Бул изилдөө адам терисине дээрлик электрондук татуировкадай ылайыкташа турганчалык жука, бирок жылаңач кол менен ташууга өтө морт болгон нанометр калыңдыктагы эпидермалдык электроника үчүн жаңы механикалык архитектураны иштеп чыгат. Изилдөөчүлөр түзмөктүн активдүү борборун болжол менен 500 nm калыңдыкта калтырып, анын айланасын болжол менен 5 µm калыңдыктагы полиимид каркас менен бекемдешкен. Ошентип, борбордук аймактын теринин микро-текстурасына жогорку шайкештиги сакталганы менен, түзмөктү четинен пинцет менен кармоо, кабелдик туташуу жасоо, максаттуу беттен алып салуу жана кайра колдонуу мүмкүн болушу көздөлгөн. Калыңдатылган чет ошондой эле термалык дал келбестик чыңалуусун колдонуп, түзмөктүн суу ичинде негизги айнек астылыктан өзүнөн-өзү ажырашын баштайт.
Изилдөөдө бул “edge-supported ultrathin”, башкача айтканда четинен колдоого алынган ультра-жука (ESU) платформа менен үч түрдүү сезүү колдонмосу көрсөтүлдү. Болжол менен 500 nm калыңдыктагы кургак физиологиялык электрод адам терисинде 1 kHz'де 3,60 ± 0,01 kΩ баштапкы контакт импедансын берди. Ушул эле электрод бир жуманын ичинде 100'дөн ашык тагып-чечүү операциясынан кийин 7,908 ± 0,006 kΩ деңгээлинде өлчөндү. 0,5 µm калыңдыктагы каршылык тибиндеги температура сенсорунун %90 жооп берүү убактысы 0,48 ms болсо, 5 µm калыңдыктагы салыштырма сенсордо бул убакыт 11,54 ms болду. Нано-инженердик басым сенсорунун эң сезимтал аймагында болсо 62,92 kPa−1 сезимталдык маалымдалды.
Изилдөөнүн негизги жаңылыгы сенсорду жөн гана жукартуу эмес. Наноөлчөмдөгү сезүү аймагы, калыңыраак тегерек чет жана серпантин туташуу бири-биринен айырмаланган механикалык милдеттерди аткарат: ультра-жука борбор териге ылайыкташат; калың чет ташуу жана чечүү маалында түзүлүштү коргойт; серпантин көпүрө болсо деформацияны сиңирип, кабель жана pad аймагынан келген жүктөрдүн сезимтал борборго өтүшүн азайтат.
Ошентсе да натыйжалар медициналык диагноз же узак мөөнөттүү клиникалык колдонуу далили эмес. Адамда жүргүзүлгөн бөлүк беттик электромиография (sEMG) сигналдарын жазууга багытталган. Макала катышуучулардан маалымдалган макулдук алынганын билдирет, бирок бул клиникалык дарылоо же ооруну аныктоо изилдөөсү эмес. Мындан тышкары, полиимид пленканы териде узак убакыт кармоо кызарууга жана жеңил ыңгайсыздыкка алып келиши мүмкүн экени булакта ачык көрсөтүлгөн. Ошондуктан чечип кайра тагууга мүмкүн болуу өзгөчөлүгү өндүрүштүк ыңгайлуулук гана эмес, колдонуу жагынан да маанилүү.
Türkiye контекстинде ыкма тагынуучу саламаттык электроникасы, электрондук тери, адам-машина интерфейстери, робототехника жана микро/нано сенсор изилдөөлөрү жагынан бааланышы мүмкүн. Бирок изилдөөдө Türkiye'деги өндүрүш инфраструктурасы, биомедициналык жөнгө салуу, клиникалык колдонуу же жергиликтүү сериялык өндүрүш наркы каралган эмес. Лабораториялык жыйынтык түздөн-түз коммерциялык же клиникалык продукт ийгилиги катары чечмеленбеши керек.
Нано калыңдыктагы электроника эмне үчүн артыкчылык да, көйгөй да жаратат?
Эпидермалдык электрониканын маанилүү максаттарынын бири — сенсор менен адам терисинин ортосундагы механикалык дал келбестикти мүмкүн болушунча азайтуу. Тери түз бет эмес; анда манжа изинин кырлары, тер тешиктери жана кеңири масштабдагы микро бүктөмдөр бар. Электрондук пленка канчалык калың жана катуу болсо, бул микро түзүлүштөрдү ээрчүү ошончолук кыйын болот.
Булак таянган мурдагы механикалык изилдөөлөр полиимид негизиндеги эпидермалдык электроникада калыңдыкты бир нече микрометрден төмөн түшүрүү теринин текстурасына конформалдык контактты олуттуу көбөйтө аларын көрсөтөт. Бирок анын ордуна ийилүү катуулугу өтө тез төмөндөйт. Нанометр калыңдыктагы өз алдынча пленка аба агымы, электростатикалык күч, беттик күчтөр же майда механикалык контакт менен эле ийилип, бырышып же өз үстүнө бүктөлүп калышы мүмкүн.
