کرده و به خط آزمایش آنتی ژنی می چسبند که فقط آنتی بادی ویروس کرونا به آن متصل می شود. این باعث می شود خط قابل مشاهده باشد و نشان دهنده وجود آنتی بادی در نمونه گردد. این تست ها بیش از 95٪ دقیق هستند و می توانند طی 15 دقیقه نتیجه دهند.
 

واکسن و درمان

یک نقطه عطف مهم در نبرد با ویروس کرونا تولید یک واکسن موفق خواهد بود. واکسن ها اغلب حاوی یک فرم غیر فعال از ویروس هستند که به عنوان یک آنتی ژن برای آموزش سیستم ایمنی بدن شما و ایجاد آنتی بادی در آن عمل می کنند. به این ترتیب، هنگامی که با ویروس واقعی مواجه می شود، سیستم ایمنی بدن شما آماده است و می تواند در برابر عفونت مقاومت کند.
 
اما برخی محدودیت ها وجود دارد که بر اثر آنها مواد معمولی واکسن می توانند به گونه ای زود رس در جریان خون تجزیه شوند و همواره به محل مورد نظر نرسند و باعث کاهش کارایی واکسن شوند. یک راه حل این است که مواد واکسن را از طریق پروسه ای به نام کپسوله سازی درون نانو پوسته ها قرار دهیم.
 
این پوسته ها از چربی هایی به نام لیپید ساخته شده اند و قطر آن ها می تواند به اندازه 5 نانو متر باشد، که 50000 برابر نازک تر از پوسته تخم مرغ است. نانو پوسته ها از تجزیه واکسن داخلی محافظت می کنند و همچنین می توانند با مولکول هایی که سلول های خاصی را هدف قرار می دهند تزئین شوند تا در تحویل بار خود مؤثرتر باشند.
 
این می تواند پاسخ ایمنی افراد مسن به واکسن را بهبود بخشد. و از دیدی تحلیلی، افراد به طور معمول برای ایجاد ایمنی به دوزهای کمتری از این واکسن های کپسول دار احتیاج خواهند داشت، به این معنی که شما می توانید با سرعت بیشتری تولید واکسن برای کل جمعیت را انجام دهید.
 فناوری نانو به هر فناوری‌ای مربوط می شود که دارای اجزایی باشد که اندازه آنها از 1 نانومتر تا 100 نانومتر باشد.کپسول سازی همچنین می تواند درمان های ویروسی را بهبود بخشد. سهم عمده ای در مرگ بیماران ویروسی را مراقبت های ویژه "سندرم پریشانی تنفسی حاد" به عهده دارد که هنگامی رخ می دهد که سیستم ایمنی بدن بیش از حد پاسخ می دهد. واکسن های کپسوله شده می توانند مناطق خاصی از بدن را هدف قرار دهند تا داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی را مستقیماً به اندام های مورد نظر برسانند و به تنظیم پاسخ سیستم ایمنی بدن کمک کنند.
 

کاهش انتقال

نباید در اهمیت استفاده از ماسک صورت و شستن دست ها برای کاهش شیوع COVID-19 اغراق کرد. به هر حال، پوشش های معمولی صورت می توانند در جلوگیری از نفوذ پذیرترین ذرات قطرات تنفسی مشکل داشته باشند و بسیاری از آنها فقط یک بار قابل استفاده هستند.
 
پارچه های جدید ساخته شده از نانو الیافی به ضخامت 100 نانو متر و پوشش داده شده در اکسید تیتانیوم می توانند قطرات کوچکتر از 1000 نانومتر را بگیرند، اما همچنین می توانند در اثر تابش اشعه ماوراء بنفش (UV) از نور خورشید از بین بروند. ماسک ها، دستکش ها و سایر تجهیزات محافظت شخصی (PPE) ساخته شده از چنین پارچه هایی قابل شستشو و استفاده مجدد هستند و امکان تنفس بیشتری را ایجاد می کنند.
   
تصویر: نمای نزدیک از الیاف بافته شده پیچیده. پارچه های جدید ساخته شده از نانو الیاف روکش داده شده می توانند PPE  بهتری ایجاد کنند. AnnaVel / Shutterstock
 
نانو ماده مهم دیگر گرافن است که از یک لایه لانه زنبوری اتم های کربن تشکیل شده و 200 برابر از فولاد قوی تر اما از کاغذ سبک تر است. پارچه هایی که با گرافن توری دوزی می شوند می توانند ویروس ها را گرفته و مانع عبور آنها شوند. PPE حاوی گرافن می تواند در برابر سوراخ شدگی، شعله، اشعه ماوراء بنفش و میکروب مقاوم باشد در حالی که وزن کمی نیز دارد.
 
استفاده از گرافن همچنین به پارچه ها اختصاص ندارد. این نانو ذرات را می توان روی محل هایی در مکان های عمومی قرار داد که در آن جاها احتمال انتقال ویروس زیادتر است.
 می توانید بیش از 400 ذره ویروس را در عرض یک تار موی سر خود جای دهید.این فناوری ها تنها برخی از راه های کمک دانش علوم نانو در نبرد با COVID-19 است. اگر چه هیچ پاسخی برای همه گیری جهانی وجود ندارد، اما این فناوری های کوچک قطعاً توانایی این را دارند که بخشی مهم از راه حل باشند.
 
منبع: آلبرت اچ تیتوس، جاش دِیویس، Cardiff University، University at Buffalo