Биологиялык терини жана анын функцияларын туураган "e-Skin"

Ийилүүчү, өзүн-өзү айыктыруучу жана толугу менен кайра иштетилүүчү “электрондук теринин” жаңы түрүнүн ачылышы ден соолукту көзөмөлдөөдө, робототехникада, протездөөдө жана өркүндөтүлгөн биомедициналык аппараттарда кеңири колдонулат.

-жылы жарык көргөн изилдөө илимий жетишкендиктери жаңы электрондук терини (же жөн эле электрондук терини) көрсөтөт, ал адамга салыштырмалуу ийкемдүүлүк, өзүн-өзү айыктыруу жана толук кайра иштетүү мүмкүнчүлүгү бар көптөгөн касиеттерге ээ. тери¹.Эң чоң органыбыз болгон тери сырттан караганда эттүү жабын. Биздин терибиз суу өткөрбөйт, жылуулоочу калкан катары кызмат кылган жана денебизди ар кандай тышкы коркунучтардан же күндүн зыяндуу факторлорунан коргогон өтө ар тараптуу орган. Теринин кээ бир функциялары дененин температурасын жөнгө салуу, организмди уулуу заттарды кабыл алуудан коргоо, ошондой эле уулуу заттарды (тер менен бирге) чыгаруудан, механикалык жана иммунологиялык жактан колдоо көрсөтүү жана маанилүү заттарды өндүрүү. витамин D бул биздин сөөктөр үчүн абдан маанилүү. Тери ошондой эле мээ менен дароо байланышуу үчүн кенен нервдери бар чоң сенсор.

Бүткүл дүйнө жүзү боюнча изилдөөчүлөр ар кандай типтеги жана өлчөмдөгү «кийилүүчү буюмдарды» иштеп чыгуунун үстүндө иштеп жатышат электрондук терилер' туураганга аракет кылуу максаты менен биологиялык тери жана анын ар кандай функциялары. Жумшак жана ийри сызыктуу адамдын териси менен кемчиликсиз интеграциялоо үчүн ийкемдүү жана чоюлма аппараттарга катуу муктаждык бар. Наношкала (10^-9м) материалдар талап кылынган механикалык жана электрдик универсалдуулукту камсыздай алат, ал адатта мурда колдонулган катуу кремнийдин ордуна. Колорадо университетинин доктору Цзянлян Сяо жетектеген топ адамдын терисинин сенсордук тийүүсүн роботторго жана протездерге которуу максатында жасалма электрондук терини (электрондук тери) ийгиликтүү иштеп чыгышты. Бул аракет келечекте медициналык, илимий жана инженердик тармактарда чоң потенциалга жана баалуулукка ээ боло турган “кийилүүчү” технологияга ээ болуу багытында.

Электрондук тери: өзүн-өзү айыктырат жана кайра иштетүүгө болот

Электрондук тери - бул жука, тунук материал роман жакшыртылган механикалык бекемдик, химиялык туруктуулук жана электр өткөргүчтүгү үчүн күмүш нанобөлүкчөлөр менен жабдылган полиимин деп аталган коваленттик байланыштагы динамикалык полимердик тармактын түрү. Бул электрондук териде басым, температура, нымдуулук жана аба агымын өлчөө үчүн орнотулган сенсорлор да бар. Бул электрондук тери укмуштуудай болуп эсептелет, анткени ал көптөгөн өзгөчөлүктөр менен камтылган, бул аны адам терисин өтө жакыныраак туурайт. Ал ийкемдүү жана ийри беттерге (мисалы, адамдын колу жана буттары, робот колдору) ашыкча стресске жол бербестен, орточо жылуулук жана басым көрсөтүү менен оңой орнотулат. Ал укмуштуудай өзүн-өзү айыктыруучу касиетке ээ, мында тышкы жагдайдан келип чыккан кандайдыр бир кесип же зыянга учураганда, электрондук тери эки бөлүнгөн тараптын ортосундагы химиялык байланыштарды калыбына келтирип, матрицанын туура иштеши үчүн калыбына келтирет жана баштапкы байланган абалына кайтып келет.