Ошондуктан изилдөөнүн көйгөйү “дагы жука сенсор кантип жасалат?” деген суроодон кененирээк: Нанометр калыңдыктын конформалдык контакт артыкчылыгын сактап, ошол эле учурда түзмөктү өндүрүүгө, кармоого, туташтырууга, чечүүгө жана кайра колдонууга жарамдуу кылуу мүмкүнбү?
Четин колдоо стратегиясы кантип иштейт?
Сүрөт 1'деги негизги түзмөк үч механикалык аймактан турат:
- Ультра-жука активдүү арал: болжол менен 500 nm калыңдыктагы PI пленка; электрод же сенсор ушул жерде жайгашат.
- Бекемделген перифериялык каркас: болжол менен 5 µm калыңдыктагы фотосезимтал PI; ташуу, көтөрүү жана тышкы күчтөрдөн коргоону камсыздайт.
- Серпантин арал-көпүрө түзүлүшү: калыңдатылган туташуу сызыгынын ийилип-бурулуп деформацияны сиңиришин камсыздайт.
Четтин тегерек формада долбоорлонушунун себеби курч бурчтардагы чыңалуу топтолушун азайтуу. Булактагы акыркы элемент эсептөөсүндө %1 созулуу деформациясында курч өтмөлүү дизайндагы максималдуу чыңалуу 261 MPa болсо, ийри өтмө менен 121 MPa'a түшкөн. Авторлор бул маанини полиимид үчүн колдонгон болжол менен 200 MPa созулуу бекемдигинен төмөн деп баалашат.
Серпантин түзүлүшү мындан да айкын механикалык айырма жараткан. Серпантинсиз түзүлүш %10 деформацияда 570 MPa максималдуу чыңалуу көрсөтсө, серпантиндүү түзүлүштө %50 сыяктуу кыйла жогорку жалпы деформацияда максималдуу чыңалуу 79,9 MPa болгон. Ошол эле шартта нанометр калыңдыктагы сенсор аралында эсептелген чыңалуу болгону 7,47 MPa'дыр.
Жукалык жана механикалык чыдамкайлык бир түзмөктө кантип ажыратылат?
Бул жердеги дизайн логикасы бүт түзмөктү бирдей калыңдыкта жасоо эмес. Механикалык касиет функциясына жараша аймактык бөлүштүрүлгөн. Тери менен чыныгы сигнал алмашуу жүргөн жерде пленка мүмкүн болушунча жука кармалат; пинцет тийе турган чет, кабель ширетиле турган pad жана чыңалуу өтө турган туташуу болсо калыңыраак жасалат.
Ошондуктан “5 µm'лик колдоо нанометр масштабындагы конформалдык контактты жок кылабы?” деген суроо өтө маанилүү. Изилдөөдө жүргүзүлгөн тери репликасы тажрыйбалары четке жакын аймакта контакт толук эмес экенин, бирок 5 mm диаметри бар борбордук 500 nm сезүү аймагында эффективдүү контакт сызыгы %85тен жогору деп болжолдонгонун көрсөтөт.
Түзмөк өндүрүш учурунда кантип даярдалат?
Verianla Live: Четинен колдоого алынган нано-электрониканын өндүрүш жана бошотуу чынжыры
Төмөнкү процесс булак изилдөөсүнүн негизги ESU платформасынын өндүрүш тартибин кыскача берет. Басым сенсоруна өзгөчө кошумча нано-композит өндүрүш кадамдары бул негизги процесстен өзүнчө бааланышы керек.
| Этап | Түшүндүрмө | Булак |
|---|---|---|
| 1. Нано PI өзөгү | Болжол менен 500 nm калыңдыктагы полиимид пленка айнек алып жүрүүчү үстүнө spin-coating менен түзүлөт жана термалык түрдө катып бышырылат. | Сүрөт 1i; Experimental Section |
| 2. Контур түзүү | Ультра-жука PI'нин керексиз аймактары лазер менен кесилип, сезүү аралы жана бошотуу чек арасы аныкталат. | Сүрөт 1i |
| 3. Бекемделген чет | Болжол менен 5 µm фотосезимтал полиимид оймолонуп, тегерек чет каркасы, серпантин туташуу жана механикалык pad аймагы түзүлөт. | Сүрөт 1a, 1d, 1i |
| 4. Функционалдык катмар | Колдонмого жараша, мисалы, 50 nm Au электрод катмары оймолонуп түзүлөт. | Сүрөт 1i; Experimental Section |
| 5. Жарым-жартылай каптоо / колдонмого өзгөчө түзүлүш | Электрод, температура сенсору же басым сенсоруна тиешелүү функционалдык катмарлар аяктайт. | Сүрөт 1i; Experimental Section |
| 6. Сууга чөмүлтүү | DI суу PI менен айнек ортосундагы интерфейске кирип, жабышууну күчтүү түрдө азайтат. | Сүрөт 2d–g |
| 7. Четтен башталган ажыроо | Калың четтеги термалык дал келбестик чыңалуусу баштапкы ажыроону жана интерфейс боюнча илгерилеген бошонууну колдойт. | Сүрөт 2a–c |
| 8. Түзмөктү алуу | Четтин көбү ажырагандан кийин колдоо каркасын пинцет менен кармап, түзмөктү суудан чыгарууга болот. | Сүрөт 1e–f; Methods |
Verianla Live: Илимий source-of-truth жогорудагы көрүнгөн таблица болуп саналат. “Курмандык катмарсыз” деген сөз айкашы ESU платформасынын негизги алып жүрүүчүдөн бошотулуу механизмин гана сүрөттөйт.
