जैविक छाला र यसको कार्यहरूको नक्कल गर्ने 'ई-स्किन'

नयाँ प्रकारको निन्दनीय, आत्म-निको पार्ने र पूर्ण रूपमा पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने "इलेक्ट्रोनिक छाला" को खोजमा स्वास्थ्य अनुगमन, रोबोटिक्स, प्रोस्थेटिक्स र सुधारिएको बायोमेडिकल उपकरणहरूमा व्यापक अनुप्रयोगहरू छन्।

मा प्रकाशित एक अध्ययन विज्ञान उन्नति नयाँ इलेक्ट्रोनिक छाला (वा केवल ई-छाला) प्रदर्शन गर्दछ जसमा मानवसँग तुलना गर्दा निन्दनीयता, आत्म-निको पार्ने र पूर्ण पुन: प्रयोग योग्यता सहित गुणहरूको भीड हुन्छ। छाला¹छाला, हाम्रो सबैभन्दा ठूलो अंग, बाहिरबाट हेर्दा मासुको आवरण हो। हाम्रो छाला एक उच्च बहुमुखी अंग हो जसले पनरोक, इन्सुलेट ढालको रूपमा काम गर्दछ र हाम्रो शरीरलाई विभिन्न बाह्य खतराहरू वा कारकहरू जस्तै हानिकारक सूर्यबाट जोगाउँछ। छालाका केही कार्यहरू शरीरको तापक्रमको नियमन, विषाक्त पदार्थहरूको सेवनबाट शरीरको सुरक्षा र विषाक्त पदार्थहरू (पसिनासँगै), मेकानिकल र इम्युनोलोजिकल समर्थन र महत्त्वपूर्ण उत्पादनहरू हुन्। भिटामिन डी जुन हाम्रो हड्डी को लागी धेरै महत्त्वपूर्ण छ। छाला पनि मस्तिष्कसँग तुरुन्तै सञ्चार गर्न पर्याप्त स्नायुहरूसँग एक विशाल सेन्सर हो।

विश्वभरका अन्वेषकहरू विभिन्न प्रकारका र आकारका 'लगाउन मिल्ने' को विकासमा काम गरिरहेका छन् ई-स्किन' नक्कल गर्ने प्रयास गर्ने लक्ष्यको साथ जैविक छाला र यसको विभिन्न कार्यहरू। नरम र घुमाउरो मानव छालासँग सिमलेस एकीकरणको लागि लचिलो र तन्काउन मिल्ने यन्त्रहरूको कडा आवश्यकता छ। नानोस्केल (१०^-9m) सामग्रीहरूले आवश्यक मेकानिकल र विद्युतीय बहुमुखी प्रतिभा प्रदान गर्न सक्छ जुन कठोर सिलिकनलाई प्रतिस्थापन गर्दछ जुन सामान्यतया पहिले प्रयोग गरिएको थियो। युनिभर्सिटी अफ कोलोराडो, बोल्डर, संयुक्त राज्य अमेरिकाका डा. जियानलियाङ सियाओको नेतृत्वमा रहेको टोलीले मानव छालाको संवेदी स्पर्शलाई रोबोट र प्रोस्थेटिक्समा अनुवाद गर्ने लक्ष्यका साथ सफलतापूर्वक कृत्रिम इलेक्ट्रोनिक छाला (ई-स्किन) विकास गरेको छ। यो प्रयास भविष्यमा चिकित्सा, वैज्ञानिक र ईन्जिनियरिङ् क्षेत्रहरूमा ठूलो सम्भावना र मूल्य हुने "पहनयोग्य" प्रविधिको दिशामा रहेको छ।

ई-छाला: आत्म-निको पार्ने र पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने

ई-स्किन एक पातलो, पारदर्शी सामग्री हो उपन्यास कोभ्यालेन्टली बन्डेड डायनामिक पोलिमर नेटवर्कको प्रकार, जसलाई पोलिमाइन भनिन्छ, जसलाई सुधारिएको मेकानिकल बल, रासायनिक स्थिरता र विद्युतीय चालकताका लागि चाँदीको न्यानो पार्टिकल्सले भरिएको हुन्छ। यो ई-स्किनमा दबाब, तापक्रम, आर्द्रता र हावाको प्रवाह मापन गर्न सेन्सरहरू पनि छन्। यो ई-स्किन उल्लेखनीय मानिएको छ किनभने यसमा धेरै सुविधाहरू समावेश गरिएको छ जसले यसलाई मानव छालाको एकदमै नजिकको नक्कल बनाउँछ। यो अत्यधिक निन्दनीय छ र सजिलैसँग घुमाउरो सतहहरूमा (जस्तै मानव हात र खुट्टा, रोबोटिक हातहरू) मा मध्यम ताप र दबाब लागू गरेर यसलाई अत्यधिक तनावको परिचय बिना सेट गर्न सकिन्छ। यसमा अचम्मलाग्दो आत्म-निको पार्ने गुणहरू छन् जहाँ बाह्य परिस्थितिको कारणले गर्दा कुनै पनि कटौती वा क्षतिमा, ई-छालाले यसको उचित कार्यक्षमताको लागि म्याट्रिक्स पुनर्स्थापना गर्दै र यसको मूल बन्धित अवस्थामा फर्केर दुई अलग पक्षहरू बीच रासायनिक बन्धनहरू पुन: सिर्जना गर्दछ।

यदि यो ई-छाला कुनै पनि परिस्थितिको कारण प्रयोग गर्न अयोग्य भयो भने, यसलाई पूर्ण रूपमा पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ र यसलाई एक रिसाइक्लिंग समाधानमा राखेर एकदम नयाँ ई-छालामा परिणत गर्न सकिन्छ जसले अवस्थित ई-छाला सामग्रीलाई "तरल" बनाउँछ र यसलाई "तरल" बनाउँछ। नयाँ "ई-स्किन। यो रिसाइक्लिंग समाधान - इथेनॉलमा तीन व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध रासायनिक यौगिकहरूको मिश्रण - पोलिमरहरू र चाँदीको न्यानो कणहरू समाधानको फेदमा डुब्छ। यी डिग्रेड पोलिमरहरू नयाँ कार्यात्मक ई-स्किन बनाउन नयाँ प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो आत्म-निको पार्ने र पुन: प्रयोग योग्यता जुन कोठाको तापक्रममा प्राप्य हुन्छ प्रयोग गरिएको पोलिमरको रासायनिक बन्धनलाई श्रेय दिइन्छ। पोलिमाइनको पोलिमेरिक नेटवर्कको फाइदा यो हो कि यसको उल्टाउन मिल्छ र धेरै परम्परागत थर्मोस्टेट सामग्रीहरूको विपरीत भाँच्न र पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ जुन तिनीहरूको क्रस-लिङ्क गरिएको पोलिमेरिक नेटवर्कहरू भित्र अपरिवर्तनीय बन्डहरूको कारण न त पुन: आकार दिन वा पुन: प्रशोधन वा पुन: प्रयोग गर्न सकिँदैन। यो मानव छाला भन्दा बढी बलियो छ र यसलाई प्रतिस्थापनको सट्टा यसलाई वृद्धिको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो छुनु पनि रमाइलो छ र लगभग वास्तविक छाला जस्तै महसुस गर्दछ जसले यसलाई भविष्यमा कभर गर्ने एजेन्टको रूपमा बनाउन सक्छ, इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू।

