Ин таҳқиқот барои электроникаи эпидермалии ғафсиаш нанометрӣ, ки он қадар тунук аст, ки қариб мисли татуи электронӣ ба пӯсти инсон мутобиқ шуда метавонад, аммо он қадар нозук аст, ки бо дасти бараҳна интиқол дода намешавад, меъмории нави механикӣ таҳия мекунад. Муҳаққиқон маркази фаъоли дастгоҳро тақрибан дар ғафсии 500 nm нигоҳ дошта, атрофи онро бо чорчӯбаи полиимидии тақрибан 5 µm ғафсӣ мустаҳкам карданд. Ҳамин тавр, ҳангоми нигоҳ доштани мутобиқати баланди минтақаи марказӣ ба микро-бофти пӯст, ҳадаф он буд, ки дастгоҳ аз канораш бо пинсет гирифта шавад, пайвасти кабелӣ анҷом дода шавад, аз сатҳи ҳадаф ҷудо карда шавад ва дубора истифода гардад. Канори ғафсшуда ҳамзамон бо истифода аз шиддати номувофиқии ҳароратӣ ҷудошавии худбахудии дастгоҳро аз зерсохтори асосии шишагӣ дар об оғоз мекунад.

Дар таҳқиқот бо ин платформаи “edge-supported ultrathin”, яъне ултра-тунуке, ки аз канор дастгирӣ мешавад (ESU), се татбиқи гуногуни ҳисгарӣ нишон дода шуд. Электроди хушку физиологии тақрибан 500 nm ғафсӣ дар пӯсти инсон дар 1 kHz 3,60 ± 0,01 kΩ импеданси ибтидоии тамос дод. Ҳамин электрод баъд аз зиёда аз 100 амали гузоштану гирифтани он дар давоми як ҳафта дар сатҳи 7,908 ± 0,006 kΩ чен карда шуд. Замони посухи %90-и сенсори ҳароратии навъи муқовимат бо ғафсии 0,5 µm 0,48 ms буд, дар ҳоле ки дар сенсори муқоисавии 5 µm ғафсӣ ин вақт 11,54 ms шуд. Дар минтақаи ҳассостарини сенсори фишори нано-муҳандисишуда бошад, ҳассосияти 62,92 kPa⁻¹ гузориш шуд.

Навоварии асосии таҳқиқот танҳо тунук кардани сенсор нест. Минтақаи ҳисгарии наноандоза, канори доиравии ғафстар ва пайванди серпантинӣ вазифаҳои механикии аз ҳам фарқкунанда доранд: маркази ултра-тунук ба пӯст мутобиқ мешавад; канори ғафс ҳангоми интиқол ва ҷудокунӣ сохторро муҳофизат мекунад; пули серпантинӣ бошад, кашишро ҷаббида, интиқоли борҳои аз минтақаи кабел ва pad омада ба маркази ҳассосро кам мекунад.

Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо далели ташхиси тиббӣ ё истифодаи дарозмуддати клиникӣ нестанд. Қисми дар инсон анҷомшуда ба сабти сигналҳои электромиографияи сатҳӣ (sEMG) равона шудааст. Мақола хабар медиҳад, ки аз иштирокчиён розигии огоҳона гирифта шудааст, аммо ин таҳқиқоти табобати клиникӣ ё ташхиси беморӣ нест. Ҳамчунин дар манбаъ равшан гуфта мешавад, ки нигоҳ доштани плёнкаи полиимидӣ дар пӯст барои муддати дароз метавонад сурхшавӣ ва нороҳатии сабук ба вуҷуд оварад. Аз ин рӯ, хусусияти ҷудо кардан ва дубора гузоштан на танҳо аз ҷиҳати осонии истеҳсол, балки аз ҷиҳати истифода низ муҳим аст.

