28 يناير 2024
(أضواء Nanowerk) تعد أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء بتتبع صحي مستمر وشخصي يتجاوز الزيارات السريرية. لكن معظم الأجهزة اليوم لا تزال لديها تصميمات ثابتة تستهدف تطبيقات فردية، وتفتقر إلى التنوع لتلبية احتياجات المستخدمين المتغيرة. الآن، تقرير الباحثين في المواد المتقدمة ("مركب الجرافين النانوي المغناطيسي الصلب للإلكترونيات الناعمة متعددة الوسائط والقابلة لإعادة التشكيل") أجهزة استشعار الجرافين ذاتية التجميع مغناطيسيًا والتي يمكن أن تتيح الرؤية التي طال انتظارها للإلكترونيات المعيارية القابلة للارتداء والقابلة لإعادة التشكيل والمخصصة للأفراد. يشكل تحقيق التوازن بين الخواص الكهربائية المناسبة والخصائص الميكانيكية المتوافقة حيويًا تحديًا دائمًا لتطوير الأجهزة القابلة للارتداء. يتم تحسين دقة التشخيص وتعدد الاستخدامات باستخدام أجهزة استشعار دقيقة وقابلة للتكيف. ومع ذلك، فإن عوامل الشكل الناعمة التي تتجنب تهيج الجلد غالبًا ما تتعارض مع متطلبات المكونات القابلة للتعديل وعالية الأداء مثل المغناطيس الصلب. وقد ضحت المحاولات السابقة القابلة للارتداء القابلة لإعادة التشكيل بقدرات الاستشعار أو موثوقية الاتصال البيني مقارنة بالأجهزة ذات الاستخدام الواحد بسبب هذه المقايضات. لكن الدراسة الجديدة توضح أن مركبات الجرافين النانوية المغناطيسية تعزز دقة المستشعر مع تمكين التجميع الذاتي الموثوق به - حيث تجمع بين أفضل جوانب كل من أجهزة الاستشعار الحيوية المرنة والإلكترونيات القابلة للتخصيص. لقد جعلت التطورات الحديثة في المواد جهاز الحلم أقرب إلى الواقع. الجرافين الموصلية العالية والتوافق الحيوي تجعلها مادة استشعار أساسية مثيرة للاهتمام للإلكترونيات المثبتة على الجلد. ومن خلال المسام التي تحفز الليزر في فيلم الجرافين، أنشأ الباحثون شبكة مرنة موصلة مناسبة تمامًا لطرائق الاستشعار المتنوعة بما في ذلك التفاعلات الكهروكيميائية، وإشارات الفيزيولوجيا الكهربية مثل تخطيط القلب، والتغيرات في درجات الحرارة. ويكمن الابتكار في تعزيز فيلم الاستشعار هذا بجزيئات مغناطيسية صلبة للتجميع الذاتي. يؤدي "مركب الجرافين النانوي المغناطيسي" (HMGN) الناتج إلى تحسينات في أداء المستشعر مع تمكين الاتصالات القابلة للعكس والقابلة لإعادة التكوين.
أ) رسم تخطيطي للإلكترونيات الناعمة القابلة لإعادة التشكيل في مركب الجرافين النانوي المغناطيسي. ب) طريقة تصنيع المنشطات الجرافين المسامية مع ندفيب. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) في تجاربهم، أثبت الباحثون أن زيادة طبقة الجرافين المسامية بالجزيئات المغناطيسية تعزز بشكل كبير قدرات الاستشعار. أظهرت الاختبارات أن مركب الجرافين النانوي المغناطيسي يحسن دقة الاستشعار للأيضات مثل حمض البوليك والبيريدوكسين بنسبة 70% ويقلل ممانعات الاستشعار الكهربية بنسبة 87% مقارنة بالجرافين المسامي وحده. على سبيل المثال، أظهرت مستشعرات حمض اليوريك زيادة في الحساسية من 29.6 إلى 8 nA/ميكرومتر-1 