Tədqiqatçılar simsiz biosensorların MHz səviyyəsində klassik LC rezonansına asılılığını azaltmaq məqsədilə ion hərəkəti ilə elektron rezonansı birbaşa əlaqələndirən WiLECS adlı platforma hazırlayıblar. Sistem xitozan matrisinə yerləşdirilmiş xolin-malat ion mayesini, 2-merkaptoetanol ilə funksionallaşdırılmış qızıl nanohissəcikləri və elastik LC anten strukturunu birləşdirir. Təzyiq tətbiq edildikdə qızıl nanohissəciklərin ətrafında hidrogen rabitələri ilə saxlanılan ionların sərbəst qalması elektrik ikiqat təbəqə tutumunu dəyişir; bu dəyişiklik də LC dövrəsinin rezonans tezliyinə ötürülür. Beləliklə sistem 1 MHz-dən aşağı tezlikdə simsiz işləyə bilir. HD-ME ion jelində təzyiqdən asılı relaksasiya müddətinin dəyişməsi %51,8, CS+IL ion jelində isə %21,1 ölçülüb; HD-ME təzyiq sensoru həmçinin 17,36 kPa⁻¹ həssaslıq göstərib. Süni arteriya modelində simsiz ölçmələrdə HD-ME əsaslı sistemin siqnal-küy nisbəti 78 dB, ənənəvi CS polimer jel sensorunda isə 15 dB olaraq bildirilib.

Tədqiqatın əsas yeniliyi yalnız aşağı tezlikdə işləməsi deyil. Əsas mexanizm təzyiqin ionların tutulma və sərbəst buraxılma vəziyyətini birbaşa dəyişməsi və bu ionik dəyişmənin elektron rezonansa bağlanmasıdır. Tədqiqatçılar bu mexanizmi FTIR, Raman, elektrokimyəvi və dielektrik ölçmələr; təzyiqdən asılı tutum təcrübələri; elektromaqnit simulyasiyalar və süni arteriya qurğusu ilə müxtəlif miqyaslarda araşdırıblar.

Bununla belə, tədqiqat insanlarda aparılmış klinik qan təzyiqi sınağı deyil. Qan təzyiqinin nümayişi balon kateterlə yaradılan süni arteriya modelində aparılmışdır; toxuma üzərindən simsiz ötürmənin qiymətləndirilməsində isə 7 mm qalınlığında donuz dərisindən istifadə olunmuşdur. Buna görə nəticələr insanlarda uzunmüddətli implantasiya uğuru və ya klinik qan təzyiqi ölçmə dəqiqliyinin sübutu kimi şərh edilməməlidir.

Türkiyə baxımından nə ifadə edir?

Tədqiqat Türkiyədə aparılmayıb və Türkiyədəki xəstələr, klinik mühitlər və ya səhiyyə sistemi üzərində birbaşa doğrulama ehtiva etmir. Bununla belə, aşağı tezlikli, batareyasız və ya passiv simsiz biosensor tədqiqatları baxımından üsul biotibbi elektronika, elastik sensor, implantasiya edilə bilən cihaz və ionik material hazırlayan tədqiqat qrupları üçün texniki yanaşma təqdim edir. Türkiyədə real tibbi tətbiqə ötürülməsi üçün insan anatomiyası, real damar toxuması, uzunmüddətli biouyğunluq, qablaşdırma, sterilizasiya, mexaniki dayanıqlıq və klinik ölçmə dəqiqliyi kimi amillər ayrıca təsdiqlənməlidir. Bu tədqiqat bunları birbaşa sınaqdan keçirmir.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Passiv simsiz biosensorların mühüm hissəsi induktor-kondensator, yəni LC rezonator arxitekturasına əsaslanır. Belə sistemin rezonans tezliyi induktivlik və tutumla müəyyən olunur. Ənənəvi dielektrik kondensatorların tutumu məhdud olduqda uyğun rezonans əldə etmək üçün sistem daha yüksək tezliklərdə işləməlidir.

Tədqiqatçılar bu arxitekturadakı problemi yalnız anten həndəsəsini dəyişən elektromaqnit dizayn problemi kimi deyil, kondensatorun fiziki iş mexanizmini dəyişdirməklə həll etməyi hədəfləyiblər. Klassik dielektrik tutum əvəzinə ionların elektrod səthlərində yaratdığı yüksək elektrik ikiqat təbəqə tutumu (electric double layer, EDL) istifadə olunub.

Beləliklə sensorun mexaniki stimula cavabı yalnız iki elektrod arasındakı məsafənin və ya dielektrik həndəsənin dəyişməsindən asılı olmaqdan çıxarılaraq ion hərəkətinin özünə bağlanıb.

