Graphene 'tattoo' Treats Cardiac Arrhythmia With Light

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

এপ্রিল 17, 2023 (নানোওয়ার্ক নিউজনর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটি এবং ইউনিভার্সিটি অফ টেক্সাস অ্যাট অস্টিন (ইউটি) এর নেতৃত্বে গবেষকরা প্রথম কার্ডিয়াক ইমপ্লান্ট তৈরি করেছেন গ্রাফিন, অতি-শক্তিশালী, লাইটওয়েট এবং পরিবাহী বৈশিষ্ট্য সহ একটি দ্বি-মাত্রিক সুপার উপাদান। একটি শিশুর অস্থায়ী ট্যাটুর মতোই, নতুন গ্রাফিন "ট্যাটু" ইমপ্লান্টটি চুলের একটি একক স্ট্র্যান্ডের চেয়ে পাতলা কিন্তু এখনও একটি ক্লাসিক্যাল পেসমেকারের মতো কাজ করে৷ কিন্তু বর্তমান পেসমেকার এবং ইমপ্লান্ট করা ডিফিব্রিলেটরগুলির বিপরীতে, যার জন্য শরীরের সাথে যান্ত্রিকভাবে বেমানান শক্ত, অনমনীয় পদার্থের প্রয়োজন হয়, নতুন ডিভাইসটি একই সাথে অনিয়মিত হৃদস্পন্দনকে উপলব্ধি করতে এবং চিকিত্সা করার জন্য হৃদয়ের সাথে নরমভাবে মিশে যায়। ইমপ্লান্টটি হৃৎপিণ্ডের সূক্ষ্ম রূপের সাথে সামঞ্জস্য করার জন্য যথেষ্ট পাতলা এবং নমনীয় এবং সেই সাথে প্রসারিত এবং শক্তিশালী হৃৎপিণ্ডের গতিশীল গতি সহ্য করার জন্য যথেষ্ট। ডিভাইসটিকে ইঁদুরের মডেলে বসানোর পর, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে গ্রাফিন ট্যাটু সফলভাবে অনিয়মিত হৃদযন্ত্রের ছন্দ অনুভব করতে পারে এবং তারপর হৃদপিণ্ডের স্বাভাবিক গতিকে সীমাবদ্ধ বা পরিবর্তন না করেই একাধিক নাড়ির মাধ্যমে বৈদ্যুতিক উদ্দীপনা প্রদান করতে পারে। আরও ভাল: প্রযুক্তিটিও অপটিক্যালি স্বচ্ছ, গবেষকরা ডিভাইসের মাধ্যমে হৃদপিণ্ডকে রেকর্ড এবং উদ্দীপিত করতে অপটিক্যাল আলোর একটি বাহ্যিক উত্স ব্যবহার করতে দেয়।

একটি মানুষের হৃদয়ে গ্রাফিন উলকির চিত্র। (ছবি: জেক্সু লিন, নর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটি) গবেষণাটি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে উন্নত সামগ্রী ("কার্ডিয়াক অ্যারিথমিয়া নির্ণয় এবং চিকিত্সার জন্য গ্রাফিন বায়োইন্টারফেস") এটি এখন পর্যন্ত সবচেয়ে পাতলা কার্ডিয়াক ইমপ্লান্ট হিসেবে পরিচিত। "বর্তমান পেসমেকার এবং ডিফিব্রিলেটরদের জন্য একটি চ্যালেঞ্জ হল যে তারা হৃদয়ের পৃষ্ঠের উপর সংযুক্ত করা কঠিন," বলেছেন নর্থওয়েস্টার্ন ইগর এফিমভ, গবেষণার সিনিয়র লেখক। "উদাহরণস্বরূপ, ডিফিব্রিলেটর ইলেক্ট্রোডগুলি মূলত খুব পুরু তারের তৈরি কয়েল। এই তারগুলি নমনীয় নয়, এবং তারা ভেঙে যায়। হার্টের মতো নরম টিস্যুগুলির সাথে অনমনীয় ইন্টারফেস বিভিন্ন জটিলতা সৃষ্টি করতে পারে। বিপরীতে, আমাদের নরম, নমনীয় ডিভাইসটি কেবল বাধাহীন নয় বরং আরও সুনির্দিষ্ট পরিমাপ সরবরাহ করার জন্য অন্তরঙ্গভাবে এবং নির্বিঘ্নে সরাসরি হৃদয়ের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।" একজন পরীক্ষামূলক কার্ডিওলজিস্ট, এফিমভ নর্থওয়েস্টার্ন ম্যাককর্মিক স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক এবং নর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটি ফেইনবার্গ স্কুল অফ মেডিসিনের মেডিসিনের অধ্যাপক। তিনি UT-এর একজন গবেষণা সহযোগী দিমিত্রি কিরিভের সাথে গবেষণার সহ-নেতৃত্ব করেছিলেন। জেক্সু লিন, পিএইচ.ডি. এফিমভের পরীক্ষাগারে প্রার্থী, কাগজের প্রথম লেখক।

