طور فريق بحثي من جامعة خليفة مستشعر رطوبة جديدًا مصنوعًا من ألياف السليلوز الآمنة على البيئة ومصفوفة من أكسيد الغرافين، حيث صُمِّم هذا المستشعر الحيوي بهدف الاستفادة منه في العديد من الأجهزة الإلكترونية التي يمكن ارتداؤها، وقد تم توظيفه في العديد من التطبيقات التي تشمل الاستشعار غير التلامسي للمسافات القريبة والكشف عن الرطوبة في البيئة وفحص التنفس البشري، حيث تستعرض هذه التطبيقات الإمكانات الواسعة للمستشعرات .
نشر كل من باحث الدكتوراه الدكتور محمد عمير خان والباحثَين العلميين الدكتور ياوار عباس والدكتورة هبة أبو نهلة والأستاذين المشاركَين الدكتور محمد رزق والدكتور أنس العزام، والأستاذة المساعدة الدكتورة نهلة العمودي والأستاذ الدكتور بكر محمد، نتائج هذا المشروع في مجلة "سنسرز آند أكتشويترز بي: كيميكال"، وهي مجلة علمية دولية متعدد التخصصات تهتم بنشر البحوث المتعلقة بالمستشعرات الحيوية والكيميائية والأنظمة الميكروية التحليلية وغيرها من التخصصات.
من جانبها قالت الدكتورة نهلة العمودي: "يمثل بحثنا إنجازًا هامًا في مجال تطوير مستشعرات الرطوبة غير المكلفة اقتصاديًا والآمنة على البيئة المصنوعة من الألياف والمواد النانوية الكربونية الحيوية والمتوفرة بكثرة في الطبيعة".
يعتبر تطوير مستشعرات الرطوبة لتصبح أكثر دقة وفعالية وذات استجابة سريعة أولوية بحثية، على الرغم من استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية كالرصد البيئي وإزالة الضباب في المركبات والتكنولوجيا القابلة للارتداء والخدمات اللوجستية الغذائية. وتعتبر البحوث التي تركز على استخدام المواد المستدامة والآمنة على البيئة في تطوير مستشعرات الرطوبة في غاية الأهمية.
وتقوم الإلكترونيات القابلة للارتداء في معظم الأحيان على مواد قادرة على استشعار الرطوبة موضوعة على ركائز مرنة تتضمن البوليميد والبوليمرات الأخرى، ولكن توجد بعض التحديات التي ترافق هذه الركائز تتمثل بخطر الانفصال أثناء عملية التركيب والذي يؤثر بدوره على أدائها، إضافة إلى المخاوف البيئية التي سببها أن العديد من المواد البوليمرية غير قابلة للتحلل الحيوي.
ويمكن أن تساهم المواد الآمنة على البيئة المستخدمة في تصنيع المستشعرات في التغلب على هذه التحديات من خلال التخفيف من الأثر البيئي وضمان فعالية الأداء.
تعتبر ألياف السليلوز مادة بوليمرية طبيعية متوفرة بشكل كبير وتتميز ببعض الخصائص التي تؤهلها لتكون مادة واعدة مستقبلًا، حيث أنها مادة مائية ذات استقرار ميكانيكي وغير قابلة للذوبان في الماء لكنها في نفس الوقت غير موصلة للكهرباء. لذلك، قام الفريق البحثي بدمج السليلوز مع أكسيد الغرافين المخفض، وهي مادة كربونية موصلة. وساهمت طريقة التصنيع الجديدة التي طورها الباحثون بتوسيع نطاق رصد الجهاز وفي تعزيز مرونته واستقراره، حيث أبدى الدمج ما بين مزيج ألياف السليلوز وأكسيد الغرافين دقة محسنة واستجابة سريعة للتغيرات في البيئة الرطبة.
قالت الدكتورة نهلة: “لقد استعنا بالورق العادي المستخدم في المكاتب والمصنوع أساسًا من السليلوز بهدف تعزيز الاستدامة، لا سيما أنه يمكن صنع الجهاز من ورق المكتب المعاد تدويره.
وأضافت: "توفر المواد الموصلة القائمة على الكربون قدرة إيصال عالية واستقرارًا لمستشعرات الرطوبة في الهياكل الورقية المركبة أو متعددة الطبقات. لذلك، قمنا باستخدام الغرافين والمواد القائمة على الكربون مع السليلوز، لكن حدثت بعض التصدعات في المواد الناتجة خلال عملية التركيب بسبب عدم توافق المواد الموصلة الصلبة مع الورق المرن. وفي هذا الصدد، طورنا طريقة جديدة لتصنيع مستشعرات الرطوبة المرنة والمستدامة دون الحاجة إلى مواد موصلة للكهرباء، حيث تُعتبر طريقتنا بسيطة وغير مكلفة نتج عنها جهاز استشعار ثلاثي الطبقات".
يذكر أن استراتيجية فريق جامعة خليفة تتميز بوضوحها وفعاليتها وقدرتها على إنتاج جهاز استشعار للرطوبة عالي الأداء وآمن على البيئة باستخدام ألياف السليلوز الورقية ومصفوفة أكسيد الغرافين ليتمكن من رصد مستويات الرطوبة في نفَس الإنسان ورصدها في البيئات المفتوحة، الأمر الذي يتيح الاستفادة منه في المؤسسات الصناعية الزراعية وأنظمة الرعاية الصحية.