WiLECS necə işləyir?

WiLECS sisteminin hissedici bölməsi xitozan əsaslı ion jelindən ibarətdir. Jeldə xolin-malat ion mayesi [Ch]⁺[Ma]⁻ mövcuddur. Sistemə həmçinin səthi 2-merkaptoetanol (ME) molekulları ilə funksionallaşdırılmış qızıl nanohissəciklər (AuNP) əlavə olunur.

Funksionallaşdırılmış nanohissəciklər yalnız doldurucu rolunu oynamır. Tədqiqatın mexanizm təklifinə görə onların səthindəki funksional qruplar ion mayesi ilə hidrogen rabitələri yaradaraq ionları müəyyən sahələrdə saxlayır.

Təzyiq tətbiq edilməzdən əvvəl bu ionların hərəkətliliyi məhdudlaşdırılır. Təzyiq tətbiqi ilə jel matrisi və nanohissəcik arasındakı mexaniki xassələr fərqinə görə interfeysdə gərginlik cəmlənir; hidrogen rabitələrinin zəifləməsi ilə bəzi ionlar sərbəst qalır və tətbiq olunan elektrik sahəsi altında elektrodlara doğru hərəkət edə bilir.

Elektrod interfeysində sərbəst ionların sayının artması daha güclü elektrik ikiqat təbəqə yaradır. Nəticədə tutum dəyişir və LC rezonatorun rezonans tezliyi sürüşür.

Elektrik ikiqat təbəqə niyə vacibdir?

Klassik tutumlu təzyiq sensorunda ölçmə əsasən dielektrik təbəqənin sıxılması, elektrodlararası məsafənin dəyişməsi və ya struktur həndəsəsinin deformasiyası ilə həyata keçirilir. WiLECS-də isə tədqiqatçılar ionların elektrod interfeysinə daşınması nəticəsində yaranan EDL tutumundan istifadə edirlər.

Aşağı tezlikdə ionların hərəkət etməsi üçün daha uzun vaxt olduğuna görə ionik sistemin tutumu daha aydın görünür. Tədqiqatda tezlik azaldıqca CS+IL ion jelində EDL tutumunun artdığı göstərilib.

HD-ME sistemində isə vacib olan başlanğıcda mümkün qədər çox ionu hərəkətdən saxlamaq, sonra təzyiq gələndə onların sərbəst qalmasını təmin etməkdir. Buna görə HD-ME jelinin başlanğıc tutumu daha aşağı olsa da, təzyiq altında tutum dəyişikliyi daha böyükdür.

LC rezonansı ilə ion hərəkəti necə əlaqələndirilir?

Tədqiqatda rezonans tezliyi aşağıdakı münasibətlə ifadə olunur:

\[ f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \]

Burada:

• f₀: LC dövrəsinin rezonans tezliyidir.
• L: antenin induktivliyidir.
• C: ionik sensorun tutumudur.

Tədqiqatda rezonans tezliyi dəyişikliyi də belə verilib:

\[ \Delta f_0=\frac{\Delta C}{4\pi\sqrt{LC^3}} \]

Mənbədəki tənlik göstərimi burada olduğu kimi qorunub. Tədqiqatın bəzi qrafiklərində tezlik sürüşməsi −Δf₀ kimi təqdim olunduğundan işarə konvensiyası ilə sürüşmənin böyüklüyü bir-birindən ayrılmalıdır. Buna görə tənlik xaricdən törəmə alınaraq səssizcə dəyişdirilməyib.

Fiziki baxımdan WiLECS üçün əsas əlaqə budur: təzyiq → ionların sərbəstləşməsi → EDL tutumunun dəyişməsi → LC rezonans tezliyinin dəyişməsi.

İon jelinin tərkibi necə seçildi?

Əsas polimer kimi xitozan istifadə olunub. Xolin-malat ion mayesinin miqdarı artırıldıqca mobil ionların sayının və bununla da EDL tutumunun artdığı müşahidə edilib. İon mayesi eyni zamanda xitozan matrisində plastikləşdirici təsir göstərərək elastiklik modulunu azaldıb.

Lakin ion mayesinin miqdarı %50 kütlə nisbətini keçdikdə ion sızması baş verib və vahid jel əmələ gəlməsi pozulub. Tədqiqatçılar buna görə yüksək ion tərkibinin üstünlüyünü qoruyaraq ion hərəkətini idarə edə bilmək üçün funksionallaşdırılmış Au nanohissəcikləri ion tələsi kimi istifadə ediblər.