इ-स्किनको इको-फ्रेन्डली र कम लागत गुणहरूको प्रशंसा गरिएको छ र त्यस्ता ई-स्किनले इलेक्ट्रोनिक फोहोर र वातावरणीय प्रभावलाई धेरै कम गर्न सक्छ र विभिन्न क्षेत्रहरूमा उत्पादकहरूमा अत्यधिक प्रयोगयोग्य र लोकप्रिय हुन सक्छ। यतिबेला यो धेरै टाढाको जस्तो लागे पनि यो पुन: प्रयोग प्रविधि पुराना इलेक्ट्रोनिक्स वस्तुहरूमा पनि लागू गर्न सकिन्छ। वास्तवमा, आधुनिक दिनका फिटनेस ट्र्याकरहरू र स्वास्थ्य मनिटरहरू एक पटक बिग्रिएपछि ई-वेस्ट कम्पाउन्डिङ वातावरण सम्बन्धी समस्याहरूको बढ्दो पहाडमा थपिन्छ। ई-छाला हाम्रो घाँटी वरिपरि वा हाम्रो नाडीमा लगाउन सकिन्छ र यी लचिलो पहिरन योग्य वा अस्थायी ट्याटुहरू जस्तै हुन सक्छ र जब तिनीहरू क्षतिग्रस्त हुन्छन् तिनीहरूलाई पुन: प्रयोग र पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ। ई-स्किन लचिलो भएकोले, यसलाई झुकाउन र घुमाउन सकिन्छ र लगाउने अनुसार अनुकूलित गर्न सकिन्छ। प्रविधिले बौद्धिकका लागि बाटो खोल्छ रोबोटिक्स जसमा यस्तो रमाइलो महसुस गर्न र सहज इलेक्ट्रोनिक छाला रोबोट वा कृत्रिम अंगको शरीर वरिपरि बेरिन सकिन्छ। विस्तृत रूपमा भन्नुपर्दा, यो इलेक्ट्रोनिक छालामा बेरिएको कृत्रिम हात वा खुट्टाले पहिरनकर्तालाई तापक्रम र दबाबमा हुने परिवर्तनहरूमा प्रतिक्रिया दिन अनुमति दिन्छ किनभने यसमा समावेश गरिएका बहु ​​सेन्सरहरू छन्। यस्तो ई-स्किनमा लगाइएका रोबोटिक्स हात वा खुट्टाहरूले रोबोटहरूलाई मानिसहरूप्रति अझ नाजुक रूपमा कार्य गर्न र अझ सुरक्षित र भरपर्दो बनाउन सक्छ। उदाहरणका लागि, इ-स्किन विशेष रूपमा बच्चा वा कमजोर वृद्धलाई ह्यान्डल गर्ने रोबोटमा फिट गर्न सकिन्छ र यसरी रोबोटले धेरै बल प्रयोग गर्दैन। ई-स्किनको अर्को आवेदन सम्भावित रूपमा खतरनाक वातावरण वा उच्च जोखिमयुक्त कामहरूमा हुन सक्छ। यो सम्भव छ कि यो टेक्नोलोजी भर्चुअल बटनहरू, नियन्त्रणहरू वा ढोकाहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ जसले मानव शारीरिक अन्तरक्रिया बिना कुनै पनि सञ्चालनलाई सक्षम पार्छ, उदाहरणका लागि विस्फोटक उद्योग वा कामका अन्य खतरनाक लाइनहरूमा, र यसरी यो ई-स्किनले सम्भावनाहरू घटाउन सक्छ। कुनै पनि मानव चोट को।

ई-स्किनमा प्रदर्शन थप्दै

टोकियो विश्वविद्यालयका अनुसन्धानकर्ताहरूको टोलीले भर्खरै एउटा प्रदर्शन थपेको छ²(माइक्रो-एलईडी) देखि अल्ट्राथिन, ब्यान्ड एड-शैली ई-स्किन प्याचहरू वास्तविक समयमा स्वास्थ्य अनुगमनका विभिन्न संकेतहरू प्रदर्शन गर्न सक्षम गर्न (उदाहरणका लागि मधुमेह भएका व्यक्तिहरूमा ग्लुकोजको स्तर नाप्ने वा मुटुको इलेक्ट्रोकार्डियोग्रामको गतिशील तरंग बिरामी)। यी प्याचहरूमा स्ट्रेच गर्न मिल्ने तारहरू छन् र यसरी पहिरन गर्नेको चालमा आधारित 45 प्रतिशत सम्म झुकाउन वा तन्काउन सकिन्छ। यी हालको समयमा सबैभन्दा लचिलो र टिकाउ डिजाइन भएको मानिन्छ। मानव छाला कोशिकाहरु को लगातार बहाव को मतलब यो हुन सक्छ कि प्याच केहि दिन पछि खस्न सक्छ तर यो वरपर काम गर्न सकिन्छ।

प्रोफेसर ताकाओ सोमेयाको नेतृत्वमा रहेको यस अध्ययनले यस्तो प्रदर्शनले अन्ततः बिरामीहरूका लागि मात्र नभई परिवारका सदस्यहरू, हेरचाह गर्नेहरू र स्वास्थ्य व्यवसायीहरूका लागि पनि सिमलेस र सजिलो तरिकामा चिकित्सा जानकारी पढ्न र सञ्चार गर्न सक्षम पार्न प्रयोग गर्न सकिन्छ भनेर बताउँछ। टाढाबाट। यसले सन्देशहरू पनि प्राप्त गर्नेछ। अन्वेषकहरूले प्याचको विश्वसनीयतामा थप सुधार गर्ने, यसलाई थप लागत प्रभावकारी बनाउन र विश्वभर फराकिलो पहुँचका लागि यसको उत्पादन बढाउने लक्ष्य राखेका छन्। सन् २०२० को अन्त्यसम्ममा यो उपकरणलाई बजारमा ल्याउने उनीहरुको लक्ष्य रहेको छ ।

अगाडी चुनौतीहरू

ई-स्किनको विकास एक धेरै रोमाञ्चक उपन्यास अनुसन्धान हो, तथापि, हाम्रो - लचिलोपन र तन्ने क्षमता - को मौलिक गुणहरू मध्ये एक ई-छाला द्वारा सफलतापूर्वक हासिल गर्न बाँकी छ। ई-छाला नरम हुन्छ तर मानिसको छाला जत्तिकै तानिएको हुँदैन। लेखकहरूका अनुसार, यो खडा भएको रूपमा सामग्री पनि सजिलै पुन: उत्पादन गर्न योग्य छैन। नयाँ मोड्युलको तुलनामा पुन: निको पारिएको/रिसाइकल गरिएको ई-स्किन उपकरणमा समग्र सेन्सिङ कार्यसम्पादनमा थोरै कमी देखियो, यसलाई थप अनुसन्धानको साथ पूर्ण रूपमा सम्बोधन गर्न आवश्यक छ। ई-स्किनहरू द्वारा प्रयोग गरिएको चुम्बकीय क्षेत्रहरू पनि धेरै उच्च छन् र मापन गर्न आवश्यक छ। हाल यन्त्र बाह्य स्रोतबाट संचालित छ जुन धेरै अव्यावहारिक छ, तर यसको सट्टा यन्त्रलाई पावर गर्न रिचार्जेबल, सानो ब्याट्रीहरू हुन सम्भव हुनुपर्छ। डा. Xiao र उनको टोलीले यस उत्पादनलाई परिष्कृत गर्न र स्केलिंग समाधान सुधार गर्न चाहन्छ ताकि कम्तिमा आर्थिक बाधाहरू पार गर्न सकोस् र यो ई-स्किनलाई रोबोट वा प्रोस्थेटिक्स वा मेडिकल उपकरण वा अन्य चीजहरूमा निर्माण गर्न र राख्न सजिलो हुनुपर्छ।

***

{तपाइँले उद्धृत स्रोत(हरू) को सूचीमा दिइएको DOI लिङ्कमा क्लिक गरेर मूल अनुसन्धान पत्र पढ्न सक्नुहुन्छ}

स्रोत (हरू)

1. Zou Z et al। 2018. डायनामिक कोभ्यालेन्ट थर्मोसेट न्यानोकम्पोजिट द्वारा सक्षम पुन: निको पार्न सकिने, पूर्ण रूपमा पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने, र निन्दनीय इलेक्ट्रोनिक छाला। विज्ञान उन्नति. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. अल्ट्राफ्लेक्सिबल अन-स्किन सेन्सरहरूको साथ निरन्तर स्वास्थ्य-निगरानी। AAAS वार्षिक बैठक संगोष्ठी, अस्टिन, टेक्सास, फेब्रुअरी 17, 2018।