Дар заминаи Türkiye, ин усул метавонад аз нуқтаи назари электроникаи саломатии пӯшиданияшаванда, пӯсти электронӣ, интерфейсҳои инсон-мошин, роботика ва таҳқиқоти микро/нано сенсорҳо арзёбӣ шавад. Аммо дар таҳқиқот инфрасохтори истеҳсолӣ, қоидаҳои биотиббӣ, истифодаи клиникӣ ё арзиши истеҳсоли силсилавии маҳаллӣ дар Türkiye баррасӣ нашудааст. Натиҷаи лабораторӣ набояд бевосита ҳамчун муваффақияти маҳсулоти тиҷоратӣ ё клиникӣ тафсир шавад.

Чаро электроникаи ғафсии нано ҳам бартарӣ ва ҳам мушкил эҷод мекунад?

Яке аз ҳадафҳои муҳими электроникаи эпидермалӣ то ҳадди имкон кам кардани номувофиқии механикӣ байни сенсор ва пӯсти инсон аст. Пӯст сатҳи ҳамвор нест; он қаторҳои изи ангушт, сӯрохиҳои арақ ва қатҳои микрои миқёси васеътарро дар бар мегирад. Ҳар қадар плёнкаи электронӣ ғафстар ва сахттар бошад, пайравӣ кардани ин микросохторҳо ҳамон қадар душвортар мешавад.

Таҳқиқоти механикии пешинае, ки манбаъ ба онҳо такя мекунад, нишон медиҳанд, ки дар электроникаи эпидермалии асосаш полиимид поён бурдани ғафсӣ аз якчанд микрометр метавонад тамоси конформалиро бо бофти пӯст ба таври назаррас зиёд кунад. Аммо дар иваз сахтии хамшавӣ хеле зуд коҳиш меёбад. Плёнкаи мустақили ғафсии нанометрӣ ҳатто бо ҷараёни ҳаво, қувваи электростатикӣ, қувваҳои сатҳӣ ё тамоси хурди механикӣ метавонад хам шавад, чин шавад ё ба рӯи худ печад.

Аз ин рӯ, масъалаи таҳқиқот аз саволи “сенсори бориктар чӣ гуна сохта мешавад?” васеътар аст: Оё мумкин аст ҳам бартарии тамоси конформалии ғафсии нанометрӣ нигоҳ дошта шавад ва ҳам дастгоҳ истеҳсолшаванда, нигоҳдошташаванда, пайвастшаванда, ҷудошаванда ва дубора истифодашаванда гардад?

Стратегияи дастгирии канорӣ чӣ гуна кор мекунад?

Дастгоҳи асосӣ дар Шакл 1 аз се минтақаи механикӣ иборат аст:

• Ҷазираи фаъоли ултра-тунук: плёнкаи PI бо ғафсии тақрибан 500 nm; электрод ё сенсор дар ҳамин ҷо ҷойгир аст.
• Чорчӯбаи канории мустаҳкамшуда: PI-и фотосенситивӣ бо ғафсии тақрибан 5 µm; барои интиқол, бардоштан ва муҳофизат аз қувваҳои беруна хизмат мекунад.
• Сохтори серпантинӣ ҷазира-пул: имкон медиҳад, ки хати пайвасти ғафсшуда бо хам шудан ва чархидан кашишро ҷаббида кунад.

Сабаби тарҳрезии канор ба шакли доиравӣ кам кардани тамаркузи шиддат дар кунҷҳои тез аст. Дар ҳисоби унсурҳои ниҳоии манбаъ, дар кашиши %1, шиддати максималӣ дар тарҳи гузариши тез 261 MPa буд, дар ҳоле ки бо гузариши каҷ ба 121 MPa'а паст шуд. Муаллифон ин арзишро аз ҳадди тахминии 200 MPa устувории кашиш, ки барои полиимид истифода кардаанд, пасттар арзёбӣ мекунанд.

Сохтори серпантинӣ фарқи механикии боз ҳам равшантар ба вуҷуд овард. Сохтори бе серпантин дар деформатсияи %10 шиддати максималии 570 MPa нишон дод, дар ҳоле ки дар сохтори серпантинӣ дар деформатсияи умумии хеле баландтар, яъне %50, шиддати максималӣ 79,9 MPa буд. Дар ҳамин ҳолат шиддати ҳисобшуда дар ҷазираи сенсори ғафсии нанометрӣ танҳо 7,47 MPa'аст.

