ජීව විද්‍යාත්මක සම සහ එහි ක්‍රියාකාරිත්වය අනුකරණය කරන 'ඊ-සම'

නව වර්ගයක හැඩගැස්විය හැකි, ස්වයං-සුව කිරීමේ සහ සම්පූර්ණයෙන්ම ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කළ හැකි “ඉලෙක්ට්‍රොනික සම” සොයා ගැනීම සෞඛ්‍ය නිරීක්ෂණ, රොබෝ විද්‍යාව, කෘත්‍රීම හා වැඩිදියුණු කළ ජෛව වෛද්‍ය උපාංග සඳහා පුළුල් යෙදුම් ඇත.

ප්රකාශයට පත් කළ අධ්යයනය විද්යා අත්තිකාරම් මිනිසා හා සසඳන විට සුමට බව, ස්වයං-සුව කිරීම සහ සම්පූර්ණ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය ඇතුළු ගුණාංග රාශියක් ඇති නව ඉලෙක්ට්‍රොනික සමක් (හෝ සරලව ඊ-සමක්) ප්‍රදර්ශනය කරයි. සම¹.අපේ විශාලතම ඉන්ද්‍රිය වන සම යනු පිටතින් බලන විට මාංසමය ආවරණයයි. අපගේ සම යනු ජලයට ඔරොත්තු නොදෙන, පරිවරණය කරන පලිහක් ලෙස ක්‍රියා කරන ඉතා බහුකාර්ය ඉන්ද්‍රියයක් වන අතර විවිධ බාහිර අනතුරු හෝ සාධක වලින් අපගේ ශරීරය ආරක්ෂා කරයි. සමේ සමහර කාර්යයන් වන්නේ ශරීර උෂ්ණත්වය නියාමනය කිරීම, විෂ ද්‍රව්‍ය ගැනීමෙන් ශරීරය ආරක්ෂා කිරීම සහ විෂ ද්‍රව්‍ය (දහඩිය සමඟ) බැහැර කිරීම, යාන්ත්‍රික හා ප්‍රතිශක්තිකරණ සහාය සහ තීරණාත්මක නිෂ්පාදනයයි. විටමින් ඩී අපගේ අස්ථි සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. සම යනු මොළය සමඟ ක්ෂණිකව සන්නිවේදනය කිරීමට ප්‍රමාණවත් ස්නායු සහිත විශාල සංවේදකයකි.

ලොව පුරා සිටින පර්යේෂකයන් පැළඳිය හැකි විවිධ වර්ග සහ ප්‍රමාණයන් සංවර්ධනය කිරීමට කටයුතු කරමින් සිටිති ඊ-සම' අනුකරණය කිරීමට උත්සාහ කිරීමේ අරමුණින් ජීව විද්යාත්මක සම සහ එහි විවිධ කාර්යයන්. මෘදු සහ වක්‍රාකාර මිනිස් සම සමඟ බාධාවකින් තොරව ඒකාබද්ධ වීම සඳහා නම්‍යශීලී සහ දිගු කළ හැකි උපාංග සඳහා දැඩි අවශ්‍යතාවයක් පවතී. නැනෝ පරිමාණය (10^-9m) සාමාන්‍යයෙන් පෙර භාවිතා කර ඇති දෘඩ සිලිකන් වෙනුවට අවශ්‍ය යාන්ත්‍රික සහ විද්‍යුත් බහුකාර්යතාව ද්‍රව්‍ය මගින් සැපයිය හැක. ඇමරිකා එක්සත් ජනපදයේ කොලරාඩෝ, බෝල්ඩර් විශ්ව විද්‍යාලයේ ආචාර්ය ජියැන්ලියැන්ග් ෂියාඕ ප්‍රමුඛ කණ්ඩායම, මිනිස් සමේ සංවේදී ස්පර්ශය රොබෝවරුන්ට සහ කෘත්‍රිම යන්ත්‍රවලට පරිවර්තනය කිරීමේ අරමුණින් කෘත්‍රිම ඉලෙක්ට්‍රොනික සමක් (e-skin) සාර්ථකව නිපදවා ඇත. මෙම උත්සාහය අනාගතයේදී වෛද්‍ය, විද්‍යාත්මක සහ ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රවල විශාල විභවයක් සහ වටිනාකමක් ඇති “ඇඳගත හැකි” තාක්‍ෂණයක් ඇති කිරීමේ දිශාවට ය.