Эгер бул электрондук тери кандайдыр бир жагдайдан улам жараксыз болуп калса, аны толугу менен кайра иштетүүгө болот жана аны бар электрондук тери материалын "суюлтуучу" кайра иштетүүчү эритмеге салып, жаңы электрондук териге айландырса болот. жаңы” электрондук тери. Бул кайра иштетүү чечими - этанолдогу үч коммерциялык химиялык кошулмалардын аралашмасы - полимерлерди начарлатат жана күмүш нанобөлүкчөлөрү эритменин түбүнө чөгүп кетет. Бул бузулган полимерлерди жаңы функционалдык электрондук тери жасоо үчүн кайра колдонсо болот. Бөлмө температурасында жетүүгө мүмкүн болгон бул өзүн-өзү айыктыруу жана кайра иштетүү, колдонулган полимердин химиялык байланышы менен түшүндүрүлөт. Полиминдин полимердик тармагынын артыкчылыгы, анын кайчылаш болгон полимердик тармактарынын ичиндеги кайтарылгыс байланыштар болгондуктан, кадимки термостаттык материалдардын көбүнөн айырмаланып сындырып, кайра иштетүүгө болот. Бул адамдын терисине караганда күчтүүрөөк жана аны алмаштыруу эмес, аны жакшыртуучу каражат катары колдонсо болот. Ал ошондой эле тийүү жагымдуу жана чыныгы теридей сезилет, ал келечекте аны каптоочу агент катары, мисалы, электрондук шаймандарга айландырышы мүмкүн.

Электрондук теринин экологиялык жактан таза жана арзан сапаттары жогору бааланды жана мындай электрондук тери электрондук калдыктарды жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин бир топ азайтышы мүмкүн жана ар кандай тармактардагы өндүрүүчүлөр арасында абдан ыңгайлуу жана популярдуу болушу мүмкүн. Азыркы учурда бул өтө кыйын болуп угулса да, бул кайра колдонуу технологиясын ошондой эле эски электроника буюмдарына да колдонсо болот. Чынында, заманбап фитнес трекерлери жана ден соолук мониторлору бир жолу бузулуп, айлана-чөйрөгө байланыштуу көйгөйлөрдү бириктирген электрондук калдыктардын тоосуна кошулат. Электрондук терини мойнубузга же билегибизге тагынса болот жана алар ийкемдүү тагынуучу же убактылуу татуировка сыяктуу болушу мүмкүн жана алар бузулган сайын кайра иштетилип, кайра колдонулушу мүмкүн. Электрондук тери ийкемдүү болгондуктан, ал ийилип, ийрилет жана аны колдонуучуга ылайыкташтырса болот. Технология акылдууларга жол ачат Роботехника мында ушундай жагымдуу сезүү жана ыңгайлуу электрондук тери роботтун же жасалма мүчөнүн денесине оролушу мүмкүн. Тактап айтканда, бул электрондук териге оролгон протездик кол же бут кийим кийүүчүгө бир нече сенсорлордон улам температуранын жана басымдын өзгөрүшүнө жооп бере алат. Мындай электрондук тери менен жабдылган робототехника колдору же буттары роботторду адамдарга карата кылдат мамиле жасап, коопсуз жана ишенимдүүрөөк болушуна шарт түзөт. Мисалы, электрондук тери ымыркайды же морт карыларды башкарган роботко атайын орнотулуп, робот өтө көп күч колдонбойт. Электрондук теринин дагы бир колдонмосу кооптуу чөйрөдө же жогорку кооптуу жумуштарда болушу мүмкүн. Бул технологияны виртуалдык баскычтар, башкаруу элементтери же эшиктер менен колдонсо болот, алар адамдын физикалык өз ара аракеттенүүсүз, мисалы, жардыргыч заттар өндүрүшүндө же башка кооптуу жумуш линияларында кандайдыр бир операцияны жүргүзүүгө мүмкүндүк берет, ошондуктан бул электрондук тери мүмкүнчүлүктөрдү азайтышы мүмкүн. ар кандай адам жаракатынан.