Тунукӣ ва устувории механикӣ дар як дастгоҳ чӣ гуна ҷудо карда мешаванд?

Мантиқи тарҳ дар ин ҷо он нест, ки тамоми дастгоҳ бо ғафсии якхела сохта шавад. Хосияти механикӣ мувофиқи вазифа ба таври минтақавӣ тақсим карда шудааст. Дар ҷое ки мубодилаи воқеии сигнал бо пӯст сурат мегирад, плёнка то ҳадди имкон тунук нигоҳ дошта мешавад; каноре, ки пинсет ба он мерасад, pad-е, ки кабел ба он кафшер мешавад, ва пайванде, ки шиддатро мебарад, ғафстар сохта шудаанд.

Аз ин рӯ, саволи “оё дастгирии 5 µm'ӣ тамоси конформалии миқёси нанометриро аз байн мебарад?” муҳим аст. Таҷрибаҳои репликаи пӯст дар таҳқиқот нишон медиҳанд, ки дар минтақаи наздик ба канор тамос пурра нест, аммо дар минтақаи марказии ҳисгарии 500 nm бо диаметри 5 mm хати тамоси муассир аз %85 болотар тахмин шудааст.

Дастгоҳ ҳангоми истеҳсол чӣ гуна омода мешавад?

Механизми физикии ҷудошавии худбахуд дар об чист?

Дар истеҳсол ҷудо кардани механикии плёнкаи ғафсии нано аз шиша мушкили ҷиддӣ аст. Азбаски плёнка аз ҳад нарм аст, қувваи кандан метавонад дар минтақаи хурд ҷамъ шуда, ба даридан ё чиншавӣ оварда расонад.

Тарҳи канорӣ-дастгиришуда кӯшиш мекунад ин мушкилро бо якҷоя кардани ду таъсири физикӣ ҳал кунад. Аввалин фарқ доштани рафтори васеъшавии ҳароратии полиимид ва шиша аст. Пас аз он ки PI дар ҳарорати баланд пухта мешавад ва система сард мегардад, дар плёнка шиддати номувофиқии ҳароратӣ боқӣ мемонад. Бо зиёд шудани ғафсӣ ин қувваи механикии пешбаранда низ меафзояд.

Дар симулятсияи Шакл 2a, шиддатҳои максималии номувофиқии ҳароратӣ барои ғафсиҳои гуногуни PI тақрибан чунин дода шудаанд:

Плёнкаи 0,5 µm танҳо наметавонад ин шиддатро ба қадре муассир истифода барад, ки ҷудошавиро идома диҳад; канори бисёр чандир метавонад ба рӯи худ печида, пешравии фронти ҷудошавиро фурӯ нишонад. Канори дастгирии тақрибан 5 µm бошад, минтақаи механикии сахттаре фароҳам меорад, ки ба пайдо шудани холигии аввалин кӯмак мекунад.

Нақши об чист?

Шиддати ҳароратӣ танҳо кофӣ нест. Дар таҳқиқот қувваи часпиши интерфейси PI–шиша дар ҳаво 1,08 ± 0,06 N/m чен шудааст. Дар об бошад, бо системаи ченкунии истифодашуда қувваи часпиши ченшаванда ошкор нашудааст.

Мувофиқи тавзеҳи механизми муаллифон, молекулаҳои қутбии об аз холигии аввалини пайдошуда ба интерфейси PI–шиша ворид мешаванд ва пайвастшавии интерфейсро суст мекунанд. Вақте ки шиддати номувофиқии ҳароратӣ дар канори ғафс бо часпиши камшудаи интерфейс якҷоя мешавад, фронти ҷудошавӣ метавонад пеш равад.

Дар Шакл 2f дида мешавад, ки плёнкаҳои ултра-тунуке, ки аз канор дастгирӣ мешаванд ва дар ҳаво бо қувваи беруна канда мешаванд, медаранд, дар ҳоле ки намунаи дар об озодшуда якпорчагии худро нигоҳ медорад. Плёнкаи синфи 500 nm, ки дастгирии канорӣ надорад, баъд аз ҷудошавӣ ба таври равшан чин шудааст.