ඊ-සම: ස්වයං-සුව කිරීම සහ ප්රතිචක්රීකරණය කළ හැකි

ඊ-සම යනු සිහින්, විනිවිද පෙනෙන ද්‍රව්‍යයකි නවකතාවයි යාන්ත්‍රික ශක්තිය, රසායනික ස්ථායීතාවය සහ විද්‍යුත් සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා රිදී නැනෝ අංශු සමඟ මිශ්‍ර කර ඇති පොලිමයින් නම් සහසංයුජ බන්ධිත ගතික බහු අවයවක ජාලයේ වර්ගය. මෙම ඊ-සමෙහි පීඩනය, උෂ්ණත්වය, ආර්ද්‍රතාවය සහ වායු ප්‍රවාහය මැනීමට සංවේදක ද තැන්පත් කර ඇත. මෙම විද්‍යුත් සම ඉතා කැපී පෙනෙන ලෙස සලකනු ලබන්නේ එය මිනිස් සමට අතිශයින් සමීප අනුකරණයක් බවට පත් කරන බොහෝ විශේෂාංග සමඟින් සංස්ථාගත කර ඇති බැවිනි. එය ඉතා මෘදු වන අතර අධික ආතතීන් හඳුන්වා නොදී මධ්‍යස්ථ තාපය හා පීඩනය යෙදීමෙන් වක්‍ර මතුපිටට (උදා: මිනිස් අත් සහ පාද, රොබෝ අත්) පහසුවෙන් සැකසිය හැක. එහි විස්මිත ස්වයං-සුව කිරීමේ ගුණ ඇති අතර, බාහිර තත්වයක් නිසා සිදුවන ඕනෑම කැපුමක් හෝ හානියක් මත, විද්‍යුත් සම වෙන් වූ පැති දෙක අතර රසායනික බන්ධන ප්‍රතිනිර්මාණය කර එහි නිසි ක්‍රියාකාරීත්වය සඳහා අනුකෘතිය ප්‍රතිෂ්ඨාපනය කර එහි මුල් බන්ධන තත්ත්වයට නැවත පැමිණේ.

කිසියම් හේතුවක් නිසා මෙම විද්‍යුත් සම භාවිතයට ගත නොහැකි තත්ත්වයට පත් වුවහොත්, එය දැනට පවතින විද්‍යුත් සම ද්‍රව්‍ය “ද්‍රවීකරණය” කර එය “ද්‍රවීකරණය” කරන ප්‍රතිචක්‍රීකරණ ද්‍රාවණයක තැබීමෙන් සම්පූර්ණයෙන්ම ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කර නවතම විද්‍යුත් සමක් බවට පත් කළ හැකිය. නව" ඊ-සම. මෙම ප්‍රතිචක්‍රීකරණ ද්‍රාවණය - එතනෝල්හි වාණිජමය වශයෙන් ලබා ගත හැකි රසායනික සංයෝග තුනක මිශ්‍රණයක් - ද්‍රාවණයේ පතුලේ ඇති පොලිමර් හා රිදී නැනෝ අංශු ගිලී යයි. නව ක්‍රියාකාරී විද්‍යුත් සමක් සෑදීමට මෙම දිරාපත් වූ බහුඅවයව නැවත භාවිතා කළ හැක. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී ලබා ගත හැකි මෙම ස්වයං-සුව කිරීම සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීම භාවිතා කරන බහුඅවයවයේ රසායනික බන්ධනයට හේතු වේ. බහු අවයවික පොලිමයින් ජාලයේ ඇති වාසිය නම් හරස්-සම්බන්ධිත බහු අවයවික ජාල තුළ ඇති ආපසු හැරවිය නොහැකි බන්ධන නිසා නැවත හැඩගැස්වීමට හෝ නැවත සැකසීමට හෝ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමට නොහැකි බොහෝ සාම්ප්‍රදායික තාප ස්ථාය ද්‍රව්‍ය මෙන් නොව එහි ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි සහ කැඩී ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කළ හැකි වීමයි. මෙය මිනිස් සමට වඩා ශක්තිමත් වන අතර එය ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට වඩා වැඩි දියුණු කිරීමක් ලෙස භාවිතා කළ හැකිය. එය ස්පර්ශ කිරීමටද ප්‍රසන්න වන අතර අනාගතයේදී එය ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල ආවරණ කාරකයක් බවට පත් කළ හැකි සැබෑ සමක් මෙන් දැනේ.

