28 Ocak 2024
(Nanowerk Gündemi) Giyilebilir sensörler, klinik ziyaretlerin ötesinde sürekli, kişiselleştirilmiş sağlık takibi vaat ediyor. Ancak günümüzde çoğu cihaz hâlâ tek uygulamaları hedefleyen sabit tasarımlara sahiptir ve kullanıcıların değişen ihtiyaçlarını karşılayacak çok yönlülükten yoksundur. Şimdi araştırmacılar rapor veriyor Gelişmiş malzemeler (“Multimodal, Yeniden Yapılandırılabilir Yumuşak Elektronikler için Sert Manyetik Grafen Nanokompozit”) bireylere göre özelleştirilmiş modüler, yeniden yapılandırılabilir giyilebilir elektroniklerin uzun süredir aranan vizyonunu mümkün kılabilecek, manyetik olarak kendi kendine birleşen grafen sensörleri. Uygun elektriksel özellikleri biyouyumlu mekanik özelliklerle dengelemek, giyilebilir cihazların geliştirilmesinde kalıcı bir zorluk teşkil etmektedir. Hassas, uyarlanabilir sensörlerle teşhis doğruluğu ve çok yönlülük artar. Ancak cildin tahriş olmasını önleyen yumuşak form faktörleri, sert mıknatıslar gibi ayarlanabilir, yüksek performanslı bileşen gereksinimleriyle sıklıkla çelişir. Önceki yeniden yapılandırılabilir giyilebilir girişimler, bu ödünleşimler nedeniyle, tek kullanımlık cihazlarla karşılaştırıldığında algılama yeteneklerinden veya ara bağlantı güvenilirliğinden ödün vermişti. Ancak yeni çalışma, hem esnek biyosensörlerin hem de özelleştirilebilir elektroniklerin en iyi yönlerini birleştirerek, güvenilir kendi kendine montajı mümkün kılarken, sensör hassasiyetini artıran manyetik grafen nanokompozitlerini gösteriyor. Malzemelerdeki son gelişmeler rüyadaki cihazı gerçeğe yaklaştırdı. Grafen yüksek iletkenlik ve biyouyumluluk, onu cilde monte elektronikler için ilgi çekici bir temel algılama malzemesi haline getiriyor. Araştırmacılar, bir grafen filmdeki gözenekleri lazerle uyararak, elektrokimyasal reaksiyonlar, EKG gibi elektrofizyoloji sinyalleri ve sıcaklık değişiklikleri dahil olmak üzere çeşitli algılama yöntemlerine uygun, esnek, iletken bir ağ oluşturdular. Yenilik, bu algılama filminin kendi kendine birleşebilmesi için sert manyetik parçacıklarla güçlendirilmesinde yatmaktadır. Ortaya çıkan "manyetik grafen nanokompozit" (HMGN), tersinir, yeniden yapılandırılabilir bağlantılara olanak tanırken sensör performansında iyileştirmeler sağlar.