Qızıl nanohissəciklərin səthi necə funksionallaşdırıldı?

50 nm Au nanohissəcik məhluluna 2-merkaptoetanol əlavə edilib. Tədqiqatçılar səth funksionallaşdırma sıxlığını həm nanohissəcik ölçüsü, həm də reaksiya pH-ı vasitəsilə idarə ediblər.

Yüksək sıxlıqlı funksionallaşdırma üçün reaksiya pH 9,1 şəraitində aparılıb və sintez edilən hissəciklər daha sonra pH 7 mühitində dispersiya olunub. Daha aşağı pH şəraitində tiol qrupunun deprotonlaşmasının çətinləşməsi səbəbindən Au-S koordinasiyasının məhdudlaşacağı gözlənilir.

Spektroskopik doğrulama nə göstərdi?

Funksionallaşdırılmamış AuNP-lərdə UV-Vis absorbsiya zirvəsi 561 nm ətrafında müşahidə edilərkən, ME ilə səth modifikasiyasından sonra zirvə 557 nm-ə sürüşüb.

FTIR analizində başlanğıcdakı 2556 cm⁻¹ S-H dartılma zirvəsinin yox olduğu, mənbədə Au-S rabitəsinin əmələ gəlməsi ilə əlaqələndirilən 2970 cm⁻¹ zolağının meydana çıxdığı bildirilir. Bundan əlavə, 2910 cm⁻¹ ətrafındakı CH₂ asimmetrik zolağı səth molekullarının nanohissəciklərə kimyəvi şəkildə bağlanmasının dəstəkləyici göstəricisi kimi şərh olunub.

Təzyiqlə ionların sərbəst buraxılması mexanizminin araşdırılmasında isə xolinin C-O spirt zirvəsi 1076 cm⁻¹-dən 1080 cm⁻¹-ə, malatın C-O spirt zirvəsi isə 1028 cm⁻¹-dən 1033 cm⁻¹-ə sürüşüb. Tədqiqatçılar bu dəyişikliyi təzyiq altında hidrogen rabitələrinin zəifləməsi və ionların AuNP səthindən sərbəst qalması ilə əlaqələndirirlər.

Raman analizində xolinin hidrogen rabitələri ilə əlaqəli gauche konformasiyasına aid 712 cm⁻¹ zirvəsi ilə təxminən 770 cm⁻¹ trans konformasiya zirvəsi müqayisə edilmiş və HD-ME sistemində gauche siqnalının aydınlaşması ion mayesinin hidrogen rabitəsi qarşılıqlı təsirləri ilə saxlanmasını dəstəkləyən nəticə kimi istifadə olunub.

Təzyiq ion dinamikasını nə qədər dəyişir?

Tezlikdən asılı dielektrik analizdə tan δ = ε''/ε' davranışı istifadə edilərək relaksasiya xüsusiyyətləri qiymətləndirilib. Tədqiqatçılar təzyiq altında HD-ME ion jelinin relaksasiya müddətində %51,8 dəyişiklik müşahidə ediblər. CS+IL ion jelindəki dəyişiklik isə %21,1 olaraq bildirilib.

Bu fərq HD-ME səthində başlanğıcda hərəkətsiz saxlanılan ionların təzyiq tətbiqi ilə sərbəstləşməsi hipotezini dəstəkləmək üçün istifadə olunub. Lakin tan δ analizindən çıxarılan sərbəst ion sıxlığı və hərəkətlilik şərhlərinin ayrı-ayrı ionların birbaşa görüntülənməsinə bərabər olmadığı nəzərə alınmalıdır.

Təzyiq həssaslığı

Təzyiq sensorunun həssaslığı tədqiqatda aşağıdakı münasibətlə müəyyən edilir:

\[ S=\frac{\delta(\Delta C/C_0)}{\delta P} \]

• S: təzyiq həssaslığıdır.
• C₀: təzyiq tətbiq edilməzdən əvvəlki başlanğıc tutumudur.
• ΔC: tətbiq olunan təzyiq nəticəsində yaranan tutum dəyişikliyidir.
• P: tətbiq olunan təzyiqdir.

Bu tərifə görə aşağı başlanğıc tutumu və təzyiq altında böyük tutum dəyişikliyi yüksək həssaslıq yaradır. HD-ME ion jelinin ölçülmüş həssaslığı 17,36 kPa⁻¹ olaraq bildirilib.