Суу ичинде өзүнөн-өзү ажыроонун физикалык механизми эмне?
Өндүрүштө нано калыңдыктагы пленканы айнектен механикалык түрдө сыйрып алуу олуттуу көйгөй. Пленка өтө жумшак болгондуктан сыйруу күчү кичинекей аймакта топтолуп, жыртылууга же бырышууга алып келиши мүмкүн.
Четинен колдоого алынган дизайн бул көйгөйдү эки физикалык таасирди бириктирүү менен чечүүгө аракет кылат. Биринчиси — полиимид менен айнектин термалык кеңейүү жүрүм-турумдарынын айырмаланышы. PI жогорку температурада каткандан жана система муздагандан кийин пленкада термалык дал келбестик чыңалуусу калат. Калыңдык арткан сайын бул механикалык түрткү күч да өсөт.
Сүрөт 2a'дагы симуляцияда ар түрдүү PI калыңдыктары үчүн максималдуу термалык дал келбестик чыңалуулары болжол менен мындай берилген:
| PI калыңдыгы | Симуляциядагы максималдуу чыңалуу |
|---|---|
| 0,5 µm | 0,071 MPa |
| 5 µm | 0,279 MPa |
| 10 µm | 6,051 MPa |
0,5 µm пленка жалгыз өзү бул чыңалууну ажыроону уланта тургандай натыйжалуу колдоно албайт; өтө ийкемдүү чет өзүнүн үстүнө бүктөлүп, ажыроо фронтунун илгерилешин басаңдата алат. Болжол менен 5 µm'лик колдоо чети болсо биринчи боштуктун жаралышына жардам бере турган катуураак механикалык аймак берет.
Суунун ролу эмне?
Термалык чыңалуу жалгыз жетиштүү эмес. Изилдөөдө PI–айнек интерфейсинин жабышуу күчү абада 1,08 ± 0,06 N/m деп өлчөнгөн. Суу ичинде болсо колдонулган өлчөө системасы менен өлчөнө ала турган жабышуу күчү табылган эмес.
Авторлордун механизм түшүндүрмөсүнө ылайык, полярдуу суу молекулалары пайда болгон алгачкы боштуктан PI–айнек интерфейсине кирип, интерфейс байланышын алсыратат. Калың четтеги термалык дал келбестик чыңалуусу менен төмөндөгөн интерфейс жабышуусу бириккенде ажыроо фронту илгерилей алат.
Сүрөт 2f'де абада тышкы күч менен сыйрылган четинен колдоого алынган ультра-жука пленкалардын жыртылганы, суу ичинде бошотулган үлгүнүн болсо бүтүндүгүн сактаганы көрүнөт. Чет бекемдөөсү жок 500 nm классындагы пленка болсо ажырагандан кийин айкын түрдө бырышкан.
Бошотуу канча убакытка созулат?
Ыкма бөлүмүнө ылайык, ESU түзмөктөрү деионизацияланган сууга чөмүлтүлгөндө калыңдатылган четтин чоң бөлүгүнүн ажырашы дизайнга жана өлчөмгө жараша болжол менен 10–30 мүнөт созулат. Сууну жеңил аралаштыруу ажыроону ылдамдата алат. Чет жетиштүү бошогондо түзмөк пинцет менен бекемделген аймактан гана кармалып суудан чыгарылат.
“Курмандык катмарсыз” деген сөздүн чеги кандай?
Макаланын негизги жаңылыктарынын бири — ESU түзүлүшүн айнек алып жүрүүчүдөн ажыратуу үчүн өзүнчө эригич курмандык катмарга же химиялык жегичке муктаж болбоосу. Бирок бул сөз айкашы изилдөөдөгү ар бир төмөнкү түзмөктүн бардык микроөндүрүш процесстерине жайылтылбашы керек.
Айрыкча нано-инженердик басым сенсорунун ыкмасында изилдөөчүлөр PDMS жана бир дубалдуу көмүртек нанотүтүк катмарын даярдоо учурунда айнек үстүнө сууда эриген PAA курмандык катмарын капташкан. Демек, негизги ESU алып жүрүүчүсүн бошотуу ыкмасы курмандык катмарсыз; басым сенсорунун атайын активдүү материал өндүрүшүндө болсо курмандык катмар колдонулат.