විද්‍යුත් සමෙහි පරිසර හිතකාමී සහ අඩු වියදම් ගුණයන් ප්‍රශංසාවට ලක්ව ඇති අතර එවැනි විද්‍යුත් සම මගින් ඉලෙක්ට්‍රොනික අපද්‍රව්‍ය සහ පාරිසරික බලපෑම් විශාල ලෙස අඩු කළ හැකි අතර විවිධ ක්ෂේත්‍රවල නිෂ්පාදකයින් අතර බෙහෙවින් භාවිත කළ හැකි සහ ජනප්‍රිය විය හැකිය. මේ මොහොතේ එය දුරදිග ගොස් ඇති බවක් පෙනෙන්නට තිබුණත්, මෙම නැවත භාවිත කිරීමේ තාක්ෂණය පැරණි ඉලෙක්ට්‍රොනික භාණ්ඩ සඳහාද ඒ හා සමානව යෙදිය හැකිය. ඇත්ත වශයෙන්ම, නවීන දින යෝග්‍යතා ලුහුබැඳීම් සහ සෞඛ්‍ය නිරීක්ෂකයන් වරක් හානියට පත් වූ විට වැඩිවන ඊ-අපද්‍රව්‍ය සංයෝග පරිසරය ආශ්‍රිත ගැටලු වැඩි වේ. විද්‍යුත් සම අපගේ ගෙලෙහි හෝ මැණික් කටුවෙහි පැළඳිය හැකි අතර මේවා නම්‍යශීලී පැළඳිය හැකි හෝ තාවකාලික ටැටූ වැනි විය හැකි අතර ඒවාට හානි වූ විට ඒවා ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කර නැවත භාවිත කළ හැක. ඊ-සම නම්‍යශීලී බැවින් එය නැමී ඇඹරීමට හැකි අතර එය පැළඳ සිටින පුද්ගලයාට අනුව රිසිකරණය කළ හැකිය. තාක්ෂණය බුද්ධිමතුන්ට මංපෙත් විවර කරයි රොබෝ විද්‍යාව එහිදී එවැනි ප්‍රසන්න සහ සුවපහසු ඉලෙක්ට්‍රොනික සමක් රොබෝවරයෙකුගේ හෝ කෘත්‍රිම අවයවයක සිරුර වටා ඔතා ගත හැක. විස්තාරනය කිරීම සඳහා, මෙම ඉලෙක්ට්‍රොනික සමෙහි ඔතා ඇති කෘතිම අතක් හෝ පාදයක් එහි ඇතුළත් කර ඇති බහු සංවේදක නිසා උෂ්ණත්වය සහ පීඩන වෙනස්වීම් වලට ප්‍රතිචාර දැක්වීමට පළඳින්නාට ඉඩ දිය හැකිය. එවැනි විද්‍යුත් සමක් සවි කර ඇති රොබෝ අත් හෝ පාද මගින් රොබෝවරුන්ට මිනිසුන් කෙරෙහි වඩාත් සියුම් ලෙස ක්‍රියා කිරීමට සහ වඩාත් ආරක්ෂිත සහ විශ්වාසදායක වීමට හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, ළදරුවෙකු හෝ බිඳෙනසුලු වයෝවෘද්ධයෙකු හසුරුවන රොබෝවරයෙකුට විද්‍යුත් සම සවි කළ හැකි අතර එමඟින් රොබෝවරයා අධික බලයක් යොදන්නේ නැත. ඊ-සමෙහි තවත් යෙදුමක් අනතුරුදායක පරිසරයක හෝ ඉහළ අවදානම් සහිත රැකියා විය හැකිය. පුපුරන ද්‍රව්‍ය කර්මාන්තයේ හෝ වෙනත් අනතුරුදායක වැඩ වලදී, මිනිස් භෞතික අන්තර්ක්‍රියාකාරිත්වයකින් තොරව ඕනෑම මෙහෙයුමක් සක්‍රීය කරන අතථ්‍ය බොත්තම්, පාලන හෝ දොරවල් සමඟ මෙම තාක්‍ෂණය භාවිතා කළ හැකි බව පිළිගත හැකිය, එබැවින් මෙම විද්‍යුත් සමට අවස්ථා අඩු කිරීමට හැකි වේ. ඕනෑම මිනිස් තුවාලයක්.

ඊ-සමට සංදර්ශකය එක් කිරීම

ටෝකියෝ විශ්ව විද්‍යාලයේ පර්යේෂකයන් කණ්ඩායමක් මෑතකදී සංදර්ශණයක් එක් කර ඇත²(ක්ෂුද්‍ර-LED) සිට අල්ට්‍රාතින් දක්වා, විවිධ සෞඛ්‍ය නිරීක්ෂණ සලකුණු තත්‍ය කාලීනව ප්‍රදර්ශනය කිරීමට (උදා: දියවැඩියා රෝගීන්ගේ ග්ලූකෝස් මට්ටම් මැනීම හෝ හෘදයේ විද්‍යුත් හෘද රෝග සටහනක චලනය වන තරංග ආකාරය රෝගියා) මෙම පැච් වල දිග හැරිය හැකි වයරින් එකක් ඇති අතර එම නිසා එය පළඳින්නාගේ චලනය මත පදනම්ව 45 ප්‍රතිශතයක් දක්වා නැමීමට හෝ දිගු විය හැක. මේවා මෑත කාලයේ වඩාත්ම නම්‍යශීලී සහ කල් පවතින මෝස්තරයක් ලෙස සැලකේ. මිනිස් සමේ සෛල අඛණ්ඩව වැගිරීමෙන් අදහස් කරන්නේ දින කිහිපයකට පසු පැල්ලම ගැලවී යා හැකි නමුත් මෙය ක්‍රියාත්මක කළ හැකි බවයි.

මහාචාර්ය ටකාඕ සෝමෙයා විසින් මෙහෙයවන ලද මෙම අධ්‍යයනයෙන් කියැවෙන්නේ රෝගීන්ට පමණක් නොව පවුලේ සාමාජිකයින්ට, උපස්ථාන කරන්නන්ට සහ සෞඛ්‍ය වෘත්තිකයන්ට පෞද්ගලිකව හෝ පවා වෛද්‍ය තොරතුරු බාධාවකින් තොරව කියවීමට සහ සන්නිවේදනය කිරීමට එවැනි සංදර්ශණයක් අවසානයේ භාවිතා කළ හැකි බවයි. දුරස්ථව. එයට පණිවිඩ ද ලැබෙනු ඇත. පර්යේෂකයන්ගේ අරමුණ වන්නේ පැච් එකේ විශ්වසනීයත්වය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම, එය වඩා ලාභදායී කිරීම සහ ලොව පුරා පුළුල් පරාසයක් සඳහා එහි නිෂ්පාදනය වැඩි කිරීමයි. 2020 වසර අවසන් වන විට මෙම උපාංගය වෙළඳපොලට නිකුත් කිරීම ඔවුන්ගේ අරමුණයි.

ඉදිරි අභියෝග

විද්‍යුත් සමෙහි වර්ධනය ඉතා උද්වේගකර නව පර්යේෂණයකි, කෙසේ වෙතත්, අපගේ නම්‍යශීලී බව සහ දිගු කිරීමේ හැකියාවෙහි මූලික ගුණාංගයන්ගෙන් එකක් වන විද්‍යුත් සම මගින් තවමත් සාර්ථක ලෙස සාක්ෂාත් කර ගෙන නොමැත. ඊ-සම මෘදු නමුත් මිනිස් සම තරම් දිගු නොවේ. කතුවරුන්ට අනුව, පවතින පරිදි ද්‍රව්‍ය ඉතා පහසුවෙන් ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කළ නොහැක. නැවුම් මොඩියුලයකට සාපේක්ෂව පුනරුත්ථාපනය කරන ලද/ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කරන ලද විද්‍යුත් සම උපාංගයක සමස්ත සංවේදන ක්‍රියාකාරිත්වයේ සුළු අඩුවීමක් දක්නට ලැබුණි, වැඩිදුර පර්යේෂණ සමඟ මෙය සම්පූර්ණයෙන් විසඳාගත යුතුය. විද්‍යුත් හම් භාවිතා කරන චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ද තරමක් ඉහළ වන අතර ඒවා පරිමාණය කළ යුතුය. දැනට උපාංගය බලගන්වන්නේ බාහිර මූලාශ්‍රයකින් වන අතර එය ඉතා ප්‍රායෝගික නැත, නමුත් ඒ වෙනුවට උපාංගය බල ගැන්වීම සඳහා නැවත ආරෝපණය කළ හැකි කුඩා බැටරි තිබිය යුතුය. Dr.Xiao සහ ඔහුගේ කණ්ඩායමට මෙම නිෂ්පාදනය පිරිපහදු කිරීමට සහ පරිමාණ විසඳුම වැඩිදියුණු කිරීමට අවශ්‍ය වන අතර එමඟින් අවම වශයෙන් ආර්ථික බාධාවන් ඉක්මවා යා හැකි අතර මෙම ඊ-සම රොබෝවරුන් හෝ කෘත්‍රිම උපකරණ හෝ වෛද්‍ය උපකරණ හෝ වෙනත් ඕනෑම දෙයක් නිෂ්පාදනය කිරීමට සහ තැබීමට පහසු විය යුතුය.

***

ප්‍රභවය (ය)

1. Zou Z et al. 2018. ගතික සහසංයුජ තර්මොසෙට් නැනෝකොම්පොසිට් මගින් සක්‍රීය කරන ලද නැවත සුව කළ හැකි, සම්පූර්ණයෙන්ම ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කළ හැකි සහ සුමට ඉලෙක්ට්‍රොනික සම. විද්යා අත්තිකාරම්. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Ultraflexible On-Skin Sensors සමඟ අඛණ්ඩ සෞඛ්‍ය-අධීක්ෂණය. AAAS වාර්ෂික රැස්වීම් සම්මන්ත්‍රණය, ඔස්ටින්, ටෙක්සාස්, 17 පෙබරවාරි 2018. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. යොකෝටා ටී. සහ තවත් අය. අතිශය නම්‍යශීලී කාබනික ෆෝටෝනික් සම. විද්‍යා දියුණුව. 15 අප්‍රේල් 2016. වෙළුම 2, කලාපය 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***