سیاست و بازاریابی

آخرين مطالب

الکترود گرافنی که 80 برابر کش می‌آید و از پوست مرطوب هم جدا نمی‌شود اخبار

الکترود گرافنی که 80 برابر کش می‌آید و از پوست مرطوب هم جدا نمی‌شود
  بزرگنمايي:

سیاست و بازاریابی - پژوهشگران یک الکترود هیدروژلی ساخته‌اند که می‌تواند تا حدود ۸۰ برابر اندازه اولیه خود کش بیاید و در عین حال روی پوست مرطوب و حتی پرمو باقی بماند.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد نانو، پژوهشگران دانشگاه درکسل (Drexel University) و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (Penn State University) نوعی الکترود هیدروژلی قابل‌چاپ توسعه داده‌اند که می‌تواند یکی از مشکلات قدیمی حسگرهای زیستی پوشیدنی را هدف قرار دهد: حفظ تماس پایدار با پوست در شرایط واقعی، یعنی زمانی که پوست عرق کرده، مو دارد یا دائماً در حال حرکت است.
این الکترود جدید با استفاده از ترکیبی از «گرافن القاشده با لیزر» (Laser-Induced Graphene یا LIG) و «گرافن اکسید کاهش‌یافته» (Reduced Graphene Oxide یا rGO) ساخته شده است و ویژگی‌هایی کم‌سابقه را در یک ماده واحد کنار هم قرار می‌دهد. این هیدروژل مدول یانگ بسیار پایینی در حدود ۱٫۰۸ کیلوپاسکال دارد و می‌تواند تا حدود ۸۰۰۰ درصد کش بیاید؛ یعنی در شرایط آزمایشگاهی قادر است به حدود ۸۰ برابر اندازه اولیه خود برسد.
اما مسئله فقط کشسانی فوق‌العاده نیست. این ماده در شرایط مرطوب نیز چسبندگی بالایی به پوست دارد و می‌تواند در برابر عرق، مو و حرکت‌های روزمره مقاومت کند. ترکیب این ویژگی‌ها می‌تواند به ثبت پایدارتر سیگنال‌های زیستی در استفاده طولانی‌مدت کمک کند؛ همان چیزی که حسگرهای پوشیدنی سال‌هاست برای رسیدن به آن با پوست، مو و عرق انسان درگیرند.
پایش هم‌زمان و مداوم سیگنال‌های فیزیولوژیک از قلب، مغز، عضلات و چشم‌ها اهمیت زیادی در بررسی وضعیت جسمی و حتی روانی انسان دارد. دلیل این اهمیت آن است که بسیاری از واکنش‌های بدن به‌صورت جداگانه رخ نمی‌دهند، بلکه چندین سامانه فیزیولوژیک را هم‌زمان تحت تأثیر قرار می‌دهند. برای مثال، اضطراب می‌تواند با تغییرات هماهنگ در ضربان قلب، تعریق، فعالیت عضلات، تنفس و حرکات چشم همراه شود.
با وجود این، الکترودهای زیستی متداول، چه از جنس فلز باشند و چه بر پایه ژل‌های رسانا، در شرایط واقعی با محدودیت‌های جدی روبه‌رو هستند. تماس این الکترودها با پوست پرمو ممکن است کاهش پیدا کند، تعریق می‌تواند اتصال آن‌ها را مختل کند و حرکت بدن نیز به دلیل تفاوت مکانیکی میان پوست نرم و الکترود نسبتاً سخت، باعث ایجاد نویز در سیگنال ثبت‌شده شود.
هیدروژل‌ها در سال‌های اخیر به‌عنوان گزینه‌ای مناسب برای حل این مشکل مطرح شده‌اند. پژوهشگران با الهام از سازوکارهای چسبندگی موجود در طبیعت، روش‌های مختلفی مانند استفاده از ترکیبات کاتکولی، پیوندهای یونی و شبکه‌های پیوند هیدروژنی را برای افزایش چسبندگی این مواد به پوست توسعه داده‌اند. با این حال، جمع کردن چند ویژگی متضاد در یک ماده واحد همچنان دشوار بوده است: نرمی بسیار زیاد، کشسانی بالا، چسبندگی قوی اما قابل‌جداشدن در محیط مرطوب، استحکام مکانیکی، رسانایی و قابلیت استفاده مجدد.
