Bu tədqiqat, insan dərisinə demək olar ki, elektron döymə kimi uyğunlaşa biləcək qədər nazik, lakin çılpaq əllə daşına bilməyəcək qədər kövrək olan nanometr qalınlığındakı epidermal elektronika üçün yeni mexaniki arxitektura inkişaf etdirir. Tədqiqatçılar cihazın aktiv mərkəzini təxminən 500 nm qalınlığında saxlayarkən ətrafını təxminən 5 µm qalınlığında poliimid karkasla gücləndirdilər. Beləliklə, mərkəz bölgənin dəri mikroteksturasına yüksək uyğunluğu qorunarkən cihazın kənarından pinsetlə tutulması, kabel bağlantısının qurulması, hədəf səthdən çıxarılması və yenidən istifadə edilə bilməsi məqsəd qoyuldu. Qalınlaşdırılmış kənar eyni zamanda termal uyğunsuzluq gərginliyindən istifadə edərək cihazın su içində əsas şüşə altlıqdan öz-özünə ayrılmasını başladır.

Tədqiqatda bu “edge-supported ultrathin”, yəni kənar dəstəkli ultra-incə (ESU) platforma ilə üç fərqli algılama tətbiqi göstərildi. Təxminən 500 nm qalınlığındakı quru fizioloji elektrod insan dərisində 1 kHz-də 3,60 ± 0,01 kΩ başlanğıc təmas empedansı verdi. Eyni elektrod bir həftə ərzində 100-dən çox taxıb-çıxarma əməliyyatından sonra 7,908 ± 0,006 kΩ səviyyəsində ölçüldü. 0,5 µm qalınlığındakı müqavimət tipli temperatur sensorunun %90 cavab müddəti 0,48 ms olduğu halda, 5 µm qalınlığındakı müqayisə sensorunda bu müddət 11,54 ms oldu. Nano-mühəndislikli təzyiq sensorunun ən həssas bölgəsində isə 62,92 kPa⁻¹ həssaslıq bildirildi.

Tədqiqatın əsas yeniliyi yalnız sensoru incəltmək deyil. Nanoölçülü algılama bölgəsi, daha qalın dairəvi kənar və serpantin bağlantı bir-birindən fərqli mexaniki vəzifələr daşıyır: ultra-incə mərkəz dəriyə uyğunlaşır; qalın kənar daşıma və sökmə zamanı strukturu qoruyur; serpantin körpü isə gərginliyi absorbsiya edərək kabel və pad bölgəsindən gələn yüklərin həssas mərkəzə ötürülməsini azaldır.

Bununla birlikdə nəticələr tibbi diaqnoz və ya uzunmüddətli klinik istifadə sübutu deyil. İnsan üzərində aparılan hissə səthi elektromioqrafiya (sEMG) siqnallarının qeydinə yönəlib. Məqalə iştirakçılardan məlumatlandırılmış razılıq alındığını bildirir, lakin klinik müalicə və ya xəstəlik diaqnozu tədqiqatı deyil. Bundan əlavə, poliimid filmin uzun müddət dəridə saxlanmasının qızartı və yüngül narahatlığa səbəb ola bildiyi mənbədə açıq şəkildə göstərilir. Buna görə çıxarılıb yenidən taxıla bilmə xüsusiyyəti yalnız istehsal rahatlığı deyil, istifadə baxımından da önəmlidir.

Türkiye kontekstində metod; geyilə bilən sağlamlıq elektronikası, elektron dəri, insan-maşın interfeysləri, robotika və mikro/nano sensor tədqiqatları baxımından qiymətləndirilə bilər. Lakin çalışmada Türkiyədəki istehsal infrastrukturu, biotibbi tənzimləmə, klinik istifadə və ya yerli kütləvi istehsal xərci araşdırılmamışdır. Laboratoriya nəticəsi birbaşa kommersiya və ya klinik məhsul uğuru kimi şərh edilməməlidir.

Nano qalınlığındakı elektronika niyə həm üstünlük, həm də problem yaradır?

Epidermal elektronikanın mühüm hədəflərindən biri sensor ilə insan dərisi arasındakı mexaniki uyğunsuzluğu mümkün qədər azaltmaqdır. Dəri düz səth deyil; barmaq izi çıxıntıları, tər məsamələri və daha geniş miqyaslı mikro qırışlar ehtiva edir. Elektron film nə qədər qalın və sərtdirsə, bu mikrostrukturları izləmək bir o qədər çətinləşir.

Mənbənin əsaslandığı əvvəlki mexaniki çalışmalar poliimid əsaslı epidermal elektronikada qalınlığın bir neçə mikrometrdən aşağı salınmasının dəri toxumasına konformal təması əhəmiyyətli dərəcədə artıra biləcəyini göstərir. Lakin bunun qarşılığında əyilmə sərtliyi çox sürətlə azalır. Nanometr qalınlığındakı müstəqil film hava axını, elektrostatik qüvvə, səth qüvvələri və ya kiçik mexaniki təmasla belə bükülə, qırışa və ya öz üzərinə qatlana bilər.

Çalışmanın problemi buna görə “daha incə sensor necə hazırlanır?” sualından daha genişdir: Həm nanometr qalınlığının konformal təmas üstünlüyünü qoruyub, həm də cihazı istehsal edilə bilən, tutula bilən, bağlana bilən, sökülə bilən və yenidən istifadə edilə bilən vəziyyətə gətirmək mümkündürmü?

Kənar dəstəkləmə strategiyası necə işləyir?

Şəkil 1-dəki əsas cihaz üç mexaniki bölgədən ibarətdir:

• Ultra-incə aktiv ada: təxminən 500 nm qalınlığında PI film; elektrod və ya sensor burada yerləşir.
• Gücləndirilmiş periferik karkas: təxminən 5 µm qalınlığında fotosensitiv PI; daşıma, qaldırma və xarici qüvvələrə qarşı qoruma təmin edir.
• Serpantin ada-körpü strukturu: qalınlaşdırılmış bağlantı xəttinin bükülüb dönərək gərginliyi absorbsiya etməsini təmin edir.

Kənarın dairəvi formada layihələndirilməsinin səbəbi iti künclərdəki gərginlik konsentrasiyasını azaltmaqdır. Mənbədəki sonlu element hesablamasında %1 dartılma gərginliyində iti keçidli dizayndakı maksimum gərginlik 261 MPa olduğu halda, əyri keçidlə 121 MPa-a düşmüşdür. Müəlliflər bu dəyəri poliimid üçün istifadə etdikləri təxminən 200 MPa dartılma möhkəmliyinin altında qiymətləndirirlər.

Serpantin struktur daha da aydın mexaniki fərq yaratmışdır. Serpantin olmayan struktur %10 gərginlikdə 570 MPa maksimum gərginlik göstərdiyi halda, serpantinli strukturda %50 kimi daha yüksək ümumi gərginlikdə maksimum gərginlik 79,9 MPa olmuşdur. Eyni halda nanometr qalınlığındakı sensor adasında hesablanan gərginlik yalnız 7,47 MPa-dır.

İncəlik və mexaniki dayanıqlıq eyni cihazda necə ayrılır?

Buradakı dizayn məntiqi bütün cihazı eyni qalınlıqda hazırlamaq deyil. Mexaniki xüsusiyyət funksiyaya görə bölgəvi şəkildə paylanmışdır. Dəri ilə real siqnal mübadiləsinin baş verdiyi yerdə film mümkün qədər incə saxlanır; pinsetin toxunacağı kənar, kabelin lehimlənəcəyi pad və gərginliyin daşınacağı bağlantı isə daha qalın hazırlanır.

Buna görə “5 µm-lik dəstək nanometr ölçüsündəki konformal təması aradan qaldırarmı?” sualı kritikdir. Çalışmada aparılan dəri replikası təcrübələri kənara yaxın bölgədə təmasın tam olmadığını, lakin 5 mm diametrli mərkəzi 500 nm algılama bölgəsində effektiv təmas xəttinin %85-dən yuxarı təxmin edildiyini göstərir.

Cihaz istehsal zamanı necə hazırlanır?

Su içində öz-özünə ayrılmanın fiziki mexanizmi nədir?

İstehsalda nano qalınlığındakı bir filmi şüşədən mexaniki olaraq soymaq ciddi problemdir. Film həddindən artıq yumşaq olduğundan soyma qüvvəsi kiçik bölgədə cəmlənib yırtılmaya və ya qırışmaya səbəb ola bilər.

Kənar dəstəkli dizayn bu problemi iki fiziki təsiri birləşdirərək həll etməyə çalışır. Birincisi, poliimid ilə şüşənin termal genişlənmə davranışlarının fərqli olmasıdır. PI yüksək temperaturda kürləndikdən və sistem soyuduqdan sonra filmdə termal uyğunsuzluq gərginliyi qalır. Qalınlığın artması ilə bu mexaniki hərəkətverici qüvvə də artır.

Şəkil 2a-dakı simulyasiyada fərqli PI qalınlıqları üçün maksimum termal uyğunsuzluq gərginlikləri təxminən belədir:

0,5 µm film təkbaşına bu gərginliyi ayrılmanı davam etdirəcək qədər təsirli istifadə edə bilmir; son dərəcə elastik kənar öz üzərinə bükülərək ayrılma cəbhəsinin irəliləməsini basdıra bilər. Təxminən 5 µm-lik dəstək kənarı isə ilk boşluğun yaranmasına kömək edəcək daha sərt mexaniki bölgə təmin edir.

Suyun rolu nədir?

Termal gərginlik təkbaşına kifayət deyil. Çalışmada PI–şüşə interfeysinin yapışma qüvvəsi havada 1,08 ± 0,06 N/m olaraq ölçülmüşdür. Su içində isə istifadə olunan ölçmə sistemi ilə ölçülə bilən yapışma qüvvəsi aşkar edilməmişdir.

Müəlliflərin mexanizm açıqlamasına görə polar su molekulları yaranmış ilk boşluqdan PI–şüşə interfeysinə daxil olur və interfeys bağlanmasını zəiflədir. Qalın kənardakı termal uyğunsuzluq gərginliyi ilə azalan interfeys yapışması birləşdikdə ayrılma cəbhəsi irəliləyə bilir.

Şəkil 2f-də havada xarici qüvvə ilə soyulan kənar dəstəkli ultra-incə filmlərin yırtıldığı, su içində sərbəst buraxılan nümunənin isə bütövlüyünü qoruduğu görünür. Kənar gücləndirməsi olmayan 500 nm sinfindəki film isə ayrıldıqdan sonra aydın şəkildə qırışmışdır.

Sərbəst buraxılma nə qədər çəkir?

Metod bölməsinə görə ESU cihazları deionizə suya batırıldığında qalınlaşdırılmış kənarın böyük hissəsinin ayrılması dizayn və ölçüdən asılı olaraq təxminən 10–30 dəqiqə çəkir. Suyun yüngülcə qarışdırılması ayrılmanı sürətləndirə bilər. Kənar kifayət qədər sərbəst qaldıqda cihaz pinsetlə yalnız gücləndirilmiş bölgədən tutularaq sudan çıxarılır.

“Qurban qatsız” ifadəsinin sərhədi nədir?

Məqalənin əsas yeniliklərindən biri ESU strukturunun şüşə daşıyıcıdan ayrılması üçün ayrıca həll oluna bilən qurban təbəqəyə və ya kimyəvi aşındırıcıya ehtiyac duymamasıdır. Lakin bu ifadə çalışmadakı hər alt cihazın bütün mikroistehsal proseslərinə genişləndirilməməlidir.

Xüsusilə nano-mühəndislikli təzyiq sensorunun metodunda tədqiqatçılar PDMS və təkdivarlı karbon nanotüp təbəqəsinin hazırlanması zamanı şüşə üzərinə suda həll olunan PAA qurban qatı örtmüşdür. Buna görə əsas ESU daşıyıcısının sərbəst buraxılma metodu qurban qatsızdır; təzyiq sensorunun xüsusi aktiv material istehsalında isə qurban qat istifadə olunur.

500 nm film həqiqətən dəri toxumasını izləyə bilirmi?

Şəkil 3 bu sualı nəzəri hesablama, barmaq izi replikası, profilometriya, SEM və konfokal ölçmələrlə ələ alır. İstifadə olunan mexaniki modelə görə təxminən 200 µm pürüzlülük amplitudasına malik barmaq izi strukturunda konformal təmas üçün PI təbəqəsinin təxminən 3,5 µm-dən incə olması lazımdır.

0,5 µm PI filmi çalışmanın hesablama diapazonunda təxminən 60–500 µm və daha böyük səth pürüzlülük amplitudalarında konformal davranış göstərə bilir. Barmaq izi replikasında aparılan ölçmələrdə 0,5 µm film səthin vadilərini və çıxıntılarını yaxından izlədiyi halda, 5 µm film daha çox çıxıntıların üst bölgələrinə təmas etmişdir.

SEM görüntülərində 0,5 µm film altındakı incə barmaq izi morfologiyasının və tər məsamələrinə uyğun mikrostrukturların görünən qalması filmin səthi mexaniki olaraq nəzərəçarpacaq dərəcədə düzləşdirmədiyini göstərir.

Real cihazda kənar təması pozurmu?

Ön qol dərisinin silikon replikasında aparılan konfokal analizdə 5 µm dəstək kənarının yaxınlığında tam təmas itkisi yaranmışdır. Lakin 5 mm diametrli mərkəzi algılama sahəsinin böyük hissəsi səth geometriyasını izləməyi davam etdirmişdir. Mənbə diametr istiqamətində araşdırılan effektiv təmas xətti nisbətinin %85-dən yuxarı olduğunu təxmin edir.

Bu məlumat birbaşa yaşayan insan dərisinin bütün səthinin %85-i təmas edir anlamına gəlmir. Ölçüm insan ön qolundan hazırlanmış bir dəri replikası və seçilmiş bir xətt profilindən əldə edilən həndəsi qiymətləndirmədir.

Ultra-incə elektrod niyə aşağı empedans təmin edir?

sEMG kimi biopotensial ölçmələrində elektrod ilə dəri arasındakı effektiv təmas səthi mühüm elektrik parametridir. Qalın quru elektrod mikro qırışların yalnız üst hissələrinə toxunduqda real elektrik təmas sahəsi məhdud qala bilər. 500 nm sinfindəki film isə dərinin mikroteksturasını izlədiyi üçün daha geniş real təmas sahəsi yarada bilər.

ESU sEMG elektrodunda qızıl algılama filmi ultra-incə PI üzərində yerləşərkən xarici bağlantı sahəsi mexaniki olaraq gücləndirilmişdir. Elektrod pad-i kommersiya bağlantı kabeli ilə istifadə oluna biləcək şəkildə halqa kimi layihələndirilmiş; daxili diametri 4 mm, xarici diametri 8 mm-dir.

1 kHz-də elektrod empedansları nə oldu?

Bu təcrübə düzənində ultra-incə quru elektrod kommersiya Ag/AgCl elektroddan təxminən üç mərtəbə daha aşağı təmas empedansı göstərmişdir. Lakin bu müqayisə müəyyən elektrod geometriyaları, dəri hazırlığı və çalışmanın ölçmə protokolu üçün keçərlidir; bazardakı bütün yaş və ya quru elektrodların ümumi performans sıralaması kimi oxunmamalıdır.

Elektrod həqiqətən yenidən istifadə edilə bildimi?

Müəlliflər elektrodları bir həftə boyunca sınaqdan keçirmiş; hər gün ölçmə aparmış və təkrar-təkrar dəriyə taxıb çıxarmışdır. Ümumi təkrar sayı 100'ü aşmışdır. 100 dövrədən sonra 5 µm dəstək bölgəsi ilə 0,5 µm aktiv bölgə arasındakı keçiddə aydın delaminasiya və ya yorulma çatlağı görülmədiyi bildirilmişdir.

Bir həftəlik təkrarlardan sonra ESU elektrodunun 1 kHz empedansı:

7,908 ± 0,006 kΩ

olduğu halda kommersiya Ag/AgCl elektrodun empedansı:

14,353 ± 1,564 MΩ

kimi ölçülmüşdür.

ESU elektrodunun nisbi siqnal dalğalanması %0,11, Ag/AgCl elektrodunki isə %26,64 olaraq verilmişdir. Müəlliflər kommersiya yaş elektroddakı pisləşmənin mühüm hissəsini hidrojelin yaşlanması ilə əlaqələndirirlər.

Yenidən istifadə tamamilə qulluq tələb etmir?

Xeyr. Mənbə təkrar istifadə zamanı ölü dəri hüceyrələri və sebumun xüsusilə 500 nm-lik algılama səthində toplana bildiyini açıq şəkildə bildirir. Buna görə hər tətbiqdən əvvəl və sonra elektrodun bir neçə saniyə etanolla yaxalanması və hədəf dəri bölgəsinin spirtli pambıqla yüngülcə təmizlənməsi tövsiyə edilmişdir.

Bu detal vacibdir; “yenidən istifadə edilə bilən” ifadəsi çirklənmədən təsirlənməyən, qulluq tələb etməyən cihaz anlamına gəlmir.

sEMG siqnal keyfiyyəti necə müqayisə edildi?

ESU elektrodları ön qolun daxili bölgəsinə yerləşdirilərək tutma zamanı flexor carpi radialis əzələsindən səthi elektromioqrafiya siqnalı qeyd edildi. Eyni mövqedə kommersiya Ag/AgCl elektrodlarla müqayisə aparıldı.

Tutma qüvvəsi artırıldığında ESU elektrodlarla qeydə alınan sEMG amplitudası da artmışdır. Bu nəticə cihazın səthi əzələ aktivliyini algılaya bildiyini dəstəkləyir. Lakin çalışma hər hansı neyromuskulyar xəstəliyin diaqnostik doğruluğunu, reabilitasiya nəticəsini və ya klinik qərar performansını test etməmişdir.

Ultra-incə temperatur sensoru niyə daha sürətlidir?

Tədqiqatçılar platforma üzərində qızıl əsaslı müqavimət temperatur sensoru, yəni RTD inkişaf etdirmişdir. Polimer altlıq incəldikcə sensor ilə istilik mənbəyi arasındakı termal kütlə azalır və algılama elementinin real səth temperaturuna daha sürətlə yaxınlaşması mümkün olur.

Mənbədə temperatur müqavimət əmsalı (TCR) belə bildirilmişdir:

Müəlliflər 0,5 µm strukturda əldə edilən dəyərin qızılın mənbədə göstərilən təxminən %0,324/°C intrinsik dəyərinə yaxınlaşdığını vurğulayırlar.

0,5 µm RTD-nin 0,48 ms T90 cavabı 5 µm strukturun 11,54 ms dəyərindən təxminən 24 dəfə daha qısadır. Məqalə bu nəticəni metal əsaslı RTD-lərdə sub-millisaniyə cavabın göstərilməsi kimi şərh edir.

Təzyiq sensorunda 62,92 kPa⁻¹ həssaslıq necə əldə edildi?

Təzyiq sensoru klassik mikrometr ölçülü piramida və ya məsaməli mikrostrukturları qalınlaşdırmaq əvəzinə daha əvvəl inkişaf etdirilmiş nano-mühəndislik yanaşmasından istifadə edir. Cihazda qızıl interdigital elektrodlar və PDMS üzərində təkdivarlı karbon nanotüp əsaslı algılama strukturu istifadə olunur.

Cərəyan–təzyiq əyrisindəki fərqli iş bölgələri üçün mənbədə:

• S1 = 62,92 kPa⁻¹
• S2 = 33,63 kPa⁻¹
• S3 = 0,49 kPa⁻¹

həssaslıqları göstərilir. 62,92 kPa⁻¹ dəyəri sensorun bütün təzyiq aralığı boyunca sabit həssaslığı deyil; əyrinin ən həssas ilk bölgəsinə aiddir.

Şəkil 5e həmçinin təzyiq sensorunun dövr testini təxminən 4000 dövrəyə qədər göstərir. Bu nəticə laboratoriya dövr dayanıqlığını dəstəkləyir; real insan istifadəsində illərlə davam edən dayanıqlıq və ya klinik etibarlılıq testi deyil.

Poliimid filmin dəri üzərində uzun müddət qalmasının sərhədi nədir?

Çalışmanın mühüm, lakin asanlıqla gözdən qaça bilən məhdudiyyətlərindən biri PI-nin hava və su keçiriciliyinin aşağı olmasıdır. Mənbə filmin insan dərisinə uzun müddət yapışıq saxlanmasının aydın qızartıya, lakin şişmə olmadan yüngül narahatlığa səbəb ola bildiyini bildirir.

Buna görə tədqiqatın “imperceptible” və ya yüksək komfort ifadələri cihazın mexaniki incəliyinə aiddir; bunun günlərlə fasiləsiz və tamamilə narahatlıqsız dəri istifadəsi mənasına gəldiyi nəticəsi çıxarılmamalıdır. Sökülə bilən və yenidən taxıla bilən dizayn bu kontekstdə ayrıca əhəmiyyət qazanır.

Çalışmanın dəstəklədiyi nəticələr

• Təxminən 500 nm qalınlığındakı aktiv PI bölgəsi mikroteksturalı səthlərə 5 µm sinfindəki filmdən daha yüksək konformallıq təmin edə bilir.
• Təxminən 5 µm qalınlaşdırılmış dairəvi kənar ultra-incə mərkəz bölgənin daşıma zamanı qırışma və yırtılmaya qarşı qorunmasına kömək edir.
• Serpantin körpü dizaynı tətbiq olunan makroskopik gərginliyin ultra-incə sensor adasına ötürülməsini aydın şəkildə azaldır.
• Kənar dəstəyi və su ilə azaldılan PI–şüşə interfeys yapışması ESU filmin əsas daşıyıcıdan zərər vermədən sərbəst buraxılmasını təmin etmişdir.
• ESU quru elektrod insan ön qolunda sEMG siqnalı qeyd edə bilmiş və çalışmanın protokolunda kommersiya Ag/AgCl elektroddan daha aşağı 1 kHz təmas empedansı göstərmişdir.
• 0,5 µm RTD 0,48 ms T90 cavab müddəti göstərmişdir.
• Nano-mühəndislikli təzyiq sensorunun ən həssas iş bölgəsində 62,92 kPa⁻¹ həssaslıq bildirilmişdir.
• ESU elektrodlar 100-dən çox taxıb-çıxarma əməliyyatından sonra istifadə edilə bilən vəziyyətdə qalmışdır.

Çalışmanın sübut etmədiyi nəticələr

• Cihazların hər hansı xəstəliyi diaqnoz etdiyi göstərilməmişdir.
• 100-dən çox yenidən istifadə sınırsız yenidən istifadə oluna bilmə mənasına gəlmir.
• Bir həftəlik elektrod testi uzunmüddətli klinik təhlükəsizlik sübutu deyil.
• 0,48 ms temperatur cavabı bütün epidermal temperatur sensorlarının eyni performansı göstərəcəyi mənasına gəlmir.
• 62,92 kPa⁻¹ təzyiq həssaslığı bütün təzyiq aralığı üçün sabit deyil.
• ESU platformasının əsas daşıyıcıdan ayrılmasının qurban qatsız olması təzyiq sensoru daxil olmaqla bütün alt istehsal proseslərinin qurban qat istifadə etmədiyi mənasına gəlmir.
• Dəri replikasındakı %85-dən yuxarı effektiv təmas xətti yaşayan insan dərisinin bütün səthində %85 təmas nisbəti kimi şərh edilə bilməz.
• Çalışma kütləvi sənaye istehsalını, sterilizasiyanı, biotibbi sertifikatlaşdırmanı və ya xəstəxana istifadəsini doğrulamamışdır.

Çalışmanın Metodu və Nəticələri

Əsas ESU film istehsalı

PI prekursor məhlulu NMP ilə 1:2 həcm nisbətində seyrəldilmiş, 30 dəqiqə qarışdırılmış və qabarcıqları uzaqlaşdırmaq üçün 30 dəqiqə vakuumda saxlanmışdır. Qarışım 50 × 50 mm şüşə üzərinə əvvəlcə 600 rpm-də 9 saniyə, sonra 2000 rpm-də 30 saniyə spin-coating ilə örtülmüşdür.

PI film 60 °C-dən 220 °C-yə qədər 20 °C pillələrlə və hər mərhələdə 10 dəqiqə saxlanaraq mərhələli şəkildə kürlənmişdir. Yaranan təxminən 0,5 µm PI filmdə sərbəst buraxılma konturu ProtoLaser R4 sistemi ilə 0,1 W və 100 kHz şərtlərində kəsilmişdir.

Daha sonra fotosensitiv PI qatı eyni əsas spin sürətləri ilə örtülmüş, 110 °C-də 4 dəqiqə ön bişirmə aparılmış, 200 mJ/cm² ekspozisiya edilmiş, inkişaf etdirilmiş və 110 °C-də 15 dəqiqə post-bake sonrasında qalınlaşdırılmış dəstək geometriyası yaradılmışdır.

Qızıl elektrod və temperatur sensoru

ESU PI üzərinə magnetron sputtering ilə 50 nm Au çökdürülmüşdür. Fotolitoqrafiya və KI/I₂/H₂O əsaslı yaş aşındırma ilə qızıl naxış yaradılmış və cihaz daha sonra suda sərbəst buraxılmışdır.

Təzyiq sensorunun xüsusi istehsal addımı

Təzyiq sensorunda Au interdigital elektrodlu ESU strukturundan ayrıca olaraq, şüşə üzərinə 1:10 nisbətində seyrəldilmiş PAA məhlulu spin-coating ilə tətbiq edilmiş və 85 °C-də 30 dəqiqə kürlənərək suda həll olunan qurban qat yaradılmışdır.

Bunun üzərinə 10:1 precursor:curing-agent nisbətindəki PDMS qarışığı toluenlə seyrəldilərək örtülmüş, 85 °C-də kürlənmiş və sonda 150 µg/mL təkdivarlı karbon nanotüp məhlulu stencil mask üzərindən püskürdülmüşdür.

Bu metod detalı məqalənin qurban qatsız əsas sərbəst buraxılma yanaşmasının əhatəsini düzgün şərh etmək baxımından vacibdir.

Mexaniki optimizasiya

İnterfeys yapışma təcrübəsi

Submikrometr PI filmin yapışma qüvvəsi havada 1,08 ± 0,06 N/m ölçülmüş, su içində isə istifadə olunan qüvvə ölçmə düzənində ölçülə bilən yapışma aşkar edilməmişdir.

ESU cihazlarının DI suda sərbəst buraxılma müddəti dizayn və ölçüyə görə təxminən 10–30 dəqiqə kimi verilmişdir.

Konformal təmas ölçümü

Barmaq ucu və ön qol dəri replikaları silikon qəlibləmə metodu ilə hazırlanmışdır. 0,5 µm və 5 µm PI filmlər profilometriya, SEM, optik görüntüləmə və konfokal mikroskopiya ilə müqayisə edilmişdir.

0,5 µm film barmaq izi topoqrafiyasını yaxından izləmiş; ön qol replikası üzərindəki 5 mm diametrli algılama sahəsində seçilmiş diametr istiqamətində effektiv konformal təmas xəttinin %85-i aşdığı hesablanmışdır.

sEMG elektrod xarakterizasiyası

Təmas empedansı TH2840B həssas LCR metr ilə ölçülmüşdür. Quru qalın elektrod, kommersiya yaş Ag/AgCl elektrod və ESU elektrod bir həftə müddətində müqayisə edilmişdir.

Hər gün ilk ölçmədən sonra elektrodlar dəriyə 20 dəfə taxılıb çıxarılmış və ikinci ölçmə alınmışdır. Beləliklə, bir həftənin sonunda ümumi yenidən istifadə sayı 100'ü aşmışdır.

sEMG ölçməsi

İki ESU elektrod ön qol üzərinə bipolar düzülüşlə yerləşdirilmiş və tutma zamanı flexor carpi radialis əzələsindən səthi elektromioqrafiya siqnalı qeyd edilmişdir. Fərqli tutma qüvvələri və təkrarlanan sabit tutma tapşırıqları qiymətləndirilmişdir.

ESU elektrodunun bildirilən siqnal-küy nisbəti 19,92 dB, kommersiya Ag/AgCl elektrodunki 15,46 dB-dir.

RTD temperatur performansı

Təzyiq sensoru performansı

Müqavimət tipli nano-mühəndislikli təzyiq sensorunda maksimum həssaslıq bölgəsi 62,92 kPa⁻¹, ikinci bölgə 33,63 kPa⁻¹ və daha yüksək təzyiq bölgəsindəki həssaslıq 0,49 kPa⁻¹ kimi verilmişdir.

Dövr qrafiki təxminən 4000 yükləmə dövrəsinə qədər performansın təkrarlanmasını göstərir. Mənbə bunu yaxşı dayanıqlığın sübutu kimi şərh edir.

İnsan iştirakçı və təhlükəsizlik sərhədi

Çalışmanın Experimental Section bölməsində təcrübələrə qatılan könüllülərdən məlumatlandırılmış razılıq alındığı göstərilir. Əsas mətndə ayrıca etik komitə nömrəsi və ya komitə adı verilmir.

sEMG ölçmələri insan ön qolunda həyata keçirilmişdir. Buna qarşılıq dəri səthinin ətraflı konformal təmas analizinin mühüm hissəsi silikon dəri və barmaq izi replikaları üzərində aparılmışdır.

Mənbə həmçinin PI filmin hava və su keçiriciliyinin məhdud olması səbəbilə uzun müddət dəridə saxlandıqda aydın qızartı və yüngül narahatlıq görülə bildiyini bildirir. Buna görə çalışma fasiləsiz və sınırsız dəri istifadəsinin təhlükəsiz olduğunu göstərmir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqat adı: Nano-thick freestanding and reusable epidermal electronics via edge-supporting strategy

Müəlliflər: Zehan Liu; Shengzhao Wang; Yina He; Chuchao Wang; Qihong Wu; Ran Yang; Xihan Wang; Weifeng Zhang; Weiqiang Hong; Yuan Gao; Yi Li; Mengxi Wu; Junshan Liu.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə bərabər birinci müəllif və ya bərabər töhfə bəyanı yoxdur.

Məsul müəlliflər: Yi Li, Mengxi Wu və Junshan Liu.

Qurum 1: State Key Laboratory of High-performance Precision Manufacturing, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.

Qurum 2: Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.

Qurum 3: AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, Chengdu, Sichuan, China. Yina He bu qurumla əlaqələndirilmişdir.

Jurnal: Microsystems & Nanoengineering.

Cild / məqalə nömrəsi: Volume 12, Article 292 (2026).

DOI:10.1038/s41378-026-01422-x

Nəşriyyat / platforma: Nature Portfolio / Springer Nature.

Mənbə növü və rəyçilik statusu: Rəyçi qiymətləndirməsindən keçmiş, yayımlanmış tədqiqat məqaləsidir.

Nəşr prosesi: 19 may 2026'da alınmış; 21 iyun 2026'da yenidən işlənmiş; 13 iyul 2026'da qəbul edilmiş; 14 avqust 2026'da yayımlanmış və eyni tarixdə version of record olaraq qeydə alınmışdır.

Rəsmi nəşr bağlantısı:Nature / Microsystems & Nanoengineering rəsmi məqalə səhifəsi

Lisenziya: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Müəllif hüququ/vizual qeyd: Lisenziya uyğun istinadla qeyri-kommersiya paylaşımını mümkün etsə də, dəyişdirilmiş və ya uyğunlaşdırılmış mənbə materialının paylanmasına icazə vermir. Buna görə Verianla məqaləsində mənbə şəkillərinin törəmə yenidən çəkimi edilməmişdir.

Maliyyələşmə: Fundamental and Interdisciplinary Disciplines Breakthrough Plan of the Ministry of Education of China (JYB2025XDXM908); Rejuvenating Liaoning Talents Plan of Liaoning Province (XLYC2403098); Science and Technology Innovation Fund of Dalian (2024JJ12GX023 və 2025JJ12PT021); Dalian University of Technology dəstəyi (DUT25YG255).

Veri əlçatanlığı: Verilərin məqbul tələb əsasında məsul müəlliflərdən əldə oluna biləcəyi bildirilir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bildirmişdir.

İştirakçı razılığı: Təcrübələrə qatılan könüllülərdən məlumatlandırılmış razılıq alınmışdır. Əsas məqalədə ayrıca etik komitə adı və ya təsdiq nömrəsi göstərilmir.

Müəllif töhfələri: Zehan Liu, Shengzhao Wang, Chuchao Wang və Ran Yang cihazları layihələndirmiş, istehsal etmiş və xarakterizə etmişdir. Zehan Liu və Qihong Wu siqnal toplama dövrələrini layihələndirib istehsal etmişdir. Zehan Liu, Xihan Wang, Weifeng Zhang, Weiqiang Hong və Yuan Gao veriləri analiz etmiş və şəkilləri hazırlamışdır. Zehan Liu, Mengxi Wu və Junshan Liu məqaləni yazmışdır. Yina He, Yi Li, Mengxi Wu və Junshan Liu layihəni nəzarətdə saxlamışdır.

Kritik əhatə qeydi — qurban qatı: Əsas ESU platformasının şüşə daşıyıcıdan su ilə sərbəst buraxılması ayrıca qurban qat və ya aşındırıcı tələb etmir. Bununla birlikdə təzyiq sensorunun PDMS/SWCNT aktiv komponentini hazırlayan xüsusi metod bölməsində suda həll olunan PAA qurban qatı istifadə olunur. Buna görə “bütün sensor istehsalı tamamilə qurban qatsızdır” nəticəsi mənbə tərəfindən dəstəklənmir.

Kritik yenidən istifadə sərhədi: Yenidən istifadə performansı təxminən bir həftəlik və 100-dən çox taxıb-çıxarma əməliyyatına əsaslanır. Səth kontaminasiyasını azaltmaq üçün elektrodun etanolla və hədəf dəri bölgəsinin spirtli pambıqla təmizlənməsi tələb olunmuşdur.

Kritik dəri istifadəsi sərhədi: Mənbə PI-nin aşağı hava və su keçiriciliyi səbəbilə uzunmüddətli yapışmada dəri qızartısı və yüngül narahatlıq yarana bildiyini bildirir. Çalışma uzunmüddətli dermatoloji və ya klinik təhlükəsizlik tədqiqatı deyil.

Elmi məzmun qeydi: Bu Verianla açıqlaması mənbə çalışmanın əsas mətni, metod bölməsi, Şəkil 1–5, sayısal nəticələr və nəşr metadata-sı əsasında hazırlanmışdır. Xəstəlik diaqnozu, müalicə uğuru, uzunmüddətli klinik təhlükəsizlik və ya kütləvi kommersiya istehsalı barədə mənbədə olmayan iddia əlavə edilməmişdir.