a) Manyetik grafen nanokompozitindeki yeniden yapılandırılabilir yumuşak elektroniklerin şematik gösterimi. b) Gözenekli grafenin NdFeB ile katkılanmasının imalat yöntemi. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Deneylerinde araştırmacılar, gözenekli grafen filmin manyetik parçacıklarla güçlendirilmesinin sensör yeteneklerini önemli ölçüde artırdığını gösterdi. Testler, manyetik grafen nanokompozitinin, ürik asit ve piridoksin gibi metabolitler için sensör hassasiyetini %70 artırdığını ve tek başına gözenekli grafene kıyasla elektrofizyolojik algılama empedanslarını %87 oranında azalttığını gösterdi. Örneğin ürik asit sensörleri 29.6'dan 8 nA/μM'ye yükselen hassasiyet sergiledi-1 Manyetik dopingden sonra. Bu arada sıcaklık sensörleri hassasiyetini %0.14'ten %0.22 °C'ye çıkardı.-1. Manyetik katkılı grafen ayrıca elektrofizyolojik algılama empedanslarını %87 oranında azalttı; 37.96 kHz frekanslarda 4.73 kΩ'dan 1 kΩ'a. En önemlisi, manyetik alanlar HMGN filmlerinin lehim veya yapıştırıcı olmadan güvenilir elektrik bağlantıları oluşturacak şekilde bir araya gelmesini sağlar. Uygulanan manyetik alanlar, gelişigüzel manyetik alanları, çubuk mıknatıslara benzer şekilde hizalanmış kuzey-güney kutupları halinde düzenler. Karşıt kutuplar, esnek bir alt tabaka üzerinde kullanıcı tanımlı düzenler halinde kendiliğinden monte edilen modüler HMGN sensörlerini çeker. Araştırmacılar bu konsepti HMGN'de 16 empedans algılayıcı elektrot dizisi üreterek test ettiler. Komut üzerine kare elektrotlar, hasarlı doku geometrilerini haritalandırmak için daire ve üçgen şekillerine ayrılıp yeniden birleştirildi. Diğer deneylerde, tek HMGN sensörlerinin bir alt tabaka üzerinde değiştirilmesi, cihazın hassasiyetini, uzaysal kapsama alanını ve elektrolit konsantrasyonları, EKG sinyalleri ve sıcaklık gibi algılama yöntemlerini uyarladı. Ekip, egzersiz sırasında terdeki elektrolit kaybını izlemek için sodyum, klorür ve ürik asit iyonlarına yönelik sensörleri bir platforma entegre etti. Veri toplandıktan sonra sensörler çıkarıldı ve böylece EKG ve sıcaklık için yeni sensörler, kardiyovasküler tepkiyi ölçmek üzere bunların yerini alabildi; bu da HMGN'nin etkili, çok işlevli giyilebilir elektronikler konusundaki potansiyelini ortaya koydu. Bu tür esnek, modüler cihazlar, bireysel hastalara ve koşullara göre kişiselleştirilmiş teşhis ve tedavileri geliştirebilir. Biyofiziksel ve biyokimyasal belirteçlerin klinik ortamlar dışında sürekli izlenmesi, tıbbın reaktif yaklaşımlar yerine koruyucu bakıma doğru kaymasını da vaat ediyor. İleriye giden yol, HMGN'nin daha fazla vücut konumu için biyouyumluluğunun arttırılmasını ve sensör türlerinin glikoz, nem ve zorlanma gibi koşullara göre genişletilmesini içerir. Manyetik olarak kendi kendine bir araya getirilen elektronikler umut verici bir yeniden yapılandırılabilirlik sunarken, manuel değiştirme hala kısa zaman aralıklarında birden fazla senaryoya hızlı cihaz adaptasyonunu sınırlıyor. Bağlamsal girdilere ve kullanım modellerine yanıt olarak modüler tak ve çalıştır sensörlerini otomatik olarak yeniden düzenleyen tam entegre sistemler, bir sonraki sınırı temsil ediyor. Bununla birlikte bu atılım, her kullanıcının değişen ihtiyaçlarına uyum sağlayarak sağlığı iyileştiren akıllı giyilebilir cihazlar vizyonunun gerçekleştirilmesine yardımcı oluyor. Lazer kaynaklı manyetik grafen nanokompozitleri, günlük aktivitelerde günün her saatinde refahı sürekli olarak izleyen, özelleştirilebilir çok işlevli elektroniklere giden yolu açıyor. Burada geliştirilen modüler, geri döndürülebilir yaklaşım, kişiselleştirilmiş, önleyici ve katılımcı tıp hayalini daha da yakınlaştırıyor.