تیم پژوهشی برای حل این مسئله، بخش رسانای هیدروژل را از دو شکل مکمل گرافن ساخت. گرافن القاشده با لیزر، که با تابش لیزر به مواد غنی از کربن تولید می‌شود، ساختاری بسیار متخلخل و نسبتاً نرم دارد. در مقابل، گرافن اکسید کاهش‌یافته دارای ساختار مزدوج کربنی تا حدی بازیابی‌شده است که رسانایی بالاتر، قابلیت پراکنده‌شدن مناسب و استحکام مکانیکی بیشتری ایجاد می‌کند.
ترکیب این دو ماده باعث شد ویژگی‌های متفاوت آن‌ها در یک شبکه هیدروژلی به کار گرفته شود. گرافن القاشده با لیزر انعطاف‌پذیری و تخلخل مورد نیاز را فراهم می‌کند، در حالی که گرافن اکسید کاهش‌یافته به بهبود رسانایی و استحکام کمک می‌کند. نکته جالب آن است که هر دو جزء رسانا می‌توانند در محل و با استفاده از یک مرحله کاهش مبتنی بر لیزر تولید شوند.
پژوهشگران برای افزایش چسبندگی در شرایط مرطوب نیز از پلی‌دوپامین (Polydopamine یا PDA) و اسید تانیک (Tannic Acid یا TA) استفاده کردند. این ترکیبات به هیدروژل کمک می‌کنند تا حتی در حضور رطوبت، تماس خود را با سطح حفظ کند.
یکی از ویژگی‌های کلیدی این فناوری، امکان کنترل زمان ژل‌شدن ماده است. پژوهشگران با تغییر pH محلول اولیه توانستند مدت زمانی را که مخلوط در حالت مایع باقی می‌ماند، تنظیم کنند. به این ترتیب، ماده می‌تواند برای مدت کافی روان باقی بماند تا از طریق سرنگ تزریق یا با روش چاپ، در شکل موردنظر قرار گیرد و سپس روی پوست به حالت جامد درآید.
زمان ژل‌شدن بسته به pH از حدود ۱۳۰۰ ثانیه تا تنها ۷۲ ثانیه قابل تنظیم بود. این قابلیت باعث می‌شود هیدروژل موسوم به «RTLR» یا هیدروژل مبتنی بر LIG و rGO با تنظیم رادیکالی‌شده، برای روش‌های ساخت مبتنی بر اکستروژن، از جمله چاپ سه‌بعدی و تزریق، مناسب باشد.
در نتیجه، پژوهشگران می‌توانند الکترود را متناسب با محل قرارگیری روی بدن یا ویژگی‌های فرد استفاده‌کننده طراحی کنند. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا شکل سطح بدن در نقاط مختلف یکسان نیست و الکترودی که روی مچ دست عملکرد مناسبی دارد، الزاماً برای پلک، قفسه سینه یا کف دست مناسب نخواهد بود.
الکترود نهایی در آزمایش‌ها چقرمگی حدود ۱۲۴۰٫۷ کیلوژول بر مترمکعب و استحکام چسبندگی حدود ۵۱٫۹۷ کیلوپاسکال از خود نشان داد. این ماده توانست به سطوح مختلفی از جمله مس، فولاد، شیشه و لاستیک نیز چسبندگی قابل‌توجهی داشته باشد.
ساختار متخلخل هیدروژل یک مزیت مهم دیگر دارد: عرق می‌تواند از میان شبکه ماده عبور کند، به‌جای آن‌که در سطح زیر حسگر جمع شود و اتصال آن به پوست را از بین ببرد. ترکیب نرمی، چسبندگی و تخلخل نیز باعث کاهش امپدانس تماس با پوست و افزایش نسبت سیگنال به نویز می‌شود. در آزمایش‌ها، عملکرد حسگر در شرایط خشک، مرطوب و روی پوست پرمو پایدار باقی ماند و ثبت سیگنال‌های الکتروفیزیولوژیک بدون ایجاد اختلال قابل‌توجه ناشی از حرکت انجام شد.
دوام این ماده نیز مورد بررسی قرار گرفت. پژوهشگران گزارش کردند که هیدروژل را می‌توان ده‌ها بار از سطح جدا کرد و دوباره روی آن قرار داد، بدون آن‌که عملکرد آن به شکل محسوسی کاهش پیدا کند. قابلیت استفاده مجدد می‌تواند یکی از مزیت‌های مهم این فناوری در مقایسه با برخی الکترودهای یک‌بارمصرف باشد.
تیم پژوهشی برای ارزیابی عملکرد الکترود، چندین آزمایش ثبت سیگنال انجام داد. در آزمایش‌های الکتروکاردیوگرافی یا ECG، الکترودهایی که روی مچ دست و قفسه سینه قرار گرفته بودند، حتی هنگام خم‌شدن و کشیده‌شدن پوست توانستند سیگنال پایدار ثبت کنند.