Озодсозӣ чӣ қадар вақт мегирад?

Мувофиқи бахши усул, вақте дастгоҳҳои ESU ба оби де-ионизатсияшуда фурӯ бурда мешаванд, ҷудо шудани қисми зиёди канори ғафсшуда вобаста ба тарҳ ва андоза тақрибан 10–30 дақиқа давом мекунад. Каме омехта кардани об метавонад ҷудошавиро тезонад. Вақте ки канор ба қадри кофӣ озод мешавад, дастгоҳ танҳо аз минтақаи мустаҳкамшуда бо пинсет дошта шуда, аз об бароварда мешавад.

Ҳадди ифодаи “бе қабати қурбонӣ” чист?

Яке аз навигариҳои асосии мақола ин аст, ки барои ҷудо кардани сохтори ESU аз барандаи шишагӣ ба қабати қурбонии ҳалшавандаи ҷудогона ё кимиёвии кандакор ниёз нест. Аммо ин ифода набояд ба ҳамаи равандҳои микроистеҳсоли ҳамаи зердастгоҳҳои таҳқиқот густариш дода шавад.

Махсусан дар усули сенсори фишори нано-муҳандисишуда, муҳаққиқон ҳангоми омода кардани қабати PDMS ва нанолӯлаи карбонии якдевора дар рӯи шиша қабати қурбонии PAA-и дар об ҳалшаванда пӯшонидаанд. Бинобар ин, усули озодсозии барандаи асосии ESU бе қабати қурбонӣ аст; дар истеҳсоли маводи фаъоли махсуси сенсори фишор бошад, қабати қурбонӣ истифода мешавад.

Оё плёнкаи 500 nm воқеан бофти пӯстро пайгирӣ карда метавонад?

Шакл 3 ин саволро бо ҳисобҳои назариявӣ, репликаи изи ангушт, профилометрия, SEM ва ченкуниҳои конфокалӣ баррасӣ мекунад. Мувофиқи модели механикии истифодашуда, дар сохтори изи ангушт бо амплитудаи ноҳамвории тақрибан 200 µm, барои тамоси конформалӣ қабати PI бояд тақрибан аз 3,5 µm тунук бошад.

Плёнкаи 0,5 µm PI дар доираи ҳисобии таҳқиқот дар амплитудаҳои ноҳамвории сатҳии тақрибан 60–500 µm ва калонтар рафтори конформалӣ нишон дода метавонад. Дар ченкуниҳои репликаи изи ангушт, плёнкаи 0,5 µm водиҳо ва қаторҳои сатҳро аз наздик пайгирӣ мекард, дар ҳоле ки плёнкаи 5 µm бештар ба қисмҳои болоии қаторҳо тамос дошт.

Дар тасвирҳои SEM, намоён боқӣ мондани морфологияи нозуки изи ангушт ва микросохторҳои мувофиқ ба сӯрохиҳои арақ дар зери плёнкаи 0,5 µm нишон медиҳад, ки плёнка сатҳро аз ҷиҳати механикӣ ба таври назаррас ҳамвор накардааст.

Оё канор дар дастгоҳи воқеӣ тамосро вайрон мекунад?

Дар таҳлили конфокалии репликаи силиконии пӯсти бозу, дар назди канори дастгирии 5 µm гумшавии тамоси пурра ба вуҷуд омадааст. Аммо қисми зиёди майдони марказии ҳисгарии диаметраш 5 mm пайгирии геометрияи сатҳро идома додааст. Манбаъ тахмин мекунад, ки нисбати хати тамоси муассир дар самти диаметри интихобшуда аз %85 болотар аст.

Ин маълумот маънои онро надорад, ки бевосита %85-и тамоми сатҳи пӯсти зиндаи инсон дар тамос аст. Ченкунӣ як арзёбии геометрӣ мебошад, ки аз репликаи пӯст-и аз бозуи инсон омодашуда ва аз профили хати интихобшуда гирифта шудааст.

