أقطاب نانوية شبكية قابلة للتنفس مع مقاومة محسّنة للماء ومرونة لمراقبة مقاومة الجلد

لماذا يهم وجود «لاصق قابل للتنفس» على بشرتك

ترسل بشرتنا باستمرار إشارات كهربائية تعكس مدى فعالية حاجزها الخارجي وكيفية استجابة جسدنا للتوتر. قياس هذه الإشارات لساعات متواصلة قد يساعد في تتبع حالات مثل الإكزيما، الكشف عن مستوى التوتر، أو مراقبة التعافي أثناء النوم والتمارين. ومع ذلك، غالبًا ما يشعر مستخدمو مجسات الجلد الحالية باللزوجة، أو تنفصل الأقطاب مع العرق، أو تتعرّض للكسر عندما تتمدّد البشرة. تعرض هذه الدراسة نوعًا جديدًا من الأقطاب «النانوية الشبكية» فائقة الرقة والقابلة للتنفس التي تلتصق بالجلد المتعرّق والحركي—وخاصة الأماكن الصعبة مثل راحة اليد—مع الحفاظ على تهوية الجلد وثبات القياسات.

شبكة ناعمة تسمح بتنفس الجلد

بنى الباحثون حساسهم كشَبَكة دقيقة جدًا من ألياف بلاستيكية، يبلغ سمك كل منها مئات النانومترات فحسب—أضعاف آلاف أقل من شعرة الإنسان. ثم طُليت هذه الشبكة بطبقة ذهبية رقيقة جدًا تنقل الإشارات الكهربائية. وبما أن البنية تتكوّن في معظمها من فراغات، يمكن للهواء وبخار الماء المرور بسهولة، فلا يختنق الجلد أدناها. يبلغ سمك القطب بأكمله بضعة ميكرونات فقط، رقيق بما يكفي ليتبع التعرجات البسيطة لسطح الجلد الخارجي كطبقة ثانية شفافة.

خليط ذكي يلتصق ويقاوم الماء

يكمن التقدم الأساسي في مزج نوعين مختلفين من البلاستيك داخل كل ليف. أحدهما، بولي فينيل كحول (PVA)، يذوب في الماء؛ والآخر، البولي يوريثان المائي (WBPU)، يقاوم الماء ويتمتع بقدرة امتداد جيدة. عندما يُوضع النانوميش الجاف على البشرة ويرش بخفة بالماء، يذوب جزء من الـPVA ويتصرف كصمغ مؤقت لطيف، يساعد الشبكة على الالتصاق بالجلد دون شريط أو جل إضافي. وفي الوقت نفسه، يبقى الـWBPU كهيكل داعم. تحت المجهر، تُظهر الألياف بنية «جزيرة–بحر»: مناطق غنية بالـPVA (الجزر) مدمجة داخل مصفوفة مستمرة غنية بالـWBPU (البحر). ومع ذوبان الـPVA، تتكوّن أنابيب WBPU مجوفة تُبقي شبكة الذهب سليمة، حتى عندما تكون مبتلة.

مصممة لتحمّل العرق والتمدد

لاختبار ما إذا كانت الشبكة الجديدة قادرة على مواجهة ظروف البلل الحقيقية، مرّر الفريق ماءً بدرجة حرارة الغرفة عبر الأقطاب طوال يوم كامل. فقدت شبكات الـPVA النقي شكلها بسرعة وتوقفت عن التوصيل. في المقابل، أظهرت الشبكات المكوّنة من أجزاء متساوية من PVA وWBPU زيادة طفيفة فقط في المقاومة الكهربائية—حوالي 2 في المئة—حتى بعد 24 ساعة من جريان الماء المستمر. عند شد الأقطاب على مادة تشبه الجلد، انقطعت نسخ الـPVA النقي كهربائيًا عند إجهاد معتدل، بينما بقيت النسخة المختلطة متصلة حتى تمدد بنسبة تصل إلى 80 في المئة وصمدت خلال 1000 دورة شد–إرخاء مع تغيّرات متوسطة فقط في المقاومة. تُظهر هذه الاختبارات أن إطار WBPU يعمل كدعامة متينة تحمي طبقة الذهب الهشة من التشقق.

ثبات على الجلد الحقيقي، حتى على راحة اليد

كان الاختبار النهائي هو الاستخدام طويل الأمد على بشرة الإنسان. علّق الباحثون أزواجًا من الأقطاب المصنوعة إما من PVA النقي أو من الخليط نصف–نصف المحسّن على ساعد ومتطوعين وراحوا يتتبعون مقاومتها الكهربائية لساعات عدة. على كلا الموقعين—وخاصة على راحة اليد المتعرقة والمتحركة باستمرار—كانت أقطاب الـPVA النقية غير موثوقة: ارتفعت مقاومات العديد منها إلى مستويات غير مفيدة أو انقطعت كليًا خلال بضع ساعات. بالمقابل، بقيت جميع الأقطاب المختلطة ملتصقة بإحكام وحافظت على مقاومة منخفضة ومستقرة في كل تجربة. في تجربة أخرى، اكتشفت كلا النوعين من الأقطاب تغيرات في مقاومة الجلد عندما حجب فيلم بلاستيكي التبخر الطبيعي لفترة وجيزة، مؤكدةً أن التصميم الجديد يحافظ على قابلية التنفس الحيوية اللازمة لاستشعار تغيّرات الرطوبة الطفيفة في الجلد.

ما الذي يعنيه هذا لبقع الصحة القابلة للارتداء في المستقبل

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن المؤلفين وجدوا تركيبة مواد تجمع بين ثلاث ميزات عادة ما تتعارض: القطب قابل للتمدد، يقاوم الماء، وما زال يسمح للجلد بالتنفس. من خلال ضبط مقدار كل بلاستيك بعناية، ابتكروا نانوميش يستخدم مكوّنًا واحدًا للالتصاق برفق بالجلد والمكوّن الآخر للحفاظ على الهيكل أثناء العرق والحركة. هذا يجعل المراقبة المستمرة والمريحة لمقاومة الجلد في أماكن صعبة مثل راحة اليد أكثر واقعية. ورغم الحاجة لمزيد من العمل لإضافة توصيلات وسلكية ولاسلكية قوية، فإن هذا النانوميش القابل للتنفس والمقاوم للماء يوفر أساسًا واعدًا لـ«ضمادات إلكترونية» مستقبلية يمكنها تتبع التوتر وصحة الجلد وإشارات فسيولوجية أخرى لفترات طويلة دون تهييج البشرة.

الاستشهاد: Mimuro, M., Ebihara, Y., Liang, X. et al. Breathable nanomesh electrodes with improved water resistance and stretchability for skin impedance monitoring. npj Flex Electron 10, 38 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00542-8

الكلمات المفتاحية: أجهزة قابلة للارتداء, مقاومة الجلد, إلكترونيات مرنة, أقطاب قابلة للتنفس, مراقبة الإجهاد