در آزمایش‌های الکتروکولوگرافی یا EOG نیز الکترودها توانستند پلک‌زدن و حرکات مختلف چشم را با ثبات مناسبی ثبت کنند. این نتیجه نشان می‌دهد هیدروژل می‌تواند برای نقاطی از بدن که حرکت مداوم دارند نیز کاربرد داشته باشد.
یکی از جالب‌ترین آزمایش‌های این پژوهش به پایش اضطراب مربوط می‌شد. پژوهشگران مجموعه‌ای از حسگرها را روی پلک، کف دست و مچ یک داوطلب قرار دادند تا به‌صورت هم‌زمان چند نشانگر فیزیولوژیک مرتبط با اضطراب را ثبت کنند. این حسگرها تغییرات پلک‌زدن، تعریق از طریق فعالیت الکترودرمال پوست و ضربان قلب را هنگام گوش‌دادن فرد به موسیقی آرامش‌بخش و سپس صداهای آزاردهنده ثبت کردند.
در آزمایشی دیگر، فردی که خود را مبتلا به ترس از عنکبوت معرفی کرده بود، ویدئوهایی از عنکبوت‌ها مشاهده کرد. حسگرها در طول آزمایش افزایش تعریق و تغییرات حرکات پلک را هم‌زمان با افزایش واکنش اضطرابی فرد ثبت کردند. این آزمایش به‌عنوان نمونه‌ای مفهومی نشان داد که یک سامانه واحد می‌تواند چندین شاخص مرتبط با وضعیت فیزیولوژیک و روانی را به‌صورت پیوسته دنبال کند.
این پلتفرم برای ثبت هم‌زمان سیگنال‌های ECG، EOG، EEG، EMG، فعالیت الکترودرمال پوست یا EDA و همچنین سیگنال‌های مرتبط با کشش طراحی شده است. پژوهشگران، پایش اضطراب و توان‌بخشی عصبی را از جمله کاربردهای بالقوه این فناوری می‌دانند.
ابو موسی عبدالله (Abu Musa Abdullah)، پژوهشگر پسادکتری مهندسی مکانیک و مکانیک در کالج مهندسی و محاسبات نیک هاولی دانشگاه درکسل و یکی از رهبران این پژوهش، هدف نهایی از توسعه این حسگرها را ساخت زیست‌حسگری می‌داند که آن‌قدر راحت و قابل‌اعتماد باشد که کاربر بتواند زندگی روزمره خود را بدون آن‌که دائماً متوجه حضور حسگر باشد، ادامه دهد.
به گفته او، انعطاف‌پذیری در فرایند ساخت این امکان را فراهم می‌کند که الکترودها در شکل‌ها و الگوهای مختلف تولید شوند و به‌طور دقیق با محل موردنظر روی بدن یا ویژگی‌های هر فرد تطبیق پیدا کنند. بنابراین، هدف این فناوری لزوماً ابداع یک نوع کاملاً جدید از اندازه‌گیری فیزیولوژیک نیست، بلکه افزایش قابلیت اطمینان روش‌های موجود در شرایط واقعی و دشوار است.
کیفیت سیگنال یکی از مهم‌ترین مسائلی است که این هیدروژل برای حل آن طراحی شده است. اگر حسگر سخت یا ناراحت‌کننده باشد یا هنگام حرکت تماس خود را با پوست از دست بدهد، نویز وارد داده‌های ثبت‌شده می‌شود و کیفیت اطلاعات کاهش می‌یابد. هیدروژل جدید با تطبیق نزدیک‌تر با سطح پوست، حتی در نواحی پرمو، عرق‌کرده و متحرک، تلاش می‌کند این مشکل را کاهش دهد.
با وجود نتایج امیدوارکننده، پژوهشگران تأکید دارند که این فناوری هنوز در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و برای ورود به بازار به توسعه و بهینه‌سازی بیشتری نیاز دارد. یکی از مسیرهای آینده، تنظیم ترکیب هیدروژل برای کاربردهای خاص، از جمله حسگرهای مورد استفاده در پایش فعالیت ورزشی و توان‌بخشی است.
در صورت موفقیت این مراحل، ترکیب گرافن القاشده با لیزر، گرافن اکسید کاهش‌یافته و هیدروژل می‌تواند مسیر تازه‌ای برای زیست‌الکترونیک پوشیدنی ایجاد کند؛ مسیری که در آن حسگر نه یک قطعه سخت چسبیده به بدن، بلکه لایه‌ای نرم، کشسان، قابل‌چاپ و سازگار با حرکت طبیعی پوست خواهد بود. و ظاهراً این بار گرافن قرار نیست فقط در آزمایشگاه رکورد بزند؛ قرار است خودش را تا ۸۰ برابر بکشد و هنوز سر جای خودش بماند.

لینک کوتاه:
https://www.siasatvabazaryabi.ir/Fa/News/796755/

نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield
مخاطبان عزیز به اطلاع می رساند: از این پس با های لایت کردن هر واژه ای در متن خبر می توانید از امکان جستجوی آن عبارت یا واژه در ویکی پدیا و نیز آرشیو این پایگاه بهره مند شوید. این امکان برای اولین بار در پایگاه های خبری - تحلیلی گروه رسانه ای آریا برای مخاطبان عزیز ارائه می شود. امیدواریم این تحول نو در جهت دانش افزایی خوانندگان مفید باشد.

ساير مطالب

تعمیر اپل واچ سری 12 و اپل واچ اولترا 4 بسیار دشوار است؛ ادعای مؤسسه iFixit

کشف اثر «وانیل» بر التیام زخم‌های عمیق

احتمال اضافه شدن حالت اول‌شخص به بازی GTA 6

صفحه‌نمایش برای کودکان؛ تهدید سلامت یا ابزاری که باید درست استفاده شود؟

برخلاف تصور، یائسگی باعث کاهش حجم ماده خاکستری مغز نمی‌شود

قهوه و خواب؛ پژوهشگران می‌گویند آخرین فنجان را چه زمانی بنوشید

پس از 2100 سال در اعماق دریا؛ کشتی مملو از ظروف لوکس سالم کشف شد

کلسترول پنهان؛ خطری که حتی استاتینها هم نمیتوانند کاملاً مهارش کنند

نمایشگر اولد به آیپد مینی می‌آید؟

تاثیر مشکلات جفت بر خطر بیش فعالی

آیا می‌توان پیری را مثل بیماری درمان کرد؟

سامسونگ گوشی گلکسی A17 را بار دیگر عرضه می‌کند؛ این بار با نامی جدید

نانوذرات نقره چگونه دی‌اکسیدکربن را به ماده اولیه سوخت تبدیل می‌کنند

سامسونگ تولید گوشی‌هایش را به‌شدت کاهش می‌دهد

بازی Gears of War: E-Day شروع قدرتمندی روی ایکس باکس داشته است

تعیین نقش آسپرین در سرطان روده بزرگ بر اساس مرحله بیماری

شایعه: نسخه GOTY بازی Battlefield 6 در تاریخ 21 مهر عرضه خواهد شد

سازنده ARC Raiders: تمرکز ما روی ساخت یک تجربه ماندگار است، نه فقط تعداد بازیکنان

سازنده ARC Raiders: تمرکز ما روی ساخت یک تجربه ماندگار است، نه فقط تعداد بازیکنان

ابطال ادعایی جنجالی؛ نور مرئی بدون حرارت توانایی تبخیر مستقیم آب را ندارد

شاهکار 6هزار ساله مهندسی؛ کشف شبکه آب پیشرفته در قدیمی‌ترین شهر بین‌النهرین

بازی The Adventures of Elliot: The Millennium Tales توسط voices38 کرک شد

دریای مرده هرچه کوچک‌تر می‌شود، گرم‌تر هم می‌شود

تولد ققنوس‌وار از خاکستر ستاره مرده؛ کشف نخستین شواهد از سیاره‌های نسل دوم

نسخه Director’s Cut بازی Watch Dogs Legion چه تغییرات و محتوای جدیدی خواهد داشت؟

اولین واکنش برنده ژاپنی نوبل شیمی 2026

سیاست‌ سخت‌گیرانه یوتیوب در برابر GTA 6؛ حذف سلاح از تصویر تبلیغاتی جیسون و لوسیا

80 میلیارد دلار سود به‌لطف هوش مصنوعی؛ گزارش مالی مقدماتی سامسونگ منتشر شد

صدای این پرنده کوچک می‌تواند از کنسرت راک هم بلندتر باشد

عکس روز ناسا از «زحل و دوستان»

برخی از مدل‌های آیفون 18 پرو مکس ظاهرا دچار رنگ‌پریدگی می‌شوند

سیاره‌های سنگی می‌توانستند فقط صد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ متولد شوند

مشخصات و رنگ‌بندی فیت‌بیت اج لو رفت؛ دستبند هوشمند بعدی گوگل

تغذیه سالم درمحیط کار،کلید بهره‌وری و پیشگیری ازبیماری‌های مزمن

سیگاری‌ها کمتر به پارکینسون مبتلا می‌شوند؟/ معمای قدیمی سیگار و پارکینسون؛ پای یک ماده شیمیایی در میان است

آیا شارژر پرقدرت به گوشی و گجت‌ها آسیب می‌زند؟

این رشته نخ، یک موتور است!

لپ‌تاپ‌های پرقدرت RTX Spark تا 7 هزار دلار قیمت دارند!

بررسی پژوهشگران ایرانی درباره اثر لیزر در افزایش موفقیت انتقال جنین

چرا «شناسایی نوترینو» برنده جایزه نوبل فیزیک 2026 شد؟

پورت غیررسمی Gears of War 3 برای PC اکنون به طور کامل قابل بازی است

نازک شدن شبکیه ممکن است پیش از ابتلا به پیش‌دیابت آغاز شود

بازی The Conjuring: Unspoken هفته آینده در نتفلیکس منتشر می‌شود

بیش از دو دقیقه از گیم‌پلی بازی لغوشده Perfect Dark منتشر شد؛ نمایش مناطق جدید و سیستم مبارزات

فوران قدرتمند خورشیدی شفق قطبی را به ارمغان آورد

«تلسکوپ فضایی جیمز وب» از جمع ستاره‌ها پرده برداشت

نجوم؛ چشم فضایی برای یافتن ماهواره در مدار/اجرای پروژه‌های مشترک ایران و چین

این گوشی سامسونگ از امروز منسوخ است و دیگر آپدیت نمی‌شود

برنده نوبل فیزیک 2026: شانس آوردم نوبل بردم!

برنامه صندوق نوآوری برای هوشمندسازی جذب سرمایه استارت‌آپ‌ها