بعد المنشطات المغناطيسية. وفي الوقت نفسه، زادت أجهزة استشعار درجة الحرارة من حساسيتها من 0.14 إلى 0.22% درجة مئوية-1. كما أدى الجرافين المخدر مغناطيسيًا إلى خفض ممانعات الاستشعار الكهربية بنسبة 87% - من 37.96 كيلو أوم إلى 4.73 كيلو أوم عند ترددات 1 كيلو هرتز. والأهم من ذلك، أن المجالات المغناطيسية تسمح لأغشية HMGN بالالتحام معًا لتكوين توصيلات كهربائية موثوقة بدون لحام أو مواد لاصقة. تنظم المجالات المغناطيسية المطبقة المجالات المغناطيسية العشوائية في أقطاب شمالية جنوبية متوازية تشبه المغناطيس الشريطي. تنجذب الأقطاب المتقابلة إلى مستشعرات HMGN المعيارية ذاتية التجميع على ركيزة مرنة في تخطيطات محددة من قبل المستخدم. اختبر الباحثون هذا المفهوم من خلال تصنيع مجموعة من 16 قطبًا كهربائيًا لاستشعار المعاوقة في HMGN. بناءً على الأمر، يتم فصل الأقطاب الكهربائية المربعة وإعادة تجميعها في أشكال دائرية ومثلثة لرسم خريطة لهندسة الأنسجة التالفة. في تجارب أخرى، تم تبديل مستشعرات HMGN الفردية على الركيزة لتكييف حساسية الجهاز والتغطية المكانية وطرائق الاستشعار مثل تركيزات المنحل بالكهرباء وإشارات تخطيط القلب ودرجة الحرارة. قام الفريق بدمج أجهزة استشعار لأيونات الصوديوم والكلوريد وحمض البوليك على منصة لمراقبة فقدان إلكتروليتات العرق أثناء التمرين. بعد جمع البيانات، تم فصل المستشعرات بحيث يمكن استبدالها بأجهزة جديدة لتخطيط القلب ودرجة الحرارة لقياس استجابة القلب والأوعية الدموية، مما يدل على إمكانات HMGN للإلكترونيات الفعالة متعددة الوظائف التي يمكن ارتداؤها. يمكن لمثل هذه الأجهزة المعيارية المرنة أن تقدم تشخيصات وعلاجات شخصية مصممة خصيصًا للمرضى والسياقات الفردية. إن التتبع المستمر للعلامات الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية خارج البيئات السريرية يعد أيضًا بتحويل الطب نحو الرعاية الوقائية بدلاً من الأساليب التفاعلية. يتضمن المسار للأمام تعزيز التوافق الحيوي لـ HMGN مع المزيد من مواقع الجسم وتمديد أنواع أجهزة الاستشعار لظروف مثل الجلوكوز والرطوبة والإجهاد. في حين أن الإلكترونيات المجمعة ذاتيًا مغناطيسيًا تقدم إمكانية إعادة تشكيل واعدة، فإن المبادلة اليدوية لا تزال تحد من تكيفات الأجهزة السريعة مع سيناريوهات متعددة خلال فترات زمنية قصيرة. تمثل الأنظمة المتكاملة تمامًا التي تعيد ترتيب أجهزة استشعار التوصيل والتشغيل المعيارية تلقائيًا استجابةً للمدخلات السياقية وأنماط الاستخدام الحدود التالية. ومع ذلك، فإن هذا الإنجاز يساعد على تحقيق رؤية الأجهزة الذكية القابلة للارتداء والتي تعمل على تحسين الصحة من خلال التكيف مع الاحتياجات المتغيرة لكل مستخدم. تمهد مركبات الجرافين النانوية المغناطيسية المستحثة بالليزر الطريق نحو إلكترونيات متعددة الوظائف قابلة للتخصيص والتي تراقب باستمرار الرفاهية على مدار الساعة عبر الأنشطة اليومية. إن النهج المعياري القابل للعكس الذي تم تطويره هنا يجعل حلم الطب الشخصي والوقائي والتشاركي أقرب.
أ) رسم تخطيطي للإلكترونيات الناعمة القابلة لإعادة التشكيل في مركب الجرافين النانوي المغناطيسي. ب) طريقة تصنيع المنشطات الجرافين المسامية مع ندفيب. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) في تجاربهم، أثبت الباحثون أن زيادة طبقة الجرافين المسامية بالجزيئات المغناطيسية تعزز بشكل كبير قدرات الاستشعار. أظهرت الاختبارات أن مركب الجرافين النانوي المغناطيسي يحسن دقة الاستشعار للأيضات مثل حمض البوليك والبيريدوكسين بنسبة 70% ويقلل ممانعات الاستشعار الكهربية بنسبة 87% مقارنة بالجرافين المسامي وحده. على سبيل المثال، أظهرت مستشعرات حمض اليوريك زيادة في الحساسية من 29.6 إلى 8 nA/ميكرومتر-1 بعد المنشطات المغناطيسية. وفي الوقت نفسه، زادت أجهزة استشعار درجة الحرارة من حساسيتها من 0.14 إلى 0.22% درجة مئوية-1. كما أدى الجرافين المخدر مغناطيسيًا إلى خفض ممانعات الاستشعار الكهربية بنسبة 87% - من 37.96 كيلو أوم إلى 4.73 كيلو أوم عند ترددات 1 كيلو هرتز. والأهم من ذلك، أن المجالات المغناطيسية تسمح لأغشية HMGN بالالتحام معًا لتكوين توصيلات كهربائية موثوقة بدون لحام أو مواد لاصقة. تنظم المجالات المغناطيسية المطبقة المجالات المغناطيسية العشوائية في أقطاب شمالية جنوبية متوازية تشبه المغناطيس الشريطي. تنجذب الأقطاب المتقابلة إلى مستشعرات HMGN المعيارية ذاتية التجميع على ركيزة مرنة في تخطيطات محددة من قبل المستخدم. اختبر الباحثون هذا المفهوم من خلال تصنيع مجموعة من 16 قطبًا كهربائيًا لاستشعار المعاوقة في HMGN. بناءً على الأمر، يتم فصل الأقطاب الكهربائية المربعة وإعادة تجميعها في أشكال دائرية ومثلثة لرسم خريطة لهندسة الأنسجة التالفة. في تجارب أخرى، تم تبديل مستشعرات HMGN الفردية على الركيزة لتكييف حساسية الجهاز والتغطية المكانية وطرائق الاستشعار مثل تركيزات المنحل بالكهرباء وإشارات تخطيط القلب ودرجة الحرارة. قام الفريق بدمج أجهزة استشعار لأيونات الصوديوم والكلوريد وحمض البوليك على منصة لمراقبة فقدان إلكتروليتات العرق أثناء التمرين. بعد جمع البيانات، تم فصل المستشعرات بحيث يمكن استبدالها بأجهزة جديدة لتخطيط القلب ودرجة الحرارة لقياس استجابة القلب والأوعية الدموية، مما يدل على إمكانات HMGN للإلكترونيات الفعالة متعددة الوظائف التي يمكن ارتداؤها. يمكن لمثل هذه الأجهزة المعيارية المرنة أن تقدم تشخيصات وعلاجات شخصية مصممة خصيصًا للمرضى والسياقات الفردية. إن التتبع المستمر للعلامات الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية خارج البيئات السريرية يعد أيضًا بتحويل الطب نحو الرعاية الوقائية بدلاً من الأساليب التفاعلية. يتضمن المسار للأمام تعزيز التوافق الحيوي لـ HMGN مع المزيد من مواقع الجسم وتمديد أنواع أجهزة الاستشعار لظروف مثل الجلوكوز والرطوبة والإجهاد. في حين أن الإلكترونيات المجمعة ذاتيًا مغناطيسيًا تقدم إمكانية إعادة تشكيل واعدة، فإن المبادلة اليدوية لا تزال تحد من تكيفات الأجهزة السريعة مع سيناريوهات متعددة خلال فترات زمنية قصيرة. تمثل الأنظمة المتكاملة تمامًا التي تعيد ترتيب أجهزة استشعار التوصيل والتشغيل المعيارية تلقائيًا استجابةً للمدخلات السياقية وأنماط الاستخدام الحدود التالية. ومع ذلك، فإن هذا الإنجاز يساعد على تحقيق رؤية الأجهزة الذكية القابلة للارتداء والتي تعمل على تحسين الصحة من خلال التكيف مع الاحتياجات المتغيرة لكل مستخدم. تمهد مركبات الجرافين النانوية المغناطيسية المستحثة بالليزر الطريق نحو إلكترونيات متعددة الوظائف قابلة للتخصيص والتي تراقب باستمرار الرفاهية على مدار الساعة عبر الأنشطة اليومية. إن النهج المعياري القابل للعكس الذي تم تطويره هنا يجعل حلم الطب الشخصي والوقائي والتشاركي أقرب.
By
مايكل
بيرجر
- مايكل مؤلف لثلاثة كتب للجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر ©
نانويرك ذ
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64522.php
