التكنولوجيا الحيوية
هل تحتاج إلى جهاز قياس سكر الدم؟ قد يصبح هاتفك قريبًا هو الحل
من بوصلة الهاتف إلى جهاز قياس سكر الدم
Monitoring health metrics like glucose levels is often required in many health conditions. This usually requires either lab tests or expensive dedicated medical devices.
قد يتغير ذلك بفضل إعادة توظيف أجزاء من الهاتف الذكي المنتشر الآن، وفقًا لورقة علمية نشرها باحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في بولدر، الولايات المتحدة، بعنوان “قياس كمي عالي الحساسية للمواد السائلة باستخدام بوصلة الهاتف الذكي.”
اكتشفوا طريقة لإعادة توظيف البوصلة المغناطيسية المدمجة في الهاتف الذكي إلى جهاز طبي قادر على قياس الجلوكوز أو درجة الحموضة.
تعتمد هذه التكييف المبتكرة للهاتف الذكي على الهيدروجيل، وهو مادة مسامية تنتفخ عند غمرها في الماء. أنشأ الباحثان مارك فيريس وغاري زابو هيدروجيلًا مصممًا خصيصًا يحتوي على جزيئات مغناطيسية دقيقة مدمجة فيه.
تم تصميم هذا الهيدروجيل بحيث يتفاعل مع تغيرات تركيز الجلوكوز أو درجة الحموضة (الحموضة) عن طريق الانكماش أو التوسع. تم ذلك بإنشاء طبقتين من الهيدروجيل، كل منهما يتغير في الحجم بمعدل مختلف استجابةً للـ pH أو الجلوكوز.
هذا التغير في الحجم يحرك الجزيئات المغناطيسية أقرب أو أبعد عن بوصلة الهاتف، ويمكن قياس ذلك بسهولة بواسطة الهاتف.
المصدر: NIST
كلا من الجلوكوز ودرجة الحموضة هما مؤشرات مهمة في مجموعة واسعة من الأمراض، بما في ذلك السكري. حققت الطريقة حساسية مذهلة، حيث تم الكشف عن تغيرات منخفضة تصل إلى بضعة ملايين من المول (الوحدة العلمية لعدد معين من الذرات أو الجزيئات في مادة)، وهو أقل بكثير من الدقة المطلوبة للتشخيص السليم.
يمكن وضع الهيدروجيل على الهاتف الذكي عبر مشبك بلاستيكي بسيط، ويمكن قياس تغير المجال المغناطيسي من خلال تطبيق بسيط. ويمكن حتى طباعة المشبك البلاستيكي بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
المصدر: Nature
المزايا الرئيسية لأجهزة قياس سكر الدم بالهاتف
في حد ذاته، لا توفر هذه الطريقة القياس أكثر دقة من الناحية التقنية للجلوكوز أو درجة الحموضة. لكنها تجلب بعض المزايا الرئيسية:
- التكاليف: مع توفر الهواتف الذكية بالفعل، يتم إلغاء الحاجة إلى جهاز طبي مخصص مخصص.
- بالإضافة إلى ذلك، فإن الهيدروجيلات مثل المستخدمة هنا غير مكلفة وسهلة التصنيع على نطاق واسع. يجب أن يحافظ ذلك على انخفاض تكلفة “الخرطوشة” لقياس الجلوكوز. قدر الباحث تكلفة المشغلات الهيدروجيلية لقياس الجلوكوز بـ 0.16 دولار ولـ pH بـ 0.03 دولار.
- كما أنها لا تتطلب مصدر طاقة آخر، مما يجعلها أداة قياس مثالية في أي موقف، من المنزل إلى المكتب، إلخ.
- نظرًا لأن الهواتف الذكية مزودة بالفعل بالاتصال، يمكنها نقل البيانات الطبية مباشرةً إلى الأطباء أو تطبيق صحي، مما يوفر بيانات مباشرة إلى أنظمة الصحة الرقمية دون تكاليف إضافية.
- يمكن أن تسمح الحساسية الفائقة للطريقة باستخدام عينة صغيرة جدًا، مما يجعل طريقة القياس أقل توغلاً.
مجتمعةً، يمكن أن يغيّر ذلك جذريًا حياة ملايين المرضى اليومية، مع تحسين مراقبة وجودة البيانات الرقمية حول مؤشرات الصحة الرئيسية.
المصدر: Unsplash
ما التالي؟
التنظيم
يجب تحويل هذا الابتكار إلى طريقة قياس جهاز سكر دم سهلة الاستخدام، والتي سيتعين اختبارها من قبل المتخصصين الطبيين وتأكيد صحتها من قبل وكالات سلامة الصحة مثل إدارة الغذاء والدواء (FDA).
بينما قد يكون هذا سؤالًا تنظيميًا أكثر من كونه تقنيًا، فمن المحتمل أن يتطلب وقتًا ومالًا.
سيحتاج أيضًا إلى تطوير برنامج مخصص وتطبيق مريح قادر على تحويل القياس المغناطيسي إلى قياس الجلوكوز، ويجب أن يتم التحقق من صحتهما من قبل الأطباء والوكالات التنظيمية.