Чаро электроди ултра-тунук импеданси паст медиҳад?

Дар ченкуниҳои биопотенсиалӣ мисли sEMG, сатҳи тамоси муассир байни электрод ва пӯст параметри муҳими электрикӣ мебошад. Вақте электроди хушку ғафс танҳо ба қисмҳои болоии микро-қатҳо мерасад, майдони воқеии тамоси электрикӣ метавонад маҳдуд бимонад. Плёнкаи синфи 500 nm бошад, азбаски микро-бофти пӯстро пайгирӣ мекунад, метавонад майдони воқеии тамоси васеътар ба вуҷуд оварад.

Дар электроди ESU sEMG, плёнкаи ҳисгарии тиллоӣ бар рӯи PI-и ултра-тунук ҷойгир аст, дар ҳоле ки минтақаи пайвасти берунӣ аз ҷиҳати механикӣ мустаҳкам карда шудааст. Pad-и электрод ба шакли ҳалқа тарҳрезӣ шудааст, то бо кабели пайвасти тиҷоратӣ истифода шавад; диаметри дохилии он 4 mm ва диаметри беруниаш 8 mm'аст.

Импедансҳои электрод дар 1 kHz чӣ натиҷа доданд?

Дар ин тарҳи таҷрибавӣ электроди хушку ултра-тунук нисбат ба электроди тиҷоратии Ag/AgCl тақрибан се дараҷа пасттар импеданси тамос нишон дод. Аммо ин муқоиса барои геометрияҳои муайяни электрод, омодасозии пӯст ва протоколи ченкунии таҳқиқот дуруст аст; набояд ҳамчун тартиби умумии иҷрои ҳамаи электродҳои тар ё хушк дар бозор хонда шавад.

Оё электрод воқеан дубора истифода шуд?

Муаллифон электродҳоро дар давоми як ҳафта санҷидаанд; ҳар рӯз ченкунӣ гирифтаанд ва онҳоро такроран ба пӯст гузоштаву гирифтаанд. Шумораи умумии такрорҳо аз 100 гузаштааст. Пас аз 100 давр гузориш шудааст, ки дар гузариш байни минтақаи дастгирии 5 µm ва минтақаи фаъоли 0,5 µm деламинатсияи равшан ё тарқиши хастагӣ дида нашудааст.

Пас аз такрорҳои якҳафтаина импеданси 1 kHz-и электроди ESU:

7,908 ± 0,006 kΩ

ва импеданси электроди тиҷоратии Ag/AgCl:

14,353 ± 1,564 MΩ

чен шудааст.

Ларзиши нисбии сигнали электроди ESU %0,11, электроди Ag/AgCl бошад %26,64 дода шудааст. Муаллифон қисми муҳими бадшавӣ дар электроди тару тиҷоратиро ба пиршавии гидрогел нисбат медиҳанд.

Оё истифодаи дубора комилан бе нигоҳубин аст?

Не. Манбаъ равшан мегӯяд, ки ҳангоми истифодаи такрорӣ ҳуҷайраҳои мурдаи пӯст ва себум махсусан дар сатҳи ҳисгарии 500 nm ҷамъ шуда метавонанд. Аз ин рӯ, пеш ва баъд аз ҳар татбиқ шустани электрод бо этанол барои чанд сония ва сабук тоза кардани минтақаи пӯсти ҳадаф бо пахтаи спиртӣ тавсия шудааст.

Ин ҷузъиёт муҳим аст; ифодаи “дубора истифодашаванда” маънои дастгоҳеро надорад, ки аз ифлосшавӣ таъсир намегирад ва нигоҳубин талаб намекунад.

Сифати сигнали sEMG чӣ гуна муқоиса шуд?

Электродҳои ESU дар минтақаи дохилии бозу ҷойгир карда шуда, ҳангоми гирифтани даст аз мушаки flexor carpi radialis сигнали электромиографияи сатҳӣ сабт карда шуд. Дар ҳамон мавқеъ бо электродҳои тиҷоратии Ag/AgCl муқоиса анҷом дода шуд.