500 nm пленка чындап эле тери текстурасын ээрчий алабы?
Сүрөт 3 бул суроону теориялык эсеп, манжа изи репликасы, профилометрия, SEM жана конфокалдык өлчөөлөр менен карайт. Колдонулган механикалык модель боюнча болжол менен 200 µm одур-будурлук амплитудасына ээ манжа изи түзүлүшүндө конформалдык контакт үчүн PI катмары болжол менен 3,5 µm'ден жука болушу керек.
0,5 µm PI пленкасы изилдөөнүн эсептөө аралыгында болжол менен 60–500 µm жана андан чоң беттик одур-будурлук амплитудаларында конформалдык жүрүм-турум көрсөтө алат. Манжа изи репликасында жүргүзүлгөн өлчөөлөрдө 0,5 µm пленка беттин өрөөндөрүн жана кырларын жакындан ээрчиген, ал эми 5 µm пленка көбүнчө кырлардын жогорку аймактарына гана тийген.
SEM сүрөттөрүндө 0,5 µm пленканын астындагы майда манжа изи морфологиясынын жана тер тешиктерине туура келген микро түзүлүштөрдүн көрүнүп турушу пленка бетти механикалык жактан олуттуу тегиздебегенин көрсөтөт.
Чыныгы түзмөктө чет контактты бузабы?
Билек терисинин силикон репликасында жүргүзүлгөн конфокалдык анализде 5 µm колдоо четинин жанында толук контакт жоготуусу пайда болгон. Бирок 5 mm диаметри бар борбордук сезүү талаасынын чоң бөлүгү беттик геометрияны ээрчүүнү уланткан. Булак диаметр багытында каралган эффективдүү контакт сызыгынын катышы %85тен жогору деп болжолдойт.
Бул маалымат түздөн-түз тирүү адам терисинин бүт бетинин %85 контактта деген маанини бербейт. Өлчөө адам билегинен даярдалган тери репликасы жана тандалган бир сызык профилинен алынган геометриялык баалоо болуп саналат.
Ультра-жука электрод эмне үчүн төмөн импеданс берет?
sEMG сыяктуу биопотенциал өлчөөлөрүндө электрод менен теринин ортосундагы эффективдүү контакт бети маанилүү электрдик параметр болуп саналат. Калың кургак электрод микро бүктөмдөрдүн үстүңкү бөлүктөрүнө гана тийгенде чыныгы электрдик контакт аянты чектелүү болуп калышы мүмкүн. 500 nm классындагы пленка болсо теринин микро-текстурасын ээрчигени үчүн кеңирээк чыныгы контакт аянтын түзө алат.
ESU sEMG электродунда алтын сезүү пленкасы ультра-жука PI үстүндө жайгашса, тышкы туташуу аймагы механикалык жактан бекемделген. Электрод pad'и коммерциялык туташуу кабели менен колдонууга ылайык шакек түрүндө долбоорлонгон; ички диаметри 4 mm, тышкы диаметри 8 mm'дир.
1 kHz'деги электрод импеданстары кандай чыкты?
| Электрод | Алгачкы өлчөөдө 1 kHz контакт импедансы |
|---|---|
| 500 nm ESU кургак электрод | 3,60 ± 0,01 kΩ |
| Коммерциялык Ag/AgCl нымдуу электрод | 2,15 ± 0,57 MΩ |
| 5 µm калың кургак электрод | 198,27 ± 1,36 MΩ |
Бул тажрыйба түзүлүшүндө ультра-жука кургак электрод коммерциялык Ag/AgCl электроддон болжол менен үч даража төмөн контакт импедансын көрсөткөн. Бирок бул салыштыруу белгилүү электрод геометриялары, тери даярдыгы жана изилдөөнүн өлчөө протоколу үчүн жарактуу; базардагы бардык нымдуу же кургак электроддордун жалпы аткарым тартиби катары окулбашы керек.
Электрод чындап кайра колдонулдубу?
Авторлор электроддорду бир жума бою сынап, күн сайын өлчөө алып, кайра-кайра териге тагып-чечишкен. Жалпы кайталоо саны 100'дөн ашкан. 100 циклден кийин 5 µm колдоо аймагы менен 0,5 µm активдүү аймактын ортосундагы өтмөдө айкын деламинация же чарчоо жаракасы байкалбаганы маалымдалган.
Бир жумалык кайталоолордон кийин ESU электродунун 1 kHz импедансы:
7,908 ± 0,006 kΩ
болсо, коммерциялык Ag/AgCl электродунун импедансы:
14,353 ± 1,564 MΩ
деп өлчөнгөн.
ESU электродунун салыштырмалуу сигнал термелүүсү %0,11, Ag/AgCl электродунуку болсо %26,64 деп берилген. Авторлор коммерциялык нымдуу электроддогу начарлоонун олуттуу бөлүгүн гидрогелдин эскиришине байланыштырышат.
Кайра колдонуу толугу менен тейлөөнү талап кылбайбы?