المصدر: Unsplash
أخيرًا، يجب أن يتم أي مشاركة للبيانات الطبية بطريقة تضمن تخزينًا آمنًا وسريًا لهذه البيانات. أي تكامل مع تطبيقات مراقبة الصحة الأخرى أو التواصل مع المتخصصين في الرعاية الصحية سيواجه نفس المتطلبات.
مزيد من قياسات الصحة
اُستخدم الجلوكوز ودرجة الحموضة في هذه الدراسة كدليل على المفهوم من قبل الباحثين، ولكن يمكن قياس العديد من المؤشرات البيولوجية الأخرى بنفس الطريقة.
على سبيل المثال، تعني الحساسية العالية جدًا أن الجلوكوز يمكن قياسه أيضًا في اللعاب، الذي يكون أقل تركيزًا بكثير من الدم. ومع سهولة استخدام الهاتف الذكي، سيجعل ذلك القياس أقل توغلاً بكثير من أي جهاز قياس سكر دم حالي.
يمكن أيضًا استخدام الطريقة لقياس جزيئات أخرى.
على سبيل المثال، عادةً ما يتم قياس الهيستامينات عبر تحليلات مخبرية متقدمة وتحتاج إلى جمع بول لمدة 24 ساعة، ولكن يمكن قياسها في المنزل من خلال هذه الطريقة الجديدة.
يمكن أيضًا استخدام ذلك مع صيغة هيدروجيل مخصصة تحتوي على مجموعات ربط للمواد التحليلية. سيجعل ذلك الهيدروجيل يتفاعل مع أهداف ذات صلة مثل الصوديوم، البوتاسيوم، اللاكتات، والإنزيمات.
المصدر: Unsplash
تحسين تصميم كاشف الهيدروجيل
الألواح الثنائية الطبقة المتجانسة من الهيدروجيل المقترحة في هذه الدراسة هي مجرد أحد الخيارات لتصميم أداة قياس هيدروجيل.
يقترح الباحثون بدائل مثل “حركة انحناء مع هيدروجيل مثبت عند طرفين، بدلاً من طرف واحد فقط، قد تعزز الاستقرار”.
قد تسمح حركة هيدروجيل ملتوية بتغيير اتجاه المجال من سالب إلى موجب، مما يضاعف التغير الكلي الممكن للإشارة ويزيد النطاق الديناميكي إذا تم تتبع عدد مرات تبديل اتجاه المجال بين كل لفّة 180° لمشغل الهيدروجيل.
سيكون من المهم أيضًا ضمان أن النظام يكتشف التداخل والملوثات التي قد تشوش القياس.
كما يجب ضمان أن يكون للهيدروجيل عمر تخزين طويل، وهذا أمر ضروري للنجاح التجاري المستقبلي.
تحويل الهواتف إلى أدوات تحليل كيميائي
تطبيق آخر لهذا الاكتشاف هو تجاوز قياس المعايير البيولوجية. قياس درجة الحموضة على سبيل المثال مفيد في عينة دم، ولكنه مفيد أيضًا لقياس درجة حموضة الماء أو التربة.
يمكن أن يجعل ذلك النظام بديلاً قويًا لأشرطة اختبار درجة الحموضة المستخدمة في الاختبارات الميدانية، مع تقديم دقة قياس مماثلة لجهاز قياس مكتبي بقيمة ألف دولار ولكن بتكلفة جزئية.
يمكن أيضًا تصميم الهيدروجيل للاستجابة لمؤثرات كيميائية وفيزيائية أخرى مثل الضوء، القوة الأيونية، ودرجة الحرارة.
يُتوقع وجود تطبيقات محتملة لتحديد مستويات الملوثات الكيميائية في مياه الصنبور في المنزل، ولإجراء اختبارات غذائية على سوائل غير شفافة أخرى مثل عصير البرتقال، الحليب، القهوة، النبيذ، أو الحساء، ولتحليل بيئي، مثل تحليل مياه البحيرات أو الجداول العكرة في المواقع النائية.
قراءة DNA باستخدام الهاتف الذكي؟
في المستقبل، يمكننا حتى تصور هيدروجيل يستخدم تقنيات استهداف متقدمة، مثل البوليمرات المطبعة جزيئيًا وتسلسلات الحمض النووي المكملة. سيمنح ذلك الهيدروجيل القدرة على التفاعل مع بروتينات وتسلسلات DNA محددة.
وبالتالي يمكن للهواتف الذكية أن تصبح قادرة على اكتشاف مسببات الأمراض في الهواء أو الماء، مستبدلةً الاختبارات المكلفة والمنتجة للنفايات مثل اختبارات كوفيد المستخدمة خلال الجائحة.
المراقبة المستمرة
توضح هذه الدراسة كيف أن الهواتف الذكية وإنترنت الأشياء (IoT) بشكل عام من المحتمل أن تُحدث ثورة في طريقة تعاملنا مع القياسات الطبية والكيميائية في المستقبل.