অলৌকিক উপাদান

কার্ডিয়াক অ্যারিথমিয়াস নামে পরিচিত, হৃৎপিণ্ডের ছন্দের ব্যাধি দেখা দেয় যখন হৃৎপিণ্ড খুব দ্রুত বা খুব ধীরে স্পন্দিত হয়। অ্যারিথমিয়ার কিছু ক্ষেত্রে গুরুতর না হলেও অনেক ক্ষেত্রে হার্ট ফেইলিউর, স্ট্রোক এবং এমনকি আকস্মিক মৃত্যুও হতে পারে। প্রকৃতপক্ষে, অ্যারিথমিয়া সম্পর্কিত জটিলতাগুলি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে বার্ষিক প্রায় 300,000 প্রাণের দাবি করে। চিকিত্সকরা সাধারণত ইমপ্লান্টযোগ্য পেসমেকার এবং ডিফিব্রিলেটর দিয়ে অ্যারিথমিয়ার চিকিত্সা করেন যা অস্বাভাবিক হৃদস্পন্দন সনাক্ত করে এবং তারপরে বৈদ্যুতিক উদ্দীপনার সাথে তাল ঠিক করে। যদিও এই ডিভাইসগুলি জীবনরক্ষাকারী, তাদের অনমনীয় প্রকৃতি হৃৎপিণ্ডের স্বাভাবিক গতিকে সীমাবদ্ধ করতে পারে, নরম টিস্যুগুলিকে আঘাত করতে পারে, অস্থায়ী অস্বস্তি সৃষ্টি করতে পারে এবং জটিলতা সৃষ্টি করতে পারে, যেমন বেদনাদায়ক ফোলা, ছিদ্র, রক্ত জমাট বাঁধা, সংক্রমণ এবং আরও অনেক কিছু। এই চ্যালেঞ্জগুলি মাথায় রেখে, এফিমভ এবং তার দল নরম, গতিশীল টিস্যুগুলির সাথে সামঞ্জস্য করার জন্য একটি জৈব-সামঞ্জস্যপূর্ণ ডিভাইস তৈরি করতে চেয়েছিল। একাধিক উপাদান পর্যালোচনা করার পরে, গবেষকরা গ্রাফিনে বসতি স্থাপন করেন, কার্বনের একটি পারমাণবিকভাবে পাতলা রূপ। এর অতি-শক্তিশালী, লাইটওয়েট গঠন এবং উচ্চতর পরিবাহিতা সহ, গ্রাফিনের উচ্চ-কর্মক্ষমতা ইলেকট্রনিক্স, উচ্চ-শক্তির উপকরণ এবং শক্তি ডিভাইসগুলিতে অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশনের সম্ভাবনা রয়েছে। "জৈব-সামঞ্জস্যতার কারণে, গ্রাফিন বিশেষভাবে আকর্ষণীয়," এফিমভ বলেছেন। "কার্বন হল জীবনের ভিত্তি, তাই এটি একটি নিরাপদ উপাদান যা ইতিমধ্যে বিভিন্ন ক্লিনিকাল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়৷ এটি নমনীয় এবং নরম, যা ইলেকট্রনিক্স এবং একটি নরম, যান্ত্রিকভাবে সক্রিয় অঙ্গের মধ্যে একটি ইন্টারফেস হিসাবে ভাল কাজ করে।" গ্রাফিন হার্ট ট্যাটু

ট্যাটু পেপারে গ্রাফিন ইমপ্লান্ট। (চিত্র: নিং লিউ, অস্টিনের টেক্সাস বিশ্ববিদ্যালয়)

মারধরের লক্ষ্যে আঘাত করা

UT-তে, অধ্যয়নের সহ-লেখক দিমিত্রি কিরিভ এবং দেজি আকিনওয়ান্দে ইতিমধ্যেই সেন্সিং ক্ষমতা সহ গ্রাফিন ইলেকট্রনিক ট্যাটু (GETs) তৈরি করছেন। নমনীয় এবং ওজনহীন, তাদের দলের ই-ট্যাটুগুলি শরীরের অত্যাবশ্যক লক্ষণগুলি, রক্তচাপ এবং মস্তিষ্ক, হৃৎপিণ্ড এবং পেশীগুলির বৈদ্যুতিক ক্রিয়াকলাপ সহ ক্রমাগত নিরীক্ষণের জন্য ত্বকের সাথে লেগে থাকে। কিন্তু, যখন ই-ট্যাটুগুলি ত্বকের পৃষ্ঠে ভালভাবে কাজ করে, তখন এফিমভের দলকে এই ডিভাইসগুলিকে শরীরের অভ্যন্তরে - সরাসরি হৃৎপিণ্ডের পৃষ্ঠে ব্যবহার করার জন্য নতুন পদ্ধতিগুলি তদন্ত করতে হবে। "এটি একটি সম্পূর্ণ ভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন স্কিম," Efimov বলেন. "ত্বক তুলনামূলকভাবে শুষ্ক এবং সহজেই অ্যাক্সেসযোগ্য। স্পষ্টতই, হৃৎপিণ্ড বুকের ভিতরে, তাই ভিজা পরিবেশে প্রবেশ করা কঠিন।" গবেষকরা একটি সম্পূর্ণ নতুন কৌশল তৈরি করেছেন যাতে গ্রাফিন উলকিটি আটকে রাখা যায় এবং এটি একটি স্পন্দিত হৃদয়ের পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকে। প্রথমত, তারা একটি নমনীয়, স্থিতিস্থাপক সিলিকন ঝিল্লির ভিতরে গ্রাফিনকে আবদ্ধ করে — অভ্যন্তরীণ গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডে অ্যাক্সেস দেওয়ার জন্য এটিতে একটি ছিদ্র দিয়ে। তারপর, তারা হৃৎপিণ্ড পরিমাপ এবং উদ্দীপিত করতে ব্যবহৃত গ্রাফিন এবং বাহ্যিক ইলেকট্রনিক্সের মধ্যে বৈদ্যুতিক আন্তঃসংযোগ হিসাবে পরিবেশন করার জন্য এনক্যাপসুলেটিং স্তরের উপর আলতো করে সোনার টেপ (10 মাইক্রন পুরুত্ব সহ) স্থাপন করে। অবশেষে, তারা এটি হৃদয়ে স্থাপন করে। সমস্ত স্তরের সম্পূর্ণ বেধ একত্রে মোট প্রায় 100 মাইক্রন পরিমাপ করে। ফলে ডিভাইসটি শরীরের তাপমাত্রায় সক্রিয়ভাবে স্পন্দিত হৃৎপিণ্ডে 60 দিনের জন্য স্থিতিশীল ছিল, যা সার্জারি বা অন্যান্য থেরাপির পরে স্থায়ী পেসমেকার বা রিদম ম্যানেজমেন্টের সেতু হিসাবে ব্যবহৃত অস্থায়ী পেসমেকারের সময়কালের সাথে তুলনীয়।

অপটিক্যাল সুযোগ

ডিভাইসের স্বচ্ছ প্রকৃতির ব্যবহার করে, এফিমভ এবং তার দল প্রাণীর গবেষণায় - হার্টের ছন্দ ট্র্যাক এবং সংশোধন করতে আলো ব্যবহার করে - অপটোকার্ডিওগ্রাফি সম্পাদন করে। এটি শুধুমাত্র হৃদরোগ নির্ণয় এবং চিকিত্সার একটি নতুন উপায় সরবরাহ করে না, এই পদ্ধতিটি অপটোজেনেটিক্সের জন্য নতুন সম্ভাবনাও উন্মুক্ত করে, আলোর সাথে একক কোষকে নিয়ন্ত্রণ এবং নিরীক্ষণ করার একটি পদ্ধতি। বৈদ্যুতিক উদ্দীপনা হার্টের অস্বাভাবিক ছন্দ সংশোধন করতে পারে, অপটিক্যাল উদ্দীপনা আরও সুনির্দিষ্ট। আলোর সাহায্যে, গবেষকরা নির্দিষ্ট এনজাইমগুলি ট্র্যাক করার পাশাপাশি নির্দিষ্ট হৃদপিণ্ড, পেশী বা স্নায়ু কোষকে জিজ্ঞাসাবাদ করতে পারেন। "আমরা মূলত বৈদ্যুতিক এবং অপটিক্যাল ফাংশনগুলিকে একটি বায়োইন্টারফেসে একত্রিত করতে পারি," এফিমভ বলেছেন। "কারণ গ্রাফিন অপটিক্যালি স্বচ্ছ, আমরা আসলে এর মাধ্যমে পড়তে পারি, যা আমাদের রিডআউটের অনেক বেশি ঘনত্ব দেয়।"