Жок. Булак кайра колдонуу учурунда өлүк тери клеткалары жана себум айрыкча 500 nm'лик сезүү бетинде топтоло аларын ачык белгилейт. Ошондуктан ар бир колдонмодон мурун жана кийин электродду бир нече секунд этанол менен чайкоо жана максаттуу тери аймагын спирттүү кебез менен жеңил тазалоо сунушталган.
Бул детал маанилүү; “кайра колдонууга жарамдуу” деген сөз булгануудан таасирленбеген, тейлөө талап кылбаган түзмөк дегенди билдирбейт.
sEMG сигнал сапаты кантип салыштырылды?
ESU электроддору билектин ички аймагына жайгаштырылып, кармоо учурунда flexor carpi radialis булчуңунан беттик электромиография сигналы жазылган. Ошол эле позицияда коммерциялык Ag/AgCl электроддор менен салыштыруу жүргүзүлгөн.
| sEMG метрикасы | ESU электрод | Коммерциялык Ag/AgCl |
|---|---|---|
| Сигналдын стандарттык четтөөсү | 240,75 mV | 240,03 mV |
| Ызы-чуу | 29,44 mV | 40,46 mV |
| Сигнал-ызы-чуу катышы | 19,92 dB | 15,46 dB |
Кармоо күчү көбөйгөндө ESU электроддор менен жазылган sEMG амплитудасы да жогорулаган. Бул натыйжа түзмөктүн беттик булчуң активдүүлүгүн сезе аларын колдойт. Бирок изилдөө эч кандай нейробулчуң оорунун диагноз тактыгын, реабилитация жыйынтыгын же клиникалык чечим аткарымын сынаган эмес.
Ультра-жука температура сенсору эмне үчүн ылдамыраак?
Изилдөөчүлөр платформа үстүндө алтын негизиндеги каршылык температура сенсорун, башкача айтканда RTD'ни иштеп чыгышкан. Полимер астылык жукарган сайын сенсор менен жылуулук булагынын ортосундагы термалык масса азайып, сезүү элементинин чыныгы беттик температурага тезирээк жакындашы мүмкүн болот.
Булакта температура каршылык коэффициенти (TCR) төмөнкүдөй маалымдалган:
| Астылык калыңдыгы | TCR |
|---|---|
| 50 µm | %0,23/°C |
| 5 µm | %0,28/°C |
| 0,5 µm | %0,32/°C |
Авторлор 0,5 µm түзүлүшүндө алынган маанинин алтындын булакта көрсөтүлгөн болжол менен %0,324/°C ички маанисине жакындаганын баса белгилешет.
0,5 µm RTD'нин 0,48 ms T90 жообу 5 µm түзүлүшүнүн 11,54 ms маанисинен болжол менен 24 эсе кыска. Макала бул натыйжаны металл негизиндеги RTD'лерде суб-миллисекунддук жооптун көрсөтүлүшү катары чечмелейт.
Басым сенсорунда 62,92 kPa⁻¹ сезимталдык кантип алынган?
Басым сенсору классикалык микрометр масштабындагы пирамида же көзөнөктүү микро түзүлүштөрдү калыңдатуунун ордуна мурда иштелип чыккан нано-инженердик ыкманы колдонот. Түзмөктө алтын interdigital электроддор жана PDMS үстүндөгү бир дубалдуу көмүртек нанотүтүк негизиндеги сезүү түзүлүшү колдонулат.
Ток–басым ийри сызыгындагы ар түрдүү иш аймактары үчүн булакта:
- S1 = 62,92 kPa−1
- S2 = 33,63 kPa−1
- S3 = 0,49 kPa−1
сезимталдыктар көрсөтүлгөн. 62,92 kPa−1 мааниси сенсордун бүт басым аралыгы боюнча туруктуу сезимталдыгы эмес; ийри сызыктын эң сезимтал биринчи аймагына тиешелүү.
Сүрөт 5e ошондой эле басым сенсорунун цикл сыноосун болжол менен 4000 циклге чейин көрсөтөт. Бул натыйжа лабораториялык цикл чыдамкайлыгын колдойт; чыныгы адам колдонууда жылдарга созулган чыдамкайлык же клиникалык ишенимдүүлүк сыноосу эмес.
Полиимид пленканын териде узак убакыт турушунун чеги кандай?
Изилдөөнүн маанилүү, бирок оңой көз жаздымда кала турган чектөөлөрүнүн бири PI'нин аба жана суу өткөрүмдүүлүгүнүн төмөн болушу. Булак пленканы адам терисине узак убакыт жабышкан бойдон калтыруунун айкын кызарууга, бирок шишиксиз жеңил ыңгайсыздыкка алып келиши мүмкүн экенин билдирет.
Ошондуктан изилдөөнүн “imperceptible” же жогорку комфорт сөздөрү түзмөктүн механикалык жукалыгына байланыштуу; бул бир нече күн үзгүлтүксүз жана толугу менен ыңгайсыздыксыз тери колдонуу дегенди билдирет деп жыйынтык чыгарылбашы керек. Чечилүүчү жана кайра тагыла турган дизайн бул контекстте өзүнчө мааниге ээ болот.