Вақте қувваи гирифтан зиёд карда шуд, амплитудаи sEMG, ки бо электродҳои ESU сабт шуд, низ афзуд. Ин натиҷа дастгоҳро дар ҳис кардани фаъолияти мушакии сатҳӣ дастгирӣ мекунад. Аммо таҳқиқот дурустии ташхиси ягон бемории нейромушакӣ, натиҷаи реабилитатсия ё иҷрои қарори клиникиро санҷидааст нест.

Чаро сенсори ҳароратии ултра-тунук тезтар аст?

Муҳаққиқон дар рӯи платформа сенсори ҳароратии муқовиматии асосаш тилло, яъне RTD, таҳия карданд. Бо тунук шудани зерсохтори полимерӣ массаи ҳароратӣ байни сенсор ва манбаи гармӣ кам мешавад ва наздикшавии унсури ҳисгарӣ ба ҳарорати воқеии сатҳ тезтар имконпазир мегардад.

Дар манбаъ коэффисиенти муқовимати ҳароратӣ (TCR) чунин гузориш шудааст:

Муаллифон таъкид мекунанд, ки арзиши дар сохтори 0,5 µm бадастомада ба арзиши дохилии тақрибан %0,324/°C-и тилло, ки дар манбаъ зикр шудааст, наздик мешавад.

Посухи T90-и RTD-и 0,5 µm, яъне 0,48 ms, аз арзиши 11,54 ms-и сохтори 5 µm тақрибан 24 маротиба кӯтоҳтар аст. Мақола ин натиҷаро ҳамчун нишон додани посухи зеримиллисониявӣ дар RTD-ҳои асосашон металлӣ тафсир мекунад.

Ҳассосияти 62,92 kPa⁻¹ дар сенсори фишор чӣ гуна ба даст омад?

Сенсори фишор ба ҷойи ғафс кардани пирамидаҳои классикии миқёси микрометрӣ ё микросохторҳои ковок, равиши қаблан таҳияшудаи нано-муҳандисиро истифода мебарад. Дар дастгоҳ электродҳои тиллоии interdigital ва сохтори ҳисгарии асосаш нанолӯлаи карбонии якдевора дар рӯи PDMS истифода мешаванд.

Барои минтақаҳои гуногуни корӣ дар каҷи ҷараён–фишор манбаъ чунин нишон медиҳад:

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

ҳассосиятҳоро. Арзиши 62,92 kPa⁻¹ ҳассосияти собити сенсор дар тамоми диапазони фишор нест; он ба минтақаи аввалини ҳассостарини каҷ тааллуқ дорад.

Шакл 5e ҳамчунин санҷиши даврии сенсори фишорро то тақрибан 4000 давр нишон медиҳад. Ин натиҷа устувории даврии лабораториро дастгирӣ мекунад; озмоиши устувории чандсола ё эътимоднокии клиникӣ дар истифодаи воқеии инсон нест.

Ҳадди дар пӯст муддати дароз мондани плёнкаи полиимидӣ чист?

Яке аз маҳдудиятҳои муҳими таҳқиқот, ки ба осонӣ аз назар дур мемонад, паст будани гузаронандагии ҳаво ва оби PI аст. Манбаъ хабар медиҳад, ки муддати дароз ба пӯсти инсон часпонда мондани плёнка метавонад сурхшавии равшан, аммо бе варам нороҳатии сабук ба вуҷуд оварад.