Электрондук териге дисплей кошуу

Токио университетинин изилдөөчүлөр тобу жакында дисплейди кошушту²(микро-LED) ден соолуктун мониторингинин ар кандай белгилерин реалдуу убакытта көрсөтүү үчүн (мисалы, кант диабети менен ооруган адамдардагы глюкозанын деңгээлин өлчөө же жүрөктүн электрокардиограммасынын кыймылдуу толкун формасын) көрсөтүү үчүн ультра жука, лента түрүндөгү электрондук тери патчтарына чейин. чыдамкай). Бул патчтар чоюлма зымдарга ээ, ошондуктан кийүүчүнүн кыймылына жараша 45 пайызга чейин ийилип же чоюлушу мүмкүн. Булар акыркы убакта эң ийкемдүү жана бышык дизайнга ээ болуп эсептелет. Адамдын тери клеткаларынын үзгүлтүксүз төгүлүшү жамаачы бир нече күндөн кийин түшүп калышы мүмкүн дегенди түшүндүрүшү мүмкүн, бирок муну жоюуга болот.

Профессор Такао Сомея жетектеген бул изилдөө, мындай дисплей акыры медициналык маалыматты бейтаптар үчүн гана эмес, ошондой эле үй-бүлө мүчөлөрү, кам көрүүчүлөр жана медициналык адистер үчүн жеке же ал тургай, үзгүлтүксүз жана жеңил окуу жана жеткирүү үчүн колдонулушу мүмкүн деп айтылат. алыстан. Ал ошондой эле билдирүүлөрдү кабыл алат. Окумуштуулар патчтын ишенимдүүлүгүн андан ары жогорулатууну, аны үнөмдүү кылууну жана анын өндүрүшүн бүткүл дүйнө боюнча кеңири жайылтууну көздөшүүдө. Алардын максаты бул аппаратты 2020-жылдын аягына чейин рынокко чыгаруу.

Алдыдагы көйгөйлөр

Электрондук теринин өнүгүшү - бул абдан кызыктуу жаңы изилдөө, бирок биздин негизги касиеттердин бири - ийкемдүүлүк жана сунуу жөндөмдүүлүгү - электрондук тери менен ийгиликтүү жетишиле элек. Электрондук тери жумшак, бирок адамдын териндегидей чоюлбайт. Авторлордун айтымында, материалды кайра чыгаруу оңой эмес. Жаңы модулга салыштырмалуу калыбына келтирилген/кайра иштетилген электрондук тери аппаратынын жалпы сезүү көрсөткүчтөрүнүн бир аз төмөндөшү байкалды, муну андан ары изилдөө менен толук чечүү керек. Электрондук терилер колдонгон магниттик талаалар да бир топ жогору жана аларды кичирейтүү керек. Учурда аппарат сырткы булактан иштейт, бул өтө мүмкүн эмес, бирок анын ордуна аппаратты кубаттандыруу үчүн кайра заряддалуучу, кичинекей батарейкалар болушу керек. Dr.Xiao жана анын командасы бул продуктуну өркүндөтүп, масштабдуу чечимди өркүндөткүсү келет, жок дегенде экономикалык тоскоолдуктарды жеңип, бул электрондук терини жасап чыгаруу жана роботторго же протездерге же медициналык аппараттарга же башка нерселерге коюу оңой болушу керек.

***

Булагы (с)

1. Zou Z et al. 2018. Динамикалык коваленттүү термосеттик нанокомпозит аркылуу калыбына келтирилүүчү, толугу менен кайра иштетилүүчү жана ийкемдүү электрондук тери. илимий жетишкендиктери. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Ультра ийкемдүү тери сенсорлору менен үзгүлтүксүз ден соолук-мониторинг. AAAS жылдык жолугушуу симпозиуму, Остин, Техас, февраль 17, 2018. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Ультра ийкемдүү органикалык фотоникалык тери. ИЛИМ ЖЕТИШКЕНДИКТЕРИ. 15-апрель, 2016-ж. 2-том, 4-чыгарылыш. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***