Изилдөө колдогон натыйжалар
- Болжол менен 500 nm калыңдыктагы активдүү PI аймагы микро-текстуралуу беттерге 5 µm классындагы пленкага караганда жогору конформалдуулук бере алат.
- Болжол менен 5 µm калыңдатылган тегерек чет ультра-жука борбордук аймакты ташуу учурунда бырышуу жана жыртылуудан коргоого жардам берет.
- Серпантин көпүрө дизайны колдонулган макроскопиялык деформациянын ультра-жука сенсор аралына өтүшүн айкын азайтат.
- Чет колдоосу жана суу менен төмөндөтүлгөн PI–айнек интерфейс жабышуусу ESU пленканын негизги алып жүрүүчүдөн зыян келтирбестен бошотулушун камсыздаган.
- ESU кургак электрод адам билегинде sEMG сигналын жаза алган жана изилдөөнүн протоколунда коммерциялык Ag/AgCl электроддон төмөн 1 kHz контакт импедансын көрсөткөн.
- 0,5 µm RTD 0,48 ms T90 жооп убактысын көрсөткөн.
- Нано-инженердик басым сенсорунун эң сезимтал иш аймагында 62,92 kPa−1 сезимталдык маалымдалган.
- ESU электроддор 100'дөн ашык тагып-чечүү операциясынан кийин колдонууга жарамдуу бойдон калган.
Изилдөө далилдебеген натыйжалар
- Түзмөктөр кандайдыр бир ооруну аныктаганы көрсөтүлгөн эмес.
- 100'дөн ашык кайра колдонуу чексиз кайра колдонууга болот дегенди билдирбейт.
- Бир жумалык электрод тести узак мөөнөттүү клиникалык коопсуздук далили эмес.
- 0,48 ms температура жообу бардык эпидермалдык температура сенсорлору ушундай эле аткарым көрсөтөт дегенди билдирбейт.
- 62,92 kPa−1 басым сезимталдыгы бүт басым аралыгы үчүн туруктуу эмес.
- ESU платформасынын негизги алып жүрүүчүдөн ажырашы курмандык катмарсыз болушу басым сенсору кошо бардык төмөнкү өндүрүш процесстери курмандык катмар колдонбойт дегенди билдирбейт.
- Тери репликасындагы %85тен жогору эффективдүү контакт сызыгы тирүү адам терисинин бүт бетинде %85 контакт катышы катары чечмеленбейт.
- Изилдөө сериялык өнөр жай өндүрүшүн, стерилизацияны, биомедициналык сертификацияны же ооруканада колдонууну тастыктаган эмес.
Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары
Негизги ESU пленкасын өндүрүү
PI прекурсор эритмеси NMP менен 1:2 көлөм катышында суюлтулган, 30 мүнөт аралаштырылган жана көбүкчөлөрдү кетирүү үчүн 30 мүнөт вакуумда кармалган. Аралашма 50 × 50 mm айнек үстүнө адегенде 600 rpm'де 9 секунд, андан кийин 2000 rpm'де 30 секунд spin-coating менен капталган.
PI пленка 60 °C'ден 220 °C'ге чейин 20 °C баскычтар менен жана ар бир баскычта 10 мүнөт кармалып, баскыч-баскыч менен катырылган. Түзүлгөн болжол менен 0,5 µm PI пленкада бошотуу контуру ProtoLaser R4 системасы менен 0,1 W жана 100 kHz шарттарында кесилген.
Андан кийин фотосезимтал PI катмары ошол эле негизги spin ылдамдыктары менен капталган, 110 °C'де 4 мүнөт алдын ала бышыруу жасалган, 200 mJ/cm² экспозицияланган, иштелип чыккан жана 110 °C'де 15 мүнөт post-bake кийин калыңдатылган колдоо геометриясы түзүлгөн.
Алтын электрод жана температура сенсору
ESU PI үстүнө magnetron sputtering менен 50 nm Au чөгөрүлгөн. Фотолитография жана KI/I2/H2O негизиндеги нымдуу жегич менен алтын оймо түзүлгөн жана түзмөк кийин сууда бошотулган.
Басым сенсорунун атайын өндүрүш кадамы
Басым сенсорунда Au interdigital электроддуу ESU түзүлүшүнөн өзүнчө, айнек үстүнө 1:10 катышында суюлтулган PAA эритмеси spin-coating менен колдонулган жана 85 °C'де 30 мүнөт катырылып сууда эриген курмандык катмар түзүлгөн.
Мунун үстүнө 10:1 precursor:curing-agent катышындагы PDMS аралашмасы толуол менен суюлтулуп капталган, 85 °C'де катырылган жана соңунда 150 µg/mL бир дубалдуу көмүртек нанотүтүк эритмеси stencil mask аркылуу бүркүлгөн.
Бул ыкма деталдары макаланын курмандык катмарсыз негизги бошотуу ыкмасынын чөйрөсүн туура түшүндүрүү үчүн маанилүү.
Механикалык оптималдаштыруу
| Дизайн / шарт | Булак натыйжасы |
|---|---|
| Курч өтмөлүү түзүлүш, ε = %1 | σmax = 261 MPa |
| Ийри өтмөлүү түзүлүш, ε = %1 | σmax = 121 MPa |
| Серпантинсиз түзүлүш, ε = %10 | σmax = 570 MPa |
| Серпантиндүү түзүлүш, ε = %50 | σmax = 79,9 MPa |
| Ошол эле шартта нано-калың арал | 7,47 MPa |
Интерфейс жабышуу тажрыйбасы
Субмикрометр PI пленканын жабышуу күчү абада 1,08 ± 0,06 N/m өлчөнгөн, суу ичинде болсо колдонулган күч өлчөө түзүлүшүндө өлчөнө ала турган жабышуу аныкталган эмес.
ESU түзмөктөрүнүн DI сууда бошотулуу убактысы дизайнга жана өлчөмгө жараша болжол менен 10–30 мүнөт деп берилген.
Конформалдык контакт өлчөөсү
Манжа учу жана билек териси репликалары силикон калыптоо ыкмасы менен даярдалган. 0,5 µm жана 5 µm PI пленкалар профилометрия, SEM, оптикалык сүрөттөө жана конфокалдык микроскопия менен салыштырылган.
0,5 µm пленка манжа изинин топографиясын жакындан ээрчиген; билек репликасынын үстүндөгү 5 mm диаметри бар сезүү талаасында тандалган диаметр багытында эффективдүү конформалдык контакт сызыгы %85тен ашканы эсептелген.
sEMG электродун мүнөздөө
Контакт импедансы TH2840B так LCR метр менен өлчөнгөн. Кургак калың электрод, коммерциялык нымдуу Ag/AgCl электрод жана ESU электрод бир жума бою салыштырылган.
Ар күнү биринчи өлчөөдөн кийин электроддор териге 20 жолу тагылып-чечилген жана экинчи өлчөө алынган. Ошентип, бир жумадан кийин жалпы кайра колдонуу саны 100'дөн ашкан.
| Электрод | Башталыш, 1 kHz | Бир жума / 100+ колдонгондон кийин |
|---|---|---|
| ESU нано-калың кургак электрод | 3,60 ± 0,01 kΩ | 7,908 ± 0,006 kΩ |
| Коммерциялык Ag/AgCl | 2,15 ± 0,57 MΩ | 14,353 ± 1,564 MΩ |
| 5 µm кургак электрод | 198,27 ± 1,36 MΩ | Булак текстинде ошол эле формада бир акыркы маани өзүнчө баса көрсөтүлгөн эмес. |
sEMG өлчөөсү
Эки ESU электрод билекке bipolar тартипте жайгаштырылган жана кармоо учурунда flexor carpi radialis булчуңунан беттик электромиография сигналы жазылган. Ар түрдүү кармоо күчтөрү жана кайталанган туруктуу кармоо тапшырмалары бааланган.
ESU электродунун маалымдалган сигнал-ызы-чуу катышы 19,92 dB, коммерциялык Ag/AgCl электроддуку 15,46 dB'дир.
RTD температура аткарымы
| Калыңдык | TCR | T90 жооп убактысы |
|---|---|---|
| 0,5 µm | %0,32/°C | 0,48 ms |
| 5 µm | %0,28/°C | 11,54 ms |
| 50 µm | %0,23/°C | Булак негизги сүрөттө берилген эмес. |
Басым сенсорунун аткарымы
Каршылык тибиндеги нано-инженердик басым сенсорунда максималдуу сезимталдык аймагы 62,92 kPa−1, экинчи аймак 33,63 kPa−1 жана жогорураак басым аймагындагы сезимталдык 0,49 kPa−1 деп берилген.
Цикл графиги болжол менен 4000 жүктөө циклине чейин аткарымдын кайталанышын көрсөтөт. Булак муну жакшы чыдамкайлыктын далили катары чечмелейт.
Адам катышуучу жана коопсуздук чеги
Изилдөөнүн Experimental Section бөлүмүндө тажрыйбаларга катышкан ыктыярчылардан маалымдалган макулдук алынганы айтылат. Негизги текстте өзүнчө этикалык комитет номери же комитет аты берилген эмес.
sEMG өлчөөлөрү адам билегинде жүргүзүлгөн. Бирок теринин бетинин деталдуу конформалдык контакт анализинин маанилүү бөлүгү силикон тери жана манжа изи репликалары үстүндө жүргүзүлгөн.
Булак ошондой эле PI пленканын аба жана суу өткөрүмдүүлүгү чектелүү болгондуктан, териде узак убакыт кармалганда айкын кызаруу жана жеңил ыңгайсыздык байкалышы мүмкүн экенин билдирет. Ошондуктан изилдөө үзгүлтүксүз жана чексиз тери колдонуу коопсуз экенин көрсөтпөйт.
Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү
Толук түпнуска изилдөө аталышы: Nano-thick freestanding and reusable epidermal electronics via edge-supporting strategy
Авторлор: 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.
Тең салым/тең биринчи автор: Булакта тең биринчи автор же тең салым билдирүүсү жок.
Жооптуу авторлор: Yi Li, Mengxi Wu жана Junshan Liu.
Мекеме 1: State Key Laboratory of High-performance Precision Manufacturing, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.
Мекеме 2: Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning, China.
Мекеме 3: AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, Chengdu, Sichuan, China. Yina He бул мекеме менен байланыштырылган.
Журнал: Microsystems & Nanoengineering.
Том / макала номери: Volume 12, Article 292 (2026).
DOI:10.1038/s41378-026-01422-x
Басма / платформа: Nature Portfolio / Springer Nature.
Булак түрү жана рецензиялык статусу: Рецензиядан өткөн, жарыяланган изилдөө макаласы.
Жарыялоо процесси: 19 Май 2026'да алынган; 21 Июнь 2026'да кайра каралган; 13 Июль 2026'да кабыл алынган; 14 Август 2026'да жарыяланган жана ошол эле датада version of record катары катталган.
Расмий жарыя шилтемеси:Nature / Microsystems & Nanoengineering расмий макала барагы
Лицензия: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).
Автордук укук/визуалдык эскертүү: Лицензия ылайыктуу шилтеме менен коммерциялык эмес бөлүшүүгө мүмкүнчүлүк берсе да, өзгөртүлгөн же ылайыкташтырылган булак материалынын таралышына уруксат бербейт. Ошондуктан Verianla макаласында булак сүрөттөрдүн туунду кайра чиймеси жасалган эмес.
Каржылоо: 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 жана 2025JJ12PT021); Dalian University of Technology колдоосу (DUT25YG255).
Маалымат жеткиликтүүлүгү: Маалыматтар негиздүү суроо-талап боюнча жооптуу авторлордон алынары билдирилген.
Кызыкчылыктар кагылышы: Авторлор кызыкчылыктар кагылышы жок экенин билдиришкен.
Катышуучу макулдугу: Тажрыйбаларга катышкан ыктыярчылардан маалымдалган макулдук алынган. Негизги макалада өзүнчө этикалык комитет аты же бекитүү номери көрсөтүлгөн эмес.
Авторлордун салымдары: Zehan Liu, Shengzhao Wang, Chuchao Wang жана Ran Yang түзмөктөрдү долбоорлоп, өндүрүп жана мүнөздөгөн. Zehan Liu жана Qihong Wu сигнал чогултуу схемаларын долбоорлоп өндүргөн. Zehan Liu, Xihan Wang, Weifeng Zhang, Weiqiang Hong жана Yuan Gao маалыматтарды талдап, сүрөттөрдү даярдаган. Zehan Liu, Mengxi Wu жана Junshan Liu макаланы жазган. Yina He, Yi Li, Mengxi Wu жана Junshan Liu долбоорду көзөмөлдөгөн.
Критикалык көлөм эскертүүсү — курмандык катмар: Негизги ESU платформасынын айнек алып жүрүүчүдөн суу менен бошотулушу өзүнчө курмандык катмар же жегич талап кылбайт. Бирок басым сенсорунун PDMS/SWCNT активдүү компонентин даярдаган атайын ыкма бөлүмүндө сууда эриген PAA курмандык катмары колдонулат. Демек, “бүт сенсор өндүрүшү толугу менен курмандык катмарсыз” деген жыйынтык булак тарабынан колдоого алынбайт.
Критикалык кайра колдонуу чеги: Кайра колдонуу аткарымы болжол менен бир жумалык жана 100'дөн ашык тагып-чечүү операциясына негизделет. Беттик булганууну азайтуу үчүн электродду этанол менен жана максаттуу тери аймагын спирттүү кебез менен тазалоо талап кылынган.
Критикалык тери колдонуу чеги: Булак PI'нин төмөн аба жана суу өткөрүмдүүлүгүнөн улам узак мөөнөттүү жабышууда теринин кызаруусу жана жеңил ыңгайсыздык пайда болушу мүмкүн экенин билдирет. Изилдөө узак мөөнөттүү дерматологиялык же клиникалык коопсуздук изилдөөсү эмес.
Илимий мазмун эскертүүсү: Бул Verianla түшүндүрмөсү булак изилдөөсүнүн негизги тексти, ыкма бөлүмү, Сүрөт 1–5, сандык натыйжалар жана жарыя metadata'сы негизинде даярдалган. Ооруну аныктоо, дарылоо ийгилиги, узак мөөнөттүү клиникалык коопсуздук же сериялык коммерциялык өндүрүш боюнча булакта жок доомат кошулган эмес.
Пикир калтырыңыз
E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген