ग्राफीन 'टैटू' प्रकाश के साथ कार्डियक अतालता का इलाज करता है

ग्रैफेन 'टैटू' प्रकाश के साथ कार्डियक एरिथिमिया का इलाज करता है

समय टिकट: 17 अप्रैल, 2023 4:41 PM
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अप्रैल 17, 2023 (नानावरक न्यूज़) नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी और ऑस्टिन (यूटी) में टेक्सास विश्वविद्यालय के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने पहला कार्डियक इम्प्लांट विकसित किया है graphene, अल्ट्रा-मजबूत, हल्के और प्रवाहकीय गुणों वाला एक दो-आयामी सुपर सामग्री। दिखने में एक बच्चे के अस्थायी टैटू के समान, नया ग्राफीन "टैटू" इम्प्लांट बालों की एक लट से भी पतला है फिर भी क्लासिकल पेसमेकर की तरह काम करता है। लेकिन वर्तमान पेसमेकर और प्रत्यारोपित डिफाइब्रिलेटर के विपरीत, जिसके लिए कठोर, कठोर सामग्री की आवश्यकता होती है जो यांत्रिक रूप से शरीर के साथ असंगत होती है, नया उपकरण एक साथ अनियमित दिल की धड़कन को समझने और उसका इलाज करने के लिए धीरे से हृदय से जुड़ जाता है। इम्प्लांट दिल की नाजुक रूपरेखा के अनुरूप पतला और लचीला है और साथ ही धड़कते दिल की गतिशील गति का सामना करने के लिए लचीला और मजबूत है। डिवाइस को चूहे के मॉडल में प्रत्यारोपित करने के बाद, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि ग्राफीन टैटू अनियमित हृदय ताल को सफलतापूर्वक महसूस कर सकता है और फिर हृदय की प्राकृतिक गति को बाधित या परिवर्तित किए बिना दालों की एक श्रृंखला के माध्यम से विद्युत उत्तेजना प्रदान कर सकता है। और भी बेहतर: तकनीक ऑप्टिकली पारदर्शी भी है, जिससे शोधकर्ताओं को डिवाइस के माध्यम से हृदय को रिकॉर्ड करने और उत्तेजित करने के लिए ऑप्टिकल प्रकाश के बाहरी स्रोत का उपयोग करने की अनुमति मिलती है। मानव हृदय पर ग्राफीन टैटू का चित्रण मानव हृदय पर ग्राफीन टैटू का चित्रण। (छवि: ज़ेक्सू लिन, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी) अध्ययन जर्नल में प्रकाशित हुआ उन्नत सामग्री ("कार्डियक अतालता निदान और उपचार के लिए ग्राफीन बायोइंटरफ़ेस"). यह अब तक ज्ञात सबसे पतला हृदय प्रत्यारोपण है। अध्ययन के वरिष्ठ लेखक, नॉर्थवेस्टर्न के इगोर एफिमोव ने कहा, "वर्तमान पेसमेकर और डिफाइब्रिलेटर के लिए चुनौतियों में से एक यह है कि उन्हें हृदय की सतह पर चिपकाना मुश्किल है।" उदाहरण के लिए, डिफाइब्रिलेटर इलेक्ट्रोड अनिवार्य रूप से बहुत मोटे तारों से बने कॉइल होते हैं। ये तार लचीले नहीं होते और टूट जाते हैं। हृदय जैसे कोमल ऊतकों के साथ कठोर इंटरफ़ेस विभिन्न जटिलताओं का कारण बन सकता है। इसके विपरीत, हमारा नरम, लचीला उपकरण न केवल विनीत है, बल्कि अधिक सटीक माप देने के लिए गहराई से और निर्बाध रूप से सीधे हृदय से जुड़ता है। एक प्रायोगिक हृदय रोग विशेषज्ञ, एफिमोव नॉर्थवेस्टर्न के मैककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी फीनबर्ग स्कूल ऑफ मेडिसिन में मेडिसिन के प्रोफेसर हैं। उन्होंने यूटी के एक शोध सहयोगी दिमित्री किरीव के साथ अध्ययन का सह-नेतृत्व किया। ज़ेक्सू लिन, पीएच.डी. एफिमोव की प्रयोगशाला में उम्मीदवार, पेपर के पहले लेखक हैं।

चमत्कारी सामग्री

कार्डियक अतालता के रूप में जाना जाता है, हृदय ताल विकार तब होते हैं जब हृदय या तो बहुत तेज़ी से या बहुत धीमी गति से धड़कता है। जबकि अतालता के कुछ मामले गंभीर नहीं होते हैं, कई मामलों में हृदय विफलता, स्ट्रोक और यहां तक ​​​​कि अचानक मृत्यु भी हो सकती है। वास्तव में, एरिथमिया से संबंधित जटिलताओं के कारण संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रतिवर्ष लगभग 300,000 लोगों की जान चली जाती है। चिकित्सक आमतौर पर अतालता का इलाज इम्प्लांटेबल पेसमेकर और डिफाइब्रिलेटर से करते हैं जो असामान्य दिल की धड़कन का पता लगाते हैं और फिर विद्युत उत्तेजना के साथ लय को सही करते हैं। हालांकि ये उपकरण जीवनरक्षक हैं, लेकिन उनकी कठोर प्रकृति हृदय की प्राकृतिक गति को बाधित कर सकती है, कोमल ऊतकों को घायल कर सकती है, अस्थायी असुविधा पैदा कर सकती है और दर्दनाक सूजन, छिद्र, रक्त के थक्के, संक्रमण और अधिक जैसी जटिलताओं को प्रेरित कर सकती है। इन चुनौतियों को ध्यान में रखते हुए, एफिमोव और उनकी टीम ने नरम, गतिशील ऊतकों के अनुरूप एक आदर्श जैव-संगत उपकरण विकसित करने की मांग की। कई सामग्रियों की समीक्षा करने के बाद, शोधकर्ता कार्बन के परमाणु रूप से पतले रूप ग्राफीन पर सहमत हुए। अपनी अति-मजबूत, हल्की संरचना और बेहतर चालकता के साथ, ग्राफीन में उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च-शक्ति सामग्री और ऊर्जा उपकरणों में कई अनुप्रयोगों की क्षमता है। एफिमोव ने कहा, "जैव-संगतता कारणों से, ग्राफीन विशेष रूप से आकर्षक है।" “कार्बन जीवन का आधार है, इसलिए यह एक सुरक्षित सामग्री है जिसका उपयोग पहले से ही विभिन्न नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह लचीला और नरम भी है, जो इलेक्ट्रॉनिक्स और नरम, यांत्रिक रूप से सक्रिय अंग के बीच एक इंटरफ़ेस के रूप में अच्छी तरह से काम करता है। ग्राफीन दिल टैटू टैटू पेपर पर ग्राफीन प्रत्यारोपण। (छवि: निंग लियू, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय)

एक धड़कते लक्ष्य पर प्रहार करना

यूटी में, अध्ययन के सह-लेखक दिमित्री किरीव और डेजी अकिनवांडे पहले से ही संवेदन क्षमताओं के साथ ग्राफीन इलेक्ट्रॉनिक टैटू (जीईटी) विकसित कर रहे थे। लचीले और भारहीन, उनकी टीम के ई-टैटू रक्तचाप और मस्तिष्क, हृदय और मांसपेशियों की विद्युत गतिविधि सहित शरीर के महत्वपूर्ण संकेतों की लगातार निगरानी करने के लिए त्वचा से चिपके रहते हैं। लेकिन, जबकि ई-टैटू त्वचा की सतह पर अच्छा काम करते हैं, एफिमोव की टीम को शरीर के अंदर - सीधे हृदय की सतह पर इन उपकरणों का उपयोग करने के लिए नए तरीकों की जांच करने की आवश्यकता थी। एफिमोव ने कहा, "यह एक पूरी तरह से अलग एप्लिकेशन योजना है।" “त्वचा अपेक्षाकृत शुष्क होती है और आसानी से उपलब्ध होती है। जाहिर है, दिल छाती के अंदर है, इसलिए गीले वातावरण में उस तक पहुंचना मुश्किल है।' शोधकर्ताओं ने ग्राफीन टैटू को घेरने और इसे धड़कते दिल की सतह पर चिपकाने के लिए एक पूरी तरह से नई तकनीक विकसित की है। सबसे पहले, उन्होंने ग्राफीन को एक लचीली, लोचदार सिलिकॉन झिल्ली के अंदर समाहित किया - जिसमें आंतरिक ग्राफीन इलेक्ट्रोड तक पहुंच प्रदान करने के लिए एक छेद किया गया था। फिर, उन्होंने ग्राफीन और हृदय को मापने और उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बाहरी इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच एक विद्युत इंटरकनेक्ट के रूप में काम करने के लिए इनकैप्सुलेटिंग परत पर धीरे से सोने का टेप (10 माइक्रोन की मोटाई के साथ) रखा। अंततः, उन्होंने इसे हृदय पर रख लिया। सभी परतों की कुल मोटाई कुल मिलाकर लगभग 100 माइक्रोन मापी जाती है। परिणामी उपकरण शरीर के तापमान पर सक्रिय रूप से धड़कते दिल पर 60 दिनों तक स्थिर रहा, जो सर्जरी या अन्य उपचारों के बाद स्थायी पेसमेकर या लय प्रबंधन के लिए पुल के रूप में उपयोग किए जाने वाले अस्थायी पेसमेकर की अवधि के बराबर है।

ऑप्टिकल अवसर

डिवाइस की पारदर्शी प्रकृति का लाभ उठाते हुए, एफिमोव और उनकी टीम ने पशु अध्ययन में ऑप्टोकार्डियोग्राफी - हृदय ताल को ट्रैक करने और व्यवस्थित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करके प्रदर्शन किया। यह न केवल हृदय रोगों के निदान और उपचार के लिए एक नया तरीका प्रदान करता है, बल्कि यह दृष्टिकोण ऑप्टोजेनेटिक्स के लिए नई संभावनाएं भी खोलता है, जो प्रकाश के साथ एकल कोशिकाओं को नियंत्रित और मॉनिटर करने की एक विधि है। जबकि विद्युत उत्तेजना हृदय की असामान्य लय को ठीक कर सकती है, ऑप्टिकल उत्तेजना अधिक सटीक है। प्रकाश के साथ, शोधकर्ता विशिष्ट एंजाइमों को ट्रैक कर सकते हैं और साथ ही विशिष्ट हृदय, मांसपेशियों या तंत्रिका कोशिकाओं से पूछताछ कर सकते हैं। एफिमोव ने कहा, "हम अनिवार्य रूप से विद्युत और ऑप्टिकल कार्यों को एक बायोइंटरफ़ेस में जोड़ सकते हैं।" "क्योंकि ग्राफीन ऑप्टिकली पारदर्शी है, हम वास्तव में इसके माध्यम से पढ़ सकते हैं, जो हमें रीडआउट का बहुत अधिक घनत्व देता है।"

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