a) Manyetik grafen nanokompozitindeki yeniden yapılandırılabilir yumuşak elektroniklerin şematik gösterimi. b) Gözenekli grafenin NdFeB ile katkılanmasının imalat yöntemi. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Deneylerinde araştırmacılar, gözenekli grafen filmin manyetik parçacıklarla güçlendirilmesinin sensör yeteneklerini önemli ölçüde artırdığını gösterdi. Testler, manyetik grafen nanokompozitinin, ürik asit ve piridoksin gibi metabolitler için sensör hassasiyetini %70 artırdığını ve tek başına gözenekli grafene kıyasla elektrofizyolojik algılama empedanslarını %87 oranında azalttığını gösterdi. Örneğin ürik asit sensörleri 29.6'dan 8 nA/μM'ye yükselen hassasiyet sergiledi-1 Manyetik dopingden sonra. Bu arada sıcaklık sensörleri hassasiyetini %0.14'ten %0.22 °C'ye çıkardı.-1. Manyetik katkılı grafen ayrıca elektrofizyolojik algılama empedanslarını %87 oranında azalttı; 37.96 kHz frekanslarda 4.73 kΩ'dan 1 kΩ'a. En önemlisi, manyetik alanlar HMGN filmlerinin lehim veya yapıştırıcı olmadan güvenilir elektrik bağlantıları oluşturacak şekilde bir araya gelmesini sağlar. Uygulanan manyetik alanlar, gelişigüzel manyetik alanları, çubuk mıknatıslara benzer şekilde hizalanmış kuzey-güney kutupları halinde düzenler. Karşıt kutuplar, esnek bir alt tabaka üzerinde kullanıcı tanımlı düzenler halinde kendiliğinden monte edilen modüler HMGN sensörlerini çeker. Araştırmacılar bu konsepti HMGN'de 16 empedans algılayıcı elektrot dizisi üreterek test ettiler. Komut üzerine kare elektrotlar, hasarlı doku geometrilerini haritalandırmak için daire ve üçgen şekillerine ayrılıp yeniden birleştirildi. Diğer deneylerde, tek HMGN sensörlerinin bir alt tabaka üzerinde değiştirilmesi, cihazın hassasiyetini, uzaysal kapsama alanını ve elektrolit konsantrasyonları, EKG sinyalleri ve sıcaklık gibi algılama yöntemlerini uyarladı. Ekip, egzersiz sırasında terdeki elektrolit kaybını izlemek için sodyum, klorür ve ürik asit iyonlarına yönelik sensörleri bir platforma entegre etti. Veri toplandıktan sonra sensörler çıkarıldı ve böylece EKG ve sıcaklık için yeni sensörler, kardiyovasküler tepkiyi ölçmek üzere bunların yerini alabildi; bu da HMGN'nin etkili, çok işlevli giyilebilir elektronikler konusundaki potansiyelini ortaya koydu. Bu tür esnek, modüler cihazlar, bireysel hastalara ve koşullara göre kişiselleştirilmiş teşhis ve tedavileri geliştirebilir. Biyofiziksel ve biyokimyasal belirteçlerin klinik ortamlar dışında sürekli izlenmesi, tıbbın reaktif yaklaşımlar yerine koruyucu bakıma doğru kaymasını da vaat ediyor. İleriye giden yol, HMGN'nin daha fazla vücut konumu için biyouyumluluğunun arttırılmasını ve sensör türlerinin glikoz, nem ve zorlanma gibi koşullara göre genişletilmesini içerir. Manyetik olarak kendi kendine bir araya getirilen elektronikler umut verici bir yeniden yapılandırılabilirlik sunarken, manuel değiştirme hala kısa zaman aralıklarında birden fazla senaryoya hızlı cihaz adaptasyonunu sınırlıyor. Bağlamsal girdilere ve kullanım modellerine yanıt olarak modüler tak ve çalıştır sensörlerini otomatik olarak yeniden düzenleyen tam entegre sistemler, bir sonraki sınırı temsil ediyor. Bununla birlikte bu atılım, her kullanıcının değişen ihtiyaçlarına uyum sağlayarak sağlığı iyileştiren akıllı giyilebilir cihazlar vizyonunun gerçekleştirilmesine yardımcı oluyor. Lazer kaynaklı manyetik grafen nanokompozitleri, günlük aktivitelerde günün her saatinde refahı sürekli olarak izleyen, özelleştirilebilir çok işlevli elektroniklere giden yolu açıyor. Burada geliştirilen modüler, geri döndürülebilir yaklaşım, kişiselleştirilmiş, önleyici ve katılımcı tıp hayalini daha da yakınlaştırıyor.
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64522.php
