التحليل الكهروكيميائي لأقطاب نسيجية جديدة مبنية على خيط سيليكون موصل للتحفيز البيوكهربائي

شرارات لطيفة عبر القماش الناعم

يمكن للنبضات الكهربائية المطبقة عبر الجلد أن تساعد الأشخاص على الحركة بعد السكتة الدماغية، وتخفف أعراض أمراض الأعصاب، وتدعم إعادة التأهيل. لكن نجاح هذه العلاجات غالباً ما يعتمد على مكوّن متواضع: القطب المضغوط على الجلد. يقدم هذا البحث نوعاً جديداً من الأقطاب النسيجية اللينة والقابلة للغسل المصنوعة من خيط سيليكون موصل، ويختبر ما إذا كان بإمكانها توصيل التيار بشكل موثوق وآمن مثل أقطاب الطب الحالية، مع توفير مزيد من الراحة وإمكانية إعادة الاستخدام.

لماذا تهم أقطاب أفضل للمرضى

تستخدم العديد من أشكال التحفيز الكهربائي الوظيفي لبادات مسطحة تُلزق على الجلد لإرسال تيارات صغيرة إلى الأعصاب والعضلات. اليوم تُصنع هذه عادةً من هلامية لاصقة أو مطاط مشبع بالكربون. الهلاميات سهلة التطبيق لكنها قد تهيج الجلد وتتبلى بسرعة. أما أقطاب المطاط فمناسبة عموماً للجلد، لكنها غالباً ما تحتاج إلى أحزمة أو شريط لتثبيتها، ما يجعل استخدامها اليومي محرجاً ويصعب على المرضى وضعها بأنفسهم. تعد الأقطاب النسيجية، القابلة للدمج في الملابس أو الأكمام، بوضع سريع ومتكرر وراحة ارتداء عالية. ومع ذلك، تعتمد معظم الأشكال النسيجية الحالية على خيوط المطلية بالمعادن، غالباً الفضة، التي قد تطلق أيونات مطهرة عند مرور التيار وقد لا تكون مثالية للتحفيز المتكرر.

نسيج السيليكون في قماش ذكي

طور الباحثون قطباً نسيجياً جديداً عن طريق حياكة خيط سيليكون موصّل معشوَّب بالكربون في رقعة مربعة صغيرة، مدعومة بخيط بولياميد عادي للقوة الميكانيكية. حولها أضافوا حلقة من خيط سيليكون غير موصّل تعمل كحاجز لمنع انتشار محلول ملحي رطب، يُستخدم لتحسين التلامس الكهربائي، إلى بقية الملابس. داخل الجيب المحاك وضعوا إسفنجاً يحتفظ بمحلول مالح قياسي مشابه لسوائل الجسم. قبل الاستخدام، يُرطّب الإسفنج حتى تتحرَّك الأيونات بين القطب والجلد. اختبر الفريق طريقتين لتوصيل الكابلات: إحداهما باستخدام زر ضغط معدني مباشرة على القطب، والأخرى حيث ينقل الخيط الموصل الإشارة إلى موصل موضوعة بعيداً عن المنطقة الرطبة—ترتيب يحاكي كيف قد تُدمَج المادة في الملابس القابلة للارتداء.

فحص السلوك الكهربائي للقماش

لمعرفة كيف تتصرف الأقطاب الجديدة، غمر الفريق الأقطاب في محلول ملحي بتركيز 0.9% وأجرى سلسلة من القياسات على مدى ساعات عديدة. قاسوا سهولة مرور التيار المتردد عبر القطب عبر نطاق واسع من الترددات (من عُشر هرتز حتى مليون هرتز)، وكيف يستقر الجهد الكهربائي الطبيعي للقطب مع الزمن، ومقدار الضوضاء الكهربائية العشوائية التي يولدها. أظهر القطب الكامل المزود بزر الضغط مقاومة منخفضة نسبياً لمرور التيار: نحو 19.6 كيلوأوم عند تردد منخفض جداً (0.1 هرتز) تنخفض إلى نحو 98 أوم عند 1 ميجاهرتز، وهو ما يساوي أو يتفوق على العديد من أقطاب التحفيز النسيجية المبلّغ عنها في الأدبيات. أما التكوين المعتمد فقط على الخيط، بدون الزر المعدني، فكان له مقاومة أعلى، خاصة عند الترددات المنخفضة، ما يعكس طول المسار الموصل وإمكاناته الأقل توصيلاً. في كلا التصميمين بقيت القياسات مستقرة على مدى 24 ساعة، ما يشير إلى أن الأقطاب تتصرف بشكل موثوق أثناء الاستخدام المطوّل.

الحفاظ على إشارة ثابتة وهادئة

درس المؤلفون أيضاً كيف ينحرف جهد القطب الذاتي وكمية التذبذبات العشوائية الصغيرة التي يضيفها، لأن كلاهما يؤثر في مدى نظافة الإشارات التي يمكن للأجهزة الطبية تحفيزها أو تسجيلها مثل نشاط القلب أو الدماغ. استقر قطب الخيط وحده عند جهد يقارب 350 مللي فولت، بينما انتهى الأمر بالإصدار المزود بزر ضغط من الفولاذ المقاوم للصدأ أقرب بكثير إلى الصفر. ينشأ هذا الاختلاف لأن المعادن في الزر تجلس طبيعياً عند جهود كهربائية أقل، ما يحرك القيمة الإجمالية. ومن المهم أن كلا النسختين بقيتا ضمن نطاقات نموذجية لمواد الأقطاب المعروفة. عند تحليل الضوضاء، أنتج كلا النوعين مستويات مماثلة من ضوضاء التيار، لكن إصدار زر الضغط أظهر ضوضاء جهد أقل بكثير—قريبة من ضجيج نظام القياس نفسه—مشيراً إلى أن الاتصال المعدني يساعد فعلاً على تنعيم التذبذبات مقارنة بالخيط وحده. عموماً كانت مستويات الضوضاء متواضعة وقابلة للمقارنة مع تلك الخاصة بالعديد من الأقطاب التقليدية المستخدمة في البحث والعيادات.

من مقعد المختبر إلى العلاج القابل للارتداء

بوضع كل هذه القياسات معاً، يُظهر البحث أن الأقطاب النسيجية المحاكة من خيط سيليكون موصل يمكن أن تضاهي أو تتفوق على أقطاب التحفيز النسيجية القائمة من حيث سهولة مرور التيار، وثبات الجهد الكهربائي، وقلة الضوضاء المضافة. وبما أن المواد القائمة على السيليكون معروفة بالفعل بلطفها على الجلد، ويمكن دمج الأقطاب في ملابس قابلة للغسل، فقد تُمكّن هذه الأجهزة من تقديم علاجات تحفيز كهربائي أكثر راحة واستدامة وسهولة استخدام في المنزل والعيادات. ستحتاج الأعمال المستقبلية إلى تأكيد أداءها على الجلد الحقيقي، تحت الضغط والحركة، وفي الاستخدام الطويل الأمد، لكن النتائج تشير إلى أن أجهزة التأهيل المستقبلية قد تبدو وتشعر وكأنها ملابس يومية أكثر منها أجهزة طبية.

الاستشهاد: Lange, I., Kalla, T., Wegert, L. et al. Electrochemical characterisation of new textile electrodes based on a conductive silicon yarn for bioelectrical stimulation. Sci Rep 16, 8261 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40950-4

الكلمات المفتاحية: أقطاب نسيجية, التحفيز الكهربائي الوظيفي, خيط سيليكون موصل, أجهزة طبية قابلة للارتداء, التحفيز البيوكهربائي