Bioloji Dərini və Onun Funksiyalarını Təqlid edən 'e-Dəri'

Yeni növ elastik, özünü sağaldan və tamamilə təkrar emal edilə bilən “elektron dəri”nin kəşfi sağlamlıq monitorinqi, robototexnika, protezləşdirmə və təkmilləşdirilmiş biotibbi cihazlarda geniş tətbiqlərə malikdir.

Nəşr araşdırma Elm avanslar insan dərisi ilə müqayisədə elastiklik, öz-özünə sağalma və tam təkrar emal oluna bilən çoxlu xüsusiyyətlərə malik olan yeni elektron dərini (və ya sadəcə olaraq elektron dəri) nümayiş etdirir. dəri¹.Ən böyük orqanımız olan dəri çöldən baxanda ətli örtükdür. Dərimiz suya davamlı, izolyasiya edən qalxan kimi fəaliyyət göstərən və bədənimizi müxtəlif xarici təhlükələrdən və ya günəşə zərər verən amillərdən qoruyan çox yönlü orqandır. Dərinin bəzi funksiyaları bədən istiliyinin tənzimlənməsi, orqanizmi zəhərli maddələrin qəbulundan qorumaq, həmçinin zəhərli maddələrin xaric edilməsi (tərlə birlikdə), mexaniki və immunoloji dəstək və mühüm maddələrin əmələ gəlməsidir. vitamin D sümüklərimiz üçün çox vacibdir. Dəri həm də beyinlə dərhal əlaqə saxlamaq üçün kifayət qədər sinirləri olan nəhəng bir sensordur.

Dünya üzrə tədqiqatçılar müxtəlif növ və ölçülərdə “geyilənlərin” inkişafı üzərində işləyirlər elektron dərilər' təqlid etməyə çalışmaq məqsədi ilə bioloji dəri və onun müxtəlif funksiyaları. Yumşaq və əyri xəttli insan dərisi ilə qüsursuz inteqrasiya üçün çevik və dartılan cihazlara güclü ehtiyac var. Nanoölçülü (10^-9m) materiallar, adətən əvvəllər istifadə edilən sərt silisiumu əvəz edərək tələb olunan mexaniki və elektrik çox yönlülüyünü təmin edə bilər. ABŞ-ın Kolorado Universitetində doktor Jianliang Xiao-nun rəhbərlik etdiyi komanda insan dərisinin sensor toxunuşunu robotlara və protezlərə çevirmək məqsədi ilə süni elektron dəri (e-dəri) uğurla inkişaf etdirib. Bu cəhd gələcəkdə tibb, elm və mühəndislik sahələrində böyük potensiala və dəyərə malik olan “geyilən” texnologiyaya sahib olmaq istiqamətindədir.

E-dəri: özünü sağaldır və təkrar istifadə edilə bilər

E-dəri nazik, şəffaf bir materialdır roman təkmilləşdirilmiş mexaniki möhkəmlik, kimyəvi sabitlik və elektrik keçiriciliyi üçün gümüş nanohissəciklərlə bağlanmış poliimin adlanan kovalent bağlı dinamik polimer şəbəkəsinin növü. Bu e-dəridə həmçinin təzyiq, temperatur, rütubət və hava axını ölçmək üçün daxil edilmiş sensorlar var. Bu e-dəri diqqətəlayiq hesab olunur, çünki o, insan dərisinə son dərəcə yaxın təqlid edən bir çox xüsusiyyətlərə malikdir. O, çox elastikdir və həddindən artıq gərginliklər yaratmadan orta istilik və təzyiq tətbiq etməklə əyri səthlərə (məsələn, insan qolları və ayaqları, robot əlləri) asanlıqla quraşdırıla bilər. Onun heyrətamiz özünü sağaldan xassələri var ki, burada hər hansı bir kəsik və ya xarici şəraitin yaratdığı zədələnmə zamanı elektron dəri bir-birindən ayrılmış iki tərəf arasında kimyəvi bağları yenidən yaradır, matrisi düzgün işləməsi üçün bərpa edir və ilkin bağlanmış vəziyyətinə qayıdır.

Bu e-dəri hər hansı bir şəraitə görə yararsız hala düşərsə, o, mövcud e-dəri materialını “mayeləşdirən” və onu “təmizləyən” təkrar emal məhluluna yerləşdirməklə tamamilə təkrar emal oluna və tamamilə yeni e-dəriyə çevrilə bilər. yeni” elektron dəri. Bu təkrar məhlul – etanolda mövcud olan üç kommersiya kimyəvi birləşmənin qarışığı – polimerləri parçalayır və gümüş nanohissəciklər məhlulun dibinə çökür. Bu pozulmuş polimerlər yeni funksional e-dəri yaratmaq üçün yenidən istifadə edilə bilər. Otaq temperaturunda əldə edilə bilən bu öz-özünə sağalma və təkrar istifadəyə yararlılıq istifadə olunan polimerin kimyəvi birləşməsinə aiddir. Poliimin polimer şəbəkəsinin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onun geri çevrilə bilən olması və çapraz bağlanmış polimer şəbəkələrindəki dönməz bağlar səbəbindən nə yenidən formalaşdırıla, nə təkrar emal oluna, nə də təkrar emal edilə bilməyən əksər adi termostat materiallarından fərqli olaraq qırıla və təkrar emal edilə bilər. Bu, insan dərisinin özündən daha möhkəmdir və onu əvəz etməkdənsə, əlavə olaraq istifadə etmək olar. Toxunmaq da xoşdur və demək olar ki, real dəriyə bənzəyir, bu da gələcəkdə onu örtmə agenti kimi edə bilər, məsələn, elektron cihazlar.

Elektron dərinin ekoloji cəhətdən təmiz və aşağı qiymətli xassələri yüksək qiymətləndirilib və belə e-dəri elektron tullantıları və ətraf mühitə təsirləri əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər və müxtəlif sahələrdə istehsalçılar arasında çox istifadə edilə bilər və populyar ola bilər. Hal-hazırda çox uzaq görünsə də, bu təkrar istifadə texnologiyası eyni şəkildə köhnə elektronika əşyalarına da tətbiq oluna bilər. Əslində, müasir fitness izləyiciləri və bir dəfə zədələnmiş sağlamlıq monitorları ətraf mühitlə əlaqəli problemləri birləşdirən elektron tullantıların böyüməsinə əlavə olunur. Elektron dəri boynumuza və ya biləklərimizə geyilə bilər və bunlar elastik geyilə bilən əşyalar və ya müvəqqəti döymələr kimi ola bilər və hər dəfə zədələndikdə təkrar emal oluna və təkrar istifadə edilə bilər. Elektron dəri çevik olduğundan, əyilə və bükülə bilər və istifadəçiyə uyğun olaraq düzəldilə bilər. Texnologiya ağıllılar üçün yollar açır robot Hansı ki, belə xoş hiss və rahat elektron dəri robotun və ya süni əzanın bədəninə sarıla bilər. Ətraflı desək, bu elektron dəriyə bükülmüş protez qol və ya ayaq, içərisinə daxil edilmiş çoxsaylı sensorlar sayəsində istifadəçiyə temperatur və təzyiq dəyişikliklərinə cavab verməyə imkan verə bilər. Belə bir elektron dəri ilə təchiz edilmiş robot qolları və ya ayaqları robotların insanlara qarşı daha incə hərəkət etmələrini və daha təhlükəsiz və etibarlı olmasını təmin edə bilər. Məsələn, e-dəri körpəni və ya kövrək yaşlı bir insanı idarə edən robota xüsusi olaraq quraşdırıla bilər və beləliklə robot çox güc tətbiq etməyəcək. Elektron dərinin başqa bir tətbiqi potensial olaraq təhlükəli mühitlərdə və ya yüksək riskli işlərdə ola bilər. Bu texnologiyanın, məsələn, partlayıcı sənayedə və ya digər təhlükəli iş sahələrində insanların fiziki qarşılıqlı əlaqəsi olmadan istənilən əməliyyatı həyata keçirməyə imkan verən virtual düymələr, idarəetmələr və ya qapılarla istifadə oluna biləcəyi inandırıcıdır və beləliklə, bu elektron dəri ehtimalını azalda bilər. hər hansı bir insan xəsarəti.

Elektron dəriyə ekranın əlavə edilməsi

Tokio Universitetində tədqiqatçılar qrupu bu yaxınlarda bir ekran əlavə etdi²(mikro-LED) real vaxtda sağlamlıq monitorinqinin müxtəlif əlamətlərinin (məsələn, şəkərli diabetli insanlarda qlükoza səviyyəsinin ölçülməsi və ya ürəyin elektrokardioqramının hərəkətli dalğa forması) göstərilməsini təmin etmək üçün ultra nazik, bantlı tipli elektron dəri yamaqları xəstə). Bu yamaqlar uzana bilən naqillərə malikdir və beləliklə, istifadəçinin hərəkətindən asılı olaraq 45 faizə qədər əyilə və ya uzana bilər. Bunlar son dövrlərin ən çevik və dayanıqlı dizaynına sahib hesab olunur. İnsan dəri hüceyrələrinin davamlı tökülməsi, yamağın bir neçə gündən sonra düşə biləcəyini ifadə edə bilər, lakin bu, aradan qaldırıla bilər.

Professor Takao Someyanın rəhbərlik etdiyi bu araşdırma, belə bir displeydən tibbi məlumatların yalnız xəstələr üçün deyil, həm də ailə üzvləri, baxıcılar və tibb işçiləri üçün şəxsən və ya hətta qüsursuz və asan şəkildə oxunması və ötürülməsini təmin etmək üçün istifadə edilə biləcəyini bildirir. uzaqdan. Mesajları da alacaqdı. Tədqiqatçılar yamağın etibarlılığını daha da artırmaq, onu daha sərfəli etmək və həmçinin bütün dünyada daha geniş istifadə üçün istehsalını artırmaq məqsədi daşıyır. Onların məqsədi bu cihazı 2020-ci ilin sonuna kimi bazara çıxarmaqdır.

Qarşıdakı çağırışlar

Elektron dərinin inkişafı çox maraqlı yeni bir araşdırmadır, lakin bizim əsas xüsusiyyətlərimizdən biri - elastiklik və uzanma qabiliyyəti - hələ elektron dəri tərəfindən uğurla əldə edilməmişdir. Elektron dəri yumşaqdır, lakin insan dərisi qədər elastik deyil. Müəlliflərin fikrincə, materialın təkrar istehsalı da asan deyil. Yeni modulla müqayisədə bərpa edilmiş/təkrar emal edilmiş e-dəri cihazında ümumi hissetmə performansında cüzi azalma görüldü, bu, əlavə tədqiqatlarla tam həll edilməlidir. Elektron dərilərin istifadə etdiyi maqnit sahələri də kifayət qədər yüksəkdir və onların kiçildilməsi lazımdır. Hal-hazırda cihaz xarici mənbədən enerji alır ki, bu da çox qeyri-mümkündür, lakin bunun əvəzinə cihazı gücləndirmək üçün təkrar doldurulan, kiçik batareyalara sahib olmaq mümkün olmalıdır. Dr.Xiao və komandası bu məhsulu təkmilləşdirmək və miqyaslaşdırma həllini təkmilləşdirmək istəyir ki, heç olmasa iqtisadi maneələri aşsın və bu e-dərini istehsal etmək və robotlara, protezlərə, tibbi cihazlara və ya başqa bir şeyə yerləşdirmək daha asan olsun.

***

Mənbə (lər)

1. Zou Z et al. 2018. Dinamik kovalent termoset nanokompozit tərəfindən aktivləşdirilən bərpa olunan, tamamilə təkrar emal edilə bilən və elastik elektron dəri. Elm avanslar. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Ultraflexible Dəri Sensorları ilə Davamlı Sağlamlığa Nəzarət. AAAS İllik Yığıncaq Simpoziumu, Ostin, Texas, 17 fevral 2018-ci il. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Ultraflexible üzvi fotonik dəri. Elm Tərəqqiləri. 15 aprel 2016. Cild 2, Buraxılış 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***