نحن نحمل دائمًا في جيوبنا جهازًا إلكترونيًا معقدًا يحتوي بالفعل على أدوات تحليلية حساسة للغاية، يمكن إعادة توجيهها لتطبيقات جديدة.
من المحتمل أن يكون قياس الجلوكوز أحد أولى التطبيقات، لكن يمكننا بسهولة تخيل مستقبل حيث نضع قطرة من اللعاب أو نتنفس على هاتفنا الذكي، وسيزودنا ببيانات كيميائية حيوية، واكتشاف مسببات الأمراض، وتحذير من التلوث، إلخ.
شركات إنترنت الأشياء وأجهزة استشعار الصحة
1. Koninklijke Philips N.V.
(PHG )
تُعد Philips علامة تجارية معروفة في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية الصغيرة (ماكينات الحلاقة، فرش الأسنان الكهربائية)، وتشارك بنشاط في مجال الرعاية الصحية. كانت الشركة الأولى في تقديم براءات اختراع MedTech في أوروبا لعام 2022.
تنشط في المنتجات الطبية المتصلة، من الأجهزة القابلة للارتداء إلى التصوير، وأجهزة التنفس، أو الروبوتات الطبية. كما تنشط الشركة في مجال أشباه الموصلات (بما في ذلك تقنية المغناطيسية الفائقة) والتقنيات المتقدمة/الروبوتات/الأتمتة.
تغطي الأجهزة القابلة للارتداء من Philips مؤشرات القلب، والتنفس، والنشاط. يمكن دمج حسّاتها في الساعات الذكية، وأجهزة مراقبة الصحة، واللاصقات الطبية، وأجهزة تتبع النشاط.
فيما يتعلق بالأجهزة القابلة للارتداء، تفضّل Philips حلاً شراكيًا، حيث تطور لأطراف ثالثة “أجهزتهم” الطبية المتصلة بـ IoT المتوافقة بالكامل مع باقي حلول Philips. وفي هذا السياق، تقدم لعملائها النمذجة الأولية، والاستشارات التنظيمية، وتطوير المنتج من البداية إلى النهاية، والإنتاج على نطاق صناعي.
تسعى الشركة إلى إنشاء بيئة رعاية صحية رقمية متكاملة بالكامل، حيث تتطابق الحساسات مع الأجهزة، ثم تستخدم حلول اتصال متعددة للتكامل مع حل Philips HealthSuite Cloud والسماح بتحليلات بيانات متعمقة.
المصدر: Philips
نظرًا لأن Philips لديها تاريخ في إقامة شراكات واسعة النطاق في قياس الصحة وتكامل البيانات في خدمات SaaS للرعاية الصحية، فقد تكون في موقع مثالي لتكامل بيانات الجلوكوز ودرجة الحموضة المستندة إلى الهواتف الذكية أيضًا.
2. Garmin Ltd.
(GRMN )
تُعد Garmin رائدة في الإلكترونيات الخارجية، حيث بدأت بتقديم أدوات GPS والملاحة (للسيارات، والبحار، والطائرات)، وتوسعت الآن لتشمل اللياقة البدنية ومراقبة الصحة.
تشكل اللياقة البدنية 23٪ من إيرادات الشركة و10٪ من الدخل التشغيلي، مدفوعة أساسًا بالساعات الذكية. وقد شحّنت 15 مليون جهاز في عام 2022.
المصدر: Garmin
توفر Garmin نظامًا بيئيًا كاملًا لبيانات الصحة للباحثين، يساعد في مجالات مثل البحث عن النوم، الاكتئاب، علاجات السرطان، صحة المرأة، أو حتى القيادة النعسانة.
قد لا تكون Garmin عملاقًا تقنيًا، لكنها تركز بدقة على قطاع الهواء الطلق واللياقة البدنية، حيث يشكل نصف دخلها إلى جانب الملاحة. هذا القطاع هو أيضًا المجال الرئيسي للنمو للشركة، ومن المرجح أن يصبح هذا الجزء المصدر الرئيسي للإيرادات في المستقبل.
من المحتمل أن يكون المستخدمون الواعون صحيًا في Garmin مهتمين بمراقبة المزيد من المعايير الصحية بفضل قياسات الهيدروجيل.
يمكن تحويل ذلك إلى فرصة لشركات مثل Garmin، بطريقتين مختلفتين:
- استخدام بوصلة موجودة مسبقًا أو دمج مقياس مغناطيسي في أجهزتهم للسماح بدمج قياسات الهيدروجيل في أجهزتهم.
- ربط أجهزتهم بالهاتف الذكي لتوفير طريقة متكاملة لعرض بيانات الصحة من كل من الهاتف الذكي وأجهزة Garmin.
سمعة Garmin للمنتجات الخارجية المتينة وعالية الجودة والمفيدة تتحول جيدًا إلى قطاع اللياقة والصحة. ومن المثير للاهتمام، تقود السوق في الفئة الفاخرة، مع أكبر حصة سوقية في الفئة السعرية التي تتجاوز 500 دولار، متفوقةً على Apple هنا، رغم أن Apple عادةً ما تهيمن على الفئة السعرية العالية للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والأجهزة اللوحية.
