هلامية مركبية أليافية مدفوعة بالنفاذية الاتجاهية نحو امتصاص سريع للعرق ومراقبة الترطيب

لماذا يعد تتبع العرق مهماً

الحفاظ على مستوى ترطيب مناسب ضروري للصحة والأداء الرياضي والراحة اليومية، لكن معظمنا لا يزال يعتمد على إشارات غامضة مثل العطش أو التخمين. تقدم هذه الدراسة رقعة قابلة للارتداء صغيرة يمكنها التقاط كميات ضئيلة من العرق بسرعة، وقياس معدل التعرق وملوحته، وإرسال النتائج لاسلكياً إلى الهاتف. من خلال تسريع قدرة المستشعر على التقاط وتحليل العرق، تقرّب هذه التقنيةنا من إرشادات ترطيب مخصصة في الوقت الفعلي أثناء التمرين أو في البيئات الحارة.

طريقة جديدة لامتصاص العرق

في قلب الجهاز توجد طبقة إسفنجية مصممة خصيصاً تسمى هلامية مركبة أليافية. تتألف من بوليمرين شائعين — بوليفينيل الكحول والپوليوثيران — مدمجين في بساط ليفي. على عكس الوسائد أو المواد الهلامية الماصة العادية، صُممت هذه الطبقة لسحب العرق في اتجاه واحد أساساً: من الجلد إلى الأعلى نحو قنوات دقيقة في المستشعر. ضبط الباحثون البنية بعناية بحيث تملأ المسام داخل البساط جزئياً، مما يقلص المسارات بما يكفي لدفع السائل صعوداً دون السماح له بالانتشار جانبياً. هذا التصميم يخفض الضغط اللازم لاختراق العرق الطبقة، لذا يمكن التقاط كميات صغيرة جداً من العرق بسرعة.

توجيه العرق على مسار أحادي الاتجاه

لاختبار مدى فعالية هذا المادى الجديد في تحريك السوائل، قارن الفريق بينه وبين ورق ماص شائع وأفلام بلاستيكية قياسية. في تلك المواد التقليدية، تميل السوائل إلى الانتشار في جميع الاتجاهات، مثل سكب يبتلع عبر منشفة ورقية، قبل أن يتحرك أي منها إلى قناة. على النقيض من ذلك، أبقت الهلامية الأليافية السائل محصوراً إلى حد كبير ودفعتَه عمودياً، مما سمح لقنوات المستشعر الدقيقة أن تبدأ بالامتلاء قبل أن تتشبع الإسفنجة تماماً. أظهرت التجارب باستخدام سوائل ملونة أن هذا النقل الاتجاهي قلّص الوقت اللازم لتوصيل السائل إلى القنوات وزاد كمية السائل التي يمكن دفعها عبر منطقة معينة. جاءت أفضل أداء من وصفة محددة: هيكل يحتوي على 25 بالمئة پوليوثيران و3 بالمئة بوليفينيل الكحول بالوزن، والتي وازنت بين المسامية والمتانة.

تحويل العرق إلى بيانات مباشرة

فوق طبقة جمع العرق، بنى الباحثون شبكة ميكروفلويدية مرنة — قنوات رفيعة متعرجة محفورة في بلاستيك ناعم — مزينة بأقطاب معدنية صغيرة. أثناء تدفق العرق عبر هذه القنوات، يغير مدى سهولة مرور التيار الكهربائي بين الأقطاب. من خلال تتبع هذه التغيرات، يستطيع النظام استخلاص معلومتين مهمتين. أولاً، يمكن استنتاج المحتوى الكلي من الملح في العرق من مستوى التوصيل الكهربائي الكلي. ثانياً، يكشف السرعة التي يمر بها جبهة العرق من زوج أقطاب إلى الزوج التالي عن معدل التعرق. في اختبارات باستخدام محاليل ملحية مضخوخة بمعدلات تدفق مضبوطة، أنتج المستشعر إشارات نظيفة على شكل درجات تطابقت مع التدفق والتركيز المبرمَجين، مما يثبت أن طبقة الإسفنج لم تشوه القراءات الكيميائية.

من المختبر إلى اختبار ركوب الدراجة

ثم دمج الفريق المستشعر الميكروفلويدي مع وحدة إلكترونيات منخفضة الطاقة تقوم بتصفية الإشارات، وحساب مقاييس العرق، وإرسالها لاسلكياً إلى جهاز محمول. ارتدى المتطوعون الرقعة على الصدر أثناء ركوب دراجة ثابتة بكثافات مختلفة. مقارنةً بمستشعر متماثل خالٍ من الحشوة الهلامية الخاصة، بدأ النظام الجديد بالإبلاغ عن بيانات مفيدة قبل أكثر من خمس دقائق، وجمع حوالي نصف مرة إضافية من العرق إجمالاً. طابقت قراءات معدل التعرق على الصدر بشكل وثيق فقدان العرق الكلي للجسم الذي قيس بوزن المشاركين قبل وبعد التمرين، واتسقت الأنماط مع الاختلافات المعروفة بين الرجال والنساء. أظهرت اختبارات يومية أن قياسات الجهاز كانت مستقرة عبر جلسات متكررة.

ما الذي قد يعنيه هذا للصحة اليومية

بشكل عام، تُظهر الدراسة أن تشكيل مسار حركة العرق داخل المستشعر — وتحديداً استخدام طبقة إسفنجية موجهة ومنخفضة المقاومة — يمكن أن يسرّع ويحسن قياسات العرق بشكل كبير. بالنسبة للمستخدمين العاديين، قد يترجم ذلك إلى لاصقات تحذّر بسرعة من خطر الجفاف المتصاعد، وتساعد في تخصيص تناول السوائل والملح أثناء التدريب، أو تتابع يوماً ما علامات صحية أخرى تظهر في العرق. بجعل جمع وتحليل بضعة ميكرولترات من السائل أسهل، تمهد هذه التقنية الطريق لنصائح ترطيب أكثر دقة وتخصيصاً وفئة جديدة من الاختبارات القابلة للارتداء التي تستخدم العرق كنافذة متاحة إلى صحة الجسم بالكامل.

الاستشهاد: Shen, H., Liu, S., Liu, M. et al. Directional permeation-driven microfiber composite hydrogel towards rapid sweat uptaking and hydration monitoring. npj Flex Electron 10, 33 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00535-7

الكلمات المفتاحية: مستشعرات العرق القابلة للارتداء, مراقبة الترطيب, لاصق ميكروفلويدي, إلكترونيات مرنة, توازن الشوارد