Аз ин рӯ, ифодаҳои “imperceptible” ё роҳати баланд дар таҳқиқот ба тунукии механикии дастгоҳ марбутанд; набояд хулоса шавад, ки ин истифодаи чандрӯзаи беист ва комилан бе нороҳатӣ дар пӯстро дорад. Тарҳи ҷудошаванда ва дубора гузошташаванда дар ин замина аҳамияти ҷудогона пайдо мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Минтақаи фаъоли PI бо ғафсии тақрибан 500 nm метавонад нисбат ба плёнкаи синфи 5 µm ба сатҳҳои микро-бофтдор конформалияти баландтар таъмин кунад.
• Канори доиравии ғафсшудаи тақрибан 5 µm ба муҳофизати минтақаи марказии ултра-тунук аз чиншавӣ ва даридан ҳангоми интиқол кӯмак мекунад.
• Тарҳи пули серпантинӣ интиқоли деформатсияи макроскопии татбиқшударо ба ҷазираи сенсори ултра-тунук ба таври равшан кам мекунад.
• Дастгирии канорӣ ва часпиши камшудаи интерфейси PI–шиша бо об озодсозии плёнкаи ESU-ро аз барандаи асосӣ бе осеб таъмин кардааст.
• Электроди хушки ESU дар бозуи инсон сигнали sEMG сабт карда тавонист ва дар протоколи таҳқиқот нисбат ба электроди тиҷоратии Ag/AgCl импеданси тамоси 1 kHz пасттар нишон дод.
• RTD-и 0,5 µm замони посухи T90-и 0,48 ms нишон дод.
• Дар минтақаи кории ҳассостарини сенсори фишори нано-муҳандисишуда ҳассосияти 62,92 kPa⁻¹ гузориш шудааст.
• Электродҳои ESU баъд аз зиёда аз 100 амали гузоштану гирифтан дар ҳолати истифодашаванда боқӣ монданд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки дастгоҳҳо ягон бемориро ташхис мекунанд.
• Зиёда аз 100 истифодаи дубора маънои истифодашавии беохирро надорад.
• Санҷиши якҳафтаинаи электрод далели амнияти дарозмуддати клиникӣ нест.
• Посухи ҳароратии 0,48 ms маънои онро надорад, ки ҳамаи сенсорҳои ҳароратии эпидермалӣ ҳамон иҷроишро доранд.
• Ҳассосияти фишори 62,92 kPa⁻¹ барои тамоми диапазони фишор собит нест.
• Бе қабати қурбонӣ ҷудо шудани платформаи ESU аз барандаи асосӣ маънои онро надорад, ки ҳамаи равандҳои зеристеҳсолӣ, аз ҷумла сенсори фишор, қабати қурбонӣ истифода намекунанд.
• Хати тамоси муассири болотар аз %85 дар репликаи пӯст ҳамчун нисбати %85 тамос дар тамоми сатҳи пӯсти зиндаи инсон тафсир шуда наметавонад.
• Таҳқиқот истеҳсоли силсилавии саноатӣ, стерилизатсия, сертификатсияи биотиббӣ ё истифодаи бемористониро тасдиқ накардааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Истеҳсоли плёнкаи асосии ESU

Маҳлули прекурсори PI бо NMP дар нисбати ҳаҷмии 1:2 тунук карда шуда, 30 дақиқа омехта ва барои дур кардани ҳубобҳо 30 дақиқа дар вакуум нигоҳ дошта шудааст. Омехта ба рӯи шишаи 50 × 50 mm аввал дар 600 rpm барои 9 сония, сипас дар 2000 rpm барои 30 сония бо spin-coating пӯшонида шудааст.

Плёнкаи PI аз 60 °C то 220 °C бо қадамҳои 20 °C ва бо нигоҳдории 10 дақиқа дар ҳар марҳила ба таври зинавӣ пухта шудааст. Дар плёнкаи тақрибан 0,5 µm PI-и ҳосилшуда контури озодсозӣ бо системаи ProtoLaser R4 дар шароити 0,1 W ва 100 kHz бурида шудааст.

Баъдан қабати PI-и фотосенситивӣ бо ҳамон суръатҳои асосии spin пӯшонида шуда, дар 110 °C барои 4 дақиқа пешпазӣ анҷом дода шудааст, бо 200 mJ/cm² нур дода шудааст, инкишоф дода шудааст ва пас аз 15 дақиқа post-bake дар 110 °C геометрияи дастгирии ғафсшуда эҷод шудааст.

Электроди тиллоӣ ва сенсори ҳарорат

Ба рӯи ESU PI бо magnetron sputtering 50 nm Au нишонда шудааст. Бо фотолитография ва кандакории тар дар асоси KI/I₂/H₂O нақши тиллоӣ эҷод шуда, дастгоҳ баъдан