जनवरी 20, 2024 (नानोवरक स्पॉटलाइट) मानव त्वचा पर जटिल रूप से लगाए गए इलेक्ट्रॉनिक उपकरण लंबे समय से वैज्ञानिक कल्पना को मोहित कर रहे हैं, मनुष्य और मशीन के सहज संलयन का वादा करके विशेषज्ञों को आकर्षित कर रहे हैं। इस तरह की त्वचा-आलिंगन सर्किटरी तंत्रिका तंत्र से जुड़े अभूतपूर्व तीक्ष्णता या बायोनिक अंगों के मेडिकल सेंसर को अनलॉक कर सकती है। लेकिन दशकों के परिश्रमी शोध के बावजूद, अपर्याप्त सामग्रियों ने इस दूरदर्शी लक्ष्य की दिशा में प्रगति में बाधा उत्पन्न की है।
अब चीनी सामग्री वैज्ञानिकों की एक टीम ने लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स को माउंट करने के लिए आदर्श ऊतक-पतली फिल्में बनाने में एक सफलता की रिपोर्ट दी है। में प्रकाशन उन्नत सामग्री ("अल्ट्राकॉन्फ़ॉर्मल पारदर्शी इलेक्ट्रॉनिक स्किन के लिए अरैमिड नैनोइलेक्ट्रिक्स"), नानकाई विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अपने अनुरूप "एरामिड नैनोडाइइलेक्ट्रिक" पॉलिमर परतों - जिसे एएनडी कहा जाता है - का विवरण दिया है - जो विशिष्ट रूप से नैनोस्केल मोटाई और पंख जैसी लचीलेपन को थर्मल और रासायनिक तनावों के प्रति कठोर लचीलेपन के साथ जोड़ती है जो अधिक नाजुक फिल्मों को बर्बाद कर देगी।
केवल 100 नैनोमीटर मोटी - मानव बाल से हजारों गुना पतली - एएनडी फिल्में त्वचा पर आसानी से चिपकने के साथ उच्च शक्ति का संयोजन करती हैं। वे पारदर्शी, सांस लेने योग्य भी हैं और 300 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं।
ANDs पर आधारित अल्ट्राकंफर्मेबल इलेक्ट्रॉनिक्स का प्रदर्शन। ए) अरैमिड फाइबर की पदानुक्रमित संरचना। बी) उपकरणों के निर्माण और स्व-विच्छेदन प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण। ग) 3-इंच सिलिकॉन वेफर पर निर्मित एएनडी पर उपकरणों की तस्वीर। घ) एएनडी की स्व-विच्छेदन प्रक्रिया को दर्शाने वाली तस्वीर। ई, एफ) एएनडी पर आधारित अल्ट्राकॉनफॉर्मल इलेक्ट्रॉनिक्स की तस्वीरें ई) मानव त्वचा और एफ) एक पत्ती पर स्थानांतरित की गईं। (विले-वीसीएच वेरलाग की अनुमति से पुनर्मुद्रित)
नानकाई विश्वविद्यालय के सामग्री वैज्ञानिक, वरिष्ठ लेखक डॉ. जियान झू बताते हैं, "बायोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उभरते अनुप्रयोगों के लिए, स्थानीय सतह के साथ अनुरूप संपर्क सटीक सिग्नल अधिग्रहण और आराम की अनुमति देता है।" "हमारी AND फ़िल्में त्वचा जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स को मानव त्वचा की जटिल टोपोलॉजिकल बनावट के अनुकूल ढलने में सक्षम बना सकती हैं।"
इलेक्ट्रॉनिक्स को मानव शरीर क्रिया विज्ञान के साथ सहजता से जोड़ने की दृष्टि ने दशकों से गहन अनुसंधान को बढ़ावा दिया है। इसे भी डब किया गया हैएपिडर्मल इलेक्ट्रॉनिक्स', यह अवधारणा 2011 में लोकप्रिय जागरूकता में आई जब इलिनोइस विश्वविद्यालय में बायोमेडिकल इंजीनियर जॉन रोजर्स ने "एपिडर्मल अस्थायी ट्रांसफर टैटू" उपकरणों का अनावरण किया जो सीधे त्वचा पर चिपकते हैं, गति और हृदय गति को महसूस करते हैं। लेकिन ऐसे शुरुआती डिज़ाइनों को दीर्घकालिक उपयोग के दौरान संभावित त्वचा की जलन जैसी सीमाओं का सामना करना पड़ा।
क्रूक्स चैलेंज पर्याप्त रूप से पतली लेकिन टिकाऊ सामग्री तैयार कर रहा है जो त्वचा पर अदृश्य रूप से झुकते हुए इलेक्ट्रॉनिक घटकों का समर्थन कर सकता है। इलास्टोमर्स खिंचाव क्षमता प्रदान करते हैं लेकिन न्यूनतम श्वसन क्षमता प्रदान करते हैं। पैरिलीन जैसी पॉलिमर फिल्में इंसुलेटर के रूप में उत्कृष्ट हैं लेकिन नैनोस्केल पर इन्हें संभालना बोझिल साबित होता है। पॉलीमाइड जैसे अन्य विकल्पों के लिए अस्थिर बलि परतों का उपयोग करके जटिल रासायनिक प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।
नानकाई शोधकर्ताओं ने एक अपरंपरागत दृष्टिकोण अपनाया, अपने नैनोडाइइलेक्ट्रिक को एरामिड पॉलिमर से प्राप्त किया, वही हार्डी सामग्री जो केवलर बुलेटप्रूफ जैकेट में उपयोग की जाती है। वे फिल्मों को ANDs कहते हैं।
झू कहते हैं, "हमारा एरामिड नैनोडाइइलेक्ट्रिक भविष्य की त्वचा जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए डाइलेक्ट्रिक्स के रूप में बहुत बड़ा वादा रखता है।"
टीम एरामिड को केवल 10 नैनोमीटर चौड़े नैनोफाइबर में एक्सफोलिएट करती है, उन्हें सिलवाया मोटाई की फिल्मों में स्पिन कोटिंग करती है। पॉलिमर श्रृंखलाओं के भीतर उल्लेखनीय रूप से मजबूत अंतर-आण्विक बंधन परतों को पतला रखते हुए आसंजन और गर्मी प्रतिरोध को बढ़ाता है। एएनडी जल वाष्प के लिए पारदर्शी और पारगम्य भी हो सकते हैं, जो उन्हें ट्रांसडर्मल बायोसेंसिंग पैच के लिए आदर्श सब्सट्रेट बनाते हैं।
झू कहते हैं, "और फिल्में यांत्रिक रूप से मजबूत हैं, फिर भी आज्ञाकारी, चिकनी और पारदर्शी हैं।" "वे रासायनिक रूप से निष्क्रिय भी हैं, 300-C तक थर्मल रूप से स्थिर हैं, और नक़्क़ाशी सॉल्वैंट्स के बिना प्रसंस्करण सब्सट्रेट से स्वयं-अलग करने योग्य हैं।"
वास्तविक दुनिया की व्यवहार्यता प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने AND फिल्मों का उपयोग करके दो बहुत अलग डिवाइस बनाए। एक इलेक्ट्रोमोग्राफी और इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी जैसे इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल संकेतों की सटीक निगरानी के लिए स्वेट-इम्यून इलेक्ट्रोड है। दूसरा लचीला है क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर माइक्रोप्रोसेसर प्रदर्शन हानि के बिना मानव बाल के चारों ओर लपेटने के लिए पर्याप्त पतला।
एएनडी फिल्मों के साथ त्वचा पर लगे सिल्वर नैनोवायर इलेक्ट्रोड ने मांसपेशियों और हृदय संबंधी गतिविधियों को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड किया, तब भी जब परीक्षण किए गए लोगों को अत्यधिक पसीना आया या नहाया गया। पारंपरिक जेल इलेक्ट्रोड ऐसी परिस्थितियों में विफल हो गए क्योंकि पसीना चालकता को कम कर देता है। शोधकर्ता डिटेक्टरों के नीचे पसीना जमा होने से रोकने और सांस लेने की क्षमता को बेहतर प्रदर्शन का श्रेय देते हैं। मात्रात्मक माप से पता चला कि 100 एनएम और फिल्मों में जल वाष्प संचरण दर खुली हवा के 90% से अधिक है।
इस बीच, एएनडी फिल्मों के साथ गेट ढांकता हुआ और सब्सट्रेट के रूप में काम करने वाले हेयर-हगिंग फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर ने उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुण दिखाए, जैसे कि केवल 4V तक कम वोल्टेज संचालन, 40 सेमी की गतिशीलता।2/Vs, और चालू/बंद अनुपात 100,000 से अधिक। और उन्होंने बिना किसी स्पष्ट क्षति या प्रदर्शन में गिरावट के मानव बाल से भी छोटे परिधि में अत्यधिक झुकने को सहन किया।
झू कहते हैं, "मानव बाल के चारों ओर लपेटे जाने पर अल्ट्राफ्लेक्सिबल ट्रांजिस्टर प्रदर्शन में किसी भी गिरावट के बिना ठीक से काम कर सकते हैं।"
झू का दावा है कि अधिकांश मौजूदा त्वचा इलेक्ट्रॉनिक्स बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए गैर-मानक नैनोफैब्रिकेशन तकनीकों पर निर्भर हैं, जो मुख्यधारा की चिकित्सा अपनाने के लिए आवश्यक हैं। लेकिन पारंपरिक लिथोग्राफ़िक वर्कफ़्लोज़ के लिए AND फ़िल्मों की अनुकूलता इस बाधा को दूर कर देती है।
"हमारा वेफ़र-स्केल दृष्टिकोण बड़े पैमाने पर उत्पादन और आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण विधियों के साथ एकीकरण को सक्षम बनाता है," वह बताते हैं।
यद्यपि लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा वादा की गई प्रगति से रोगियों को लाभ मिलने से पहले और अधिक काम करना बाकी है, झू ने संयमित आशावाद का स्वर व्यक्त किया है।
वे कहते हैं, ''हम आशा करते हैं कि अरिमिड नैनोडाइइलेक्ट्रिक्स अगली पीढ़ी के लघु चिकित्सा उपकरणों और बायोनिक्स को बदल देगा।'' “इस तकनीक को विज्ञान कथा के दायरे से नैदानिक वास्तविकता की ओर लाने से मानव स्वास्थ्य पर गहरा प्रभाव पड़ सकता है।
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माइकल
चरवाहा
- माइकल रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री द्वारा तीन पुस्तकों के लेखक हैं:
नैनो-सोसाइटी: प्रौद्योगिकी की सीमाओं को धक्का देना,
नैनो टेक्नोलॉजी: द फ्यूचर इज टिनी, तथा
नैनोइंजीनियरिंग: स्किल्स एंड टूल्स मेकिंग टेक्नोलॉजी इनविजिबल
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नैनोवर्क एलएलसी
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- स्रोत: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64467.php
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