Tədqiqatın simsiz sensorları ədəbiyyatdakı müxtəlif simsiz təzyiq sensor arxitekturaları ilə müqayisə etdiyi Şəkil 1f-də isə WiLECS üçün aşağı rezonans tezliyində 0,0036 mmHg⁻¹ həssaslıq dəyəri verilir. Bu iki rəqəm fərqli tərif və vahidlərdə bildirildiyi üçün bir-birinin yerinə istifadə edilməməlidir.

Cavab və bərpa müddəti

0,1 kPa təzyiq altında sensorun cavab müddəti 31 ms, bərpa müddəti isə 47 ms ölçülüb. Dinamik yükləmə-boşaltma sınaqlarında sensorun təxminən 1900 saniyəlik iş müddəti ərzində sabit cavab verdiyi bildirilir.

Mexaniki yumşaqlıq niyə lazımdır?

İon jelinin damar toxumasına mexaniki uyğunluğunu təmin etmək üçün sərtliyinin aşağı saxlanması hədəflənib. Tədqiqatın mətnində ənənəvi xitozan jelinin modulu təxminən 400 MPa göstərilir. İon mayesi əlavə edildikdə CS+IL jelinin modulu təxminən 175 kPa-a düşür.

Şəkil 2e-dəki etiketlər PBS-də saxlandıqdan sonra jel sistemlərinin daha da yumşaldığını göstərir. Tədqiqatçılar bu dəyişikliyin yumşaq toxuma ilə daha uyğun təmas təmin etməsini hədəfləyirlər.

Bu mexaniki uyğunluq real damarda xroniki implant təhlükəsizliyinin sübutu deyil; tədqiqat uzunmüddətli canlı heyvan implantasiyası və ya insan implantasiyası aparmayıb.

Hüceyrə canlılığı sınağı

HD-ME ion jelinin biouyğunluğunun ilkin qiymətləndirilməsində insan dermal fibroblastlarından (HDFn) istifadə olunub. Hüceyrələr HD-ME ion jeli və ya PEDOT:PSS ilə 12, 24 və 48 saat təmas etdirilib və MTT sınağı tətbiq olunub.

HD-ME ion jelində iki günlük məruz qalmadan sonra hüceyrə canlılığının %80-dən yuxarı qaldığı bildirilib. Bu nəticə materialın qısamüddətli hüceyrə uyğunluğunu dəstəkləyir; lakin təkbaşına implantın uzunmüddətli biouyğunluğunu, iltihab davranışını və ya insanlarda təhlükəsizliyini sübut etmir.

Simsiz anten necə aşağı tezliyə endirildi?

İonik sensor təkbaşına kifayət deyil; sensorun tutumu antenin induktivliyi ilə birlikdə uyğun LC rezonansı yaratmalıdır. Tədqiqatçılar bu məqsədlə eyni sahə daxilində bobin dövrələrinin sayını artırıb və parazitik tutumu yüksəltmək üçün ikiqat anten dizayn ediblər.

Elastik çap dövrə lövhəsi quruluşu istifadə edilərək nazik və bədənə uyğunlaşdırıla bilən anten yaradılıb. Anten dizaynında oxuyucu bobin 20 dövrə, sensor bobini isə 70 dövrə olacaq şəkildə modelləşdirilib.

Elektromaqnit dizayn üçün ANSYS HFSS, elektrik şəbəkəsi və S₁₁ qiymətləndirmələri üçün Keysight Advanced Design System istifadə olunub.

Bobinlər arasındakı əlaqə necə ifadə edildi?

Oxuyucu və sensor bobinləri arasındakı maqnit əlaqə əmsalı aşağıdakı bərabərliklə verilir:

\[ k=\frac{M}{\sqrt{L_1L_2}} \]

• k: iki bobin arasındakı kuplaj əmsalıdır.
• M: qarşılıqlı induktivlikdir.
• L₁ və L₂: iki bobinin öz induktivlikləridir.

Simulyasiyada sensor və oxuyucu bobinləri arasındakı boşluq 1 mm ilə 25 mm arasında dəyişdirilib. HD-ME əsaslı sensorun 2,5 cm məsafədə də yüksək həssaslıqlı simsiz ötürməni davam etdirə bildiyi bildirilir.

Tədqiqatçılar həmçinin 1,25 cm × 1,25 cm anten ölçüsündə sistemin işləkliyini qiymətləndiriblər. Bu nəticə miniatürləşdirmə potensialını göstərir; birbaşa implantasiya edilmiş miniatür cihazın uzunmüddətli uğurunu göstərmir.

Süni arteriya təcrübəsi necə aparıldı?

WiLECS-in damar təzyiqinin monitorinqi prinsipini göstərmək üçün balon kateter və inflator istifadə edilən süni arteriya qurğusu yaradılıb. HD-ME ion jel sensoru manjetəbənzər PDMS struktura yerləşdirilib və balon kateterin genişlənib-daralması sensora periodik mexaniki təzyiq tətbiq edib.

Aterosklerotik lövhənin yarada biləcəyi damar daralmasını təqlid etmək üçün kateterə maye donuz yağı yeridilib və otaq temperaturunda bərkidilib. Mənbə bu modeli “normal” və “oily” arteriya şəraitini müqayisə etmək üçün istifadə edir.

Bu qurğu bioloji baxımdan real aterosklerotik arteriya deyil. Yağla yaradılan model sensorun müxtəlif mexaniki təzyiq şərtlərini ayırd edə bilmə qabiliyyətini göstərmək üçün istifadə olunan nəzarətli laboratoriya modelidir.

Süni arteriya modelində hansı nəticə əldə edildi?

CS jel, CS+IL ion jel və HD-ME ion jel sensorları müqayisə edildikdə HD-ME sistemi arteriyanın genişlənməsi ilə yaranan təzyiq dəyişikliklərinə ən yüksək tutum cavabını verib.

Simsiz ölçmədə də eyni meyl qorunub. HD-ME sensorda təzyiq artımı daha böyük rezonans tezliyi sürüşmələri yaradıb. Tədqiqatçılar bu davranışı ionların təzyiq altında tutulmuş vəziyyətdən sərbəst hala keçməsi ilə əlaqələndirirlər.

Siqnal-küy nisbəti

Süni arteriya təzyiq təcrübələrinə əsasən aparılan SNR qiymətləndirməsində HD-ME əsaslı sistem üçün 78 dB, ənənəvi CS polimer jel əsaslı dielektrik sensor üçün isə 15 dB dəyərləri bildirilib.

Bu müqayisə tədqiqatın öz təcrübə qurğusundakı siqnal-küy performansını göstərir. Fərqli elektron oxuyucular, toxuma həndəsələri, implantasiya dərinlikləri və ya klinik mühitlər üçün eyni SNR dəyərlərinin avtomatik keçərli olduğu anlamına gəlmir.

Toxuma və məsafə araya girdikdə ötürmə davam edirmi?

Simsiz ötürmənin fiziki maneələr altında qiymətləndirilməsi üçün TX və RX antenləri arasına əvvəlcə 5 mm qalınlığında aralıq qat, daha sonra 7 mm donuz dərisi yerləşdirilib.

Mənbə bu şəraitdə S₁₁ siqnal dəyərlərini müvafiq olaraq −13,4 dB, −10,26 dB və −4,53 dB səviyyələri ilə əlaqələndirir və təzyiqdən asılı rezonans dəyişikliyinin oxunmağa davam etdiyini bildirir. S₁₁ əksolunma əmsalı olduğundan daha az mənfi və ya daha çox mənfi dəyərlərin birbaşa “daha güclü bioloji siqnal” kimi şərh olunmaması lazımdır; burada vacib olan tədqiqatçıların təzyiqdən asılı rezonans dəyişikliyini maneə arxasında da izləyə bilməsidir.

Aşağı tezlik həqiqətən nə deməkdir?

WiLECS ölçmə sistemi 10 kHz–1 MHz tezlik intervalında xarakterizə edilib və cihazın hədəflənən iş sahəsi 1 MHz-dən aşağıdır. Bu yanaşma ənənəvi yüksək tezlikli LC sensorlarından daha aşağı elektromaqnit iş tezliklərinə keçidi təmin edir.

Lakin tədqiqatın “bio-safe” və ya bioloji baxımdan daha təhlükəsiz aşağı tezlik yanaşması genişmiqyaslı insan elektromaqnit məruz qalma tədqiqatı ilə təsdiqlənməyib. Tədqiqat əsasən sensor materialı, mexanotransduksiya, elektromaqnit rezonans və süni arteriya nümayişinə yönəlib. Buna görə tezliyin aşağı olması ilə uzunmüddətli klinik təhlükəsizliyin sübut olunması eyni şey deyil.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• İonik hərəkətin LC rezonansına birbaşa bağlanması ilə 1 MHz-dən aşağı simsiz sensor arxitekturasının həyata keçirilə bildiyini dəstəkləyir.
• HD-ME funksionallaşdırılmış AuNP strukturunun ionların tutulması və təzyiqlə sərbəst buraxılması mexanizmi ilə uyğun spektroskopik və elektrik dəyişiklikləri göstərdiyini dəstəkləyir.
• HD-ME ion jelinin CS+IL və CS əsaslı sistemlərə nisbətən daha güclü təzyiq cavabı yaratdığını göstərir.
• HD-ME sistemində təzyiq altında relaksasiya müddəti dəyişikliyinin %51,8-ə çatdığını göstərir.
• HD-ME tutumlu təzyiq sensorunda 17,36 kPa⁻¹ həssaslıq bildirilib.
• 0,1 kPa şəraitində 31 ms cavab və 47 ms bərpa müddəti ölçülüb.
• Süni arteriya qurğusunda simsiz rezonans sürüşmələri vasitəsilə təzyiq dəyişikliklərinin izlənə bildiyini göstərir.
• 7 mm donuz dərisi araya yerləşdirildikdə də təzyiqdən asılı simsiz oxumanın davam etdiyini göstərir.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

• İnsanlarda klinik qan təzyiqi ölçmə dəqiqliyi sübut edilməyib.
• Canlı insan damarına implantasiya həyata keçirilməyib.
• Uzunmüddətli implant biouyğunluğu göstərilməyib.
• Xroniki iltihab, fibroz və ya immun cavab qiymətləndirilməyib.
• İnsan bədənində aylar və ya illər ərzində simsiz iş nümayiş etdirilməyib.
• Süni yağla yaradılan arteriya modeli real insan aterosklerozunun bütün biomexaniki xüsusiyyətlərini təmsil etmir.
• Aşağı tezlikdə işləmənin təkbaşına bütün elektromaqnit təhlükəsizlik risklərini aradan qaldırdığı sübut olunmayıb.
• 1,25 cm × 1,25 cm anten nümayişi klinik implantın uğurla miniatürləşdirildiyinin sübutu deyil.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

İon mayesinin sintezi

Xolin-malat [Ch]⁺[MA]⁻ ion mayesi duz metatezi üsulu ilə hazırlanıb. Metanolda 2 M malik turşu məhlulu 0,8 M xolin bikarbonat məhluluna 25 °C-də yavaş-yavaş əlavə edilib və CO₂ çıxışı üçün 4 saat qarışdırılıb.

Metanol və su rotasiya buxarlandırma ilə 80 °C-də 12 saat uzaqlaşdırılıb; daha sonra məhsul 80 °C-də 48 saat vakuum sobasında qurudulub.

ME ilə funksionallaşdırılmış Au nanohissəciklərin hazırlanması

• 2-merkaptoetanol miqdarı: 556 µL
• AuNP məhlulu: 5 mL
• AuNP nominal ölçüsü: 50 nm
• Sınaqdan keçirilən bufer pH dəyərləri: 3,8; 4,5; 9,1
• Ultrasəs vannası: 30 dəqiqə
• Otaq temperaturunda yavaş vortex ilə inkubasiya: 12 saat
• Sentrifuqalama: 12.500 g, 4 °C, 12 dəqiqə, iki dəfə
• Təmizləmədən sonra yenidən dispersiya: 1 mL Milli-Q su

Xitozan ion jelinin hazırlanması

Xitozan məhlulu %2 kütlə xitozan və %1 v/v sirkə turşusu ilə hazırlanıb. Xolin-malat ion mayesi %10, %30 və %50 kütlə nisbətlərində xitozan məhluluna əlavə edilib.

Qarışıqlar otaq temperaturunda 24 saat qarışdırılıb və homogenləşdirmə üçün 30 dəqiqə sonikasiyaya məruz qoyulub.

Daha sonra 1 mL funksionallaşdırılmış AuNP məhlulu ion jel məhlulu ilə qarışdırılıb və gecə boyu zəif qarışdırma tətbiq olunub. Hazırlanan məhluldan 10 g şüşə petri qabına tökülüb və otaq temperaturunda 48 saat bərkidilib.

Simsiz ionik sensorun istehsalı

PDMS ara təbəqə təxminən 1 cm × 1 cm sahədə və 500 µm qalınlıqda hazırlanıb. Mənbənin metod mətnində PDMS və bərkidici nisbəti 1:10 kütlə nisbəti kimi verilib; burada mənbə ifadəsi olduğu kimi qorunub.

PDMS 80 °C-də 4 saat tavlanıb. İonik sensor metal-izolyator-metal (MIM) quruluşunda hazırlanıb.

Yuxarı və aşağı elektrodlar PET üzərinə termal buxarlandırma ilə örtülən 3 nm Cr / 30 nm Au qatlarından hazırlanıb. Elektrodlarla anten arasındakı elektrik əlaqəsində qızıl tel istifadə olunub.

Materialın xarakterizasiyası

Mexaniki xarakterizasiya

Polimer filmlər 25 °C-də, 1 kN yük hüceyrəli UTM QRUTS-S105 cihazı ilə və 10 mm/dəqiqə dartılma sürətində sınaqdan keçirilib. Nümunələr ASTM D638-02a Tip V standartına uyğun hazırlanıb.

Young modulu gərginlik-deformasiya əyrisinin %0–5 deformasiya intervalındakı meylindən hesablanıb. Nəticələr eyni şərtlərdə sınaqdan keçirilən beş nümunənin orta qiyməti ± standart sapma kimi bildirilib.

Hüceyrə canlılığı üsulu

HDFn hüceyrələri 1,5 mg HD-ME ion jeli və ya PEDOT:PSS ilə 12, 24 və 48 saat təmas etdirilib.

Daha sonra %10 MTT məhlulu əlavə olunub və hüceyrələr 37 °C, %5 CO₂ şəraitində 4 saat inkubasiya edilib. Optik sıxlıq 570 nm-də ölçülüb.

Elektrokimyəvi impedans spektroskopiyası

EIS ölçmələri PGSTAT302N elektrokimyəvi analizatoru ilə otaq temperaturunda 0,1 Hz–100 kHz intervalında və 10 mV AC siqnal ilə aparılıb.

Təxminən 500 µm qalınlığında polimer filmlər, diametri 10 mm olan iki paslanmayan polad elektrod arasına yerləşdirilib.

İonik keçiricilik aşağıdakı bərabərliklə hesablanıb:

\[ \sigma=\frac{l}{R_bA} \]

• σ: ionik keçiricilikdir.
• l: polimer filmin qalınlığıdır.
• A: elektrod sahəsidir.
• R_b: Nyquist əyrilərindən müəyyən edilən həcm müqavimətidir.

Tutum və təzyiq ölçmələri

Tutum ölçmələri Agilent E4980A Precision LCR Meter ilə aparılıb. Pyezotutumlu sensorda təxminən 500 µm qalınlığında ion jel filmi və təxminən 0,75 cm² sensor sahəsi istifadə olunub.

Təzyiq xarakterizasiyasında proqramlaşdırıla bilən xyz prob stansiyası istifadə olunub. Mövqe ayırdetməsi 0,1 µm, qüvvə göstəricisinin ayırdetməsi 0,005 N idi. Tutum və tətbiq olunan yük LabVIEW əsaslı sistemlə eyni vaxtda qeydə alınıb.

Simsiz sistem xarakterizasiyası

• Elektromaqnit anten modeli: ANSYS HFSS
• Şəbəkə/S₁₁ analizi: Keysight ADS
• Anten dielektriki: poliamid
• Keçirici: mis
• Oxuyucu bobin: 20 dövrə
• Sensor bobin: 70 dövrə
• Vektor şəbəkə analizatoru: Keysight E5071C
• VNA cihaz intervalı: 9 kHz–8,5 GHz
• Tədqiqatda istifadə olunan ölçmə intervalı: 10 kHz–1 MHz

Əsas ədədi nəticələrin xülasəsi

Bu nəticələrin hamısı tədqiqatın öz laboratoriya qurğularına aiddir. Xüsusilə süni arteriya, bobin məsafəsi və donuz dərisi təcrübələri real insan implantasiyası və ya klinik qan təzyiqi doğrulaması ilə eyni deyil.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal iş adı: Low-frequency ionic-electronic coupling for energy-efficient noise-resilient wireless bioelectronics

Müəlliflər: Ji Hong Kim; Haerim Kim; Jaewon Rhee; Joo Sung Kim; Hanbin Choi; Won Hyuk Choi; Yoseph Park; Jong Hwi Kim; So Young Kim; Seungyoung Ahn; Do Hwan Kim.

Bərabər töhfə: Ji Hong Kim və Haerim Kim işə bərabər töhfə verib.

Məsul müəlliflər: Seungyoung Ahn və Do Hwan Kim.

Qurumlar:

• Department of Chemical Engineering, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea.
• Cho Chun Shik Graduate School of Mobility, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon, Republic of Korea.
• Institute of Nano Science and Technology, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea.
• Clean-Energy Research Institute, Hanyang University, Seoul, Republic of Korea.

Jurnal: Nature Communications

Nəşriyyat: Springer Nature / Nature Portfolio

Cild: 17

Məqalə nömrəsi: 3800

İl: 2026

Alınma tarixi: 28 October 2025

Qəbul tarixi: 25 February 2026

Onlayn nəşr tarixi: 11 March 2026

Version of record: 27 April 2026

DOI:10.1038/s41467-026-70331-4

Rəsmi nəşr bağlantısı:Nature Communications rəsmi məqalə səhifəsi

Mənbə növü: Rəyli orijinal tədqiqat məqaləsi.

Nəşr statusu qeydi: Verianla üçün incələnən yüklənmiş mənbə qəbuldan sonra əlçatan edilmiş “Article in Press” və hələ redaksiya son işləməsindən keçməmiş versiyadır. Bibliografik yoxlamada eyni DOI-nin Nature Communications-da yekun dərc edilmiş qeydinin olduğu görülüb. Buna görə nəşr kimliyi yenilənmiş rəsmi qeyd üzrə verilib; məqalədəki elmi nəticələr, rəqəmlər və mexanizmlər isə yüklənmiş elmi mənbəyə sadiq qalaraq ötürülüb.

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Lisenziya uyğun istinad verilməsi və edilən dəyişikliklərin göstərilməsi şərti ilə paylaşma, uyğunlaşdırma və təkrar istifadəyə icazə verir. Üçüncü tərəf materialları üçün müvafiq şəkil və ya materialın ayrıca fərqli lisenziya qeydi daşıyıb-daşımadığı yoxlanmalıdır.

Məlumatların əlçatanlığı: Tədqiqatçılar işin nəticələrini dəstəkləyən müvafiq məlumatların məqalə və əlavə materiallarda olduğunu; əlavə məlumatların məsul müəlliflərdən istənə biləcəyini və Source Data faylının tədqiqatla birlikdə təqdim edildiyini bildirirlər.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşmasının olmadığını bəyan edirlər.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat Koreya Milli Tədqiqat Fondu və Koreya hökumətinin müvafiq tədqiqat proqramları ilə IITP dəstəkləri də daxil olmaqla müxtəlif milli tədqiqat fondları tərəfindən maliyyələşdirilib. Yekun rəsmi nəşr qeydi həmçinin Korea Basic Science Institute / National Research Facilities and Equipment Center dəstəyini ehtiva edir.

Müəllif töhfələri: Seungyoung Ahn və Do Hwan Kim layihəyə rəhbərlik edib. Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim və Haerim Kim nəzəri anlayışları hazırlayıb və təcrübələri dizayn edib. Ji Hong Kim və Haerim Kim təcrübələri həyata keçirib. Jaewon Rhee, Joo Sung Kim, Hanbin Choi, Won Hyuk Choi, Yoseph Park, Jong Hwi Kim və So Young Kim eksperimental proseslərə töhfə verib. Do Hwan Kim və Seungyoung Ahn məqaləni qiymətləndirib və rəy verib. Mətnin hazırlanmasına Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim və Haerim Kim töhfə verib; reviziyalara Do Hwan Kim cavabdeh olub. Bütün müəlliflər nəticələri müzakirə edib və yekun mətnə töhfə verib.

Elmi şərh sərhədi

Bu tədqiqat laboratoriya miqyaslı material xarakterizasiyası, elektron ölçmə, elektromaqnit simulyasiya və süni arteriya nümayişini birləşdirən eksperimental sensor işidir. İnsanlarda klinik sınaq aparılmayıb. Süni arteriya qurğusu və donuz dərisi üzərindən aparılan simsiz ötürmə təcrübələri real damar implantasiyasının bütün mexaniki, bioloji və elektromaqnit şərtlərini təkrarlamır.

HD-ME ion jelində müşahidə olunan spektroskopik, dielektrik və tutum dəyişiklikləri tədqiqatçıların ion tutma və təzyiqlə sərbəst buraxma mexanizmini dəstəkləyir; lakin bu, mexanizmin hər mikroskopik mərhələsinin birbaşa görüntüləndiyi anlamına gəlmir.

Aşağı tezlikli iş tədqiqatın bioloji baxımdan daha təhlükəsiz simsiz elektronika hədəfinin əsas komponentidir; lakin tədqiqat təkbaşına insanlarda uzunmüddətli elektromaqnit təhlükəsizliyinin sübutu deyil.

Mənbəyə sadiqlik qeydi: Bu Verianla açıqlamasına yüklənmiş tədqiqatdan kənar yeni eksperimental nəticə, yeni sensor performans dəyəri və ya yeni bioloji mexanizm əlavə edilməyib. Xarici yoxlama yalnız nəşr kimliyi, yekun nəşr statusu, qurum məlumatları, lisenziya və rəsmi bibliografik qeyd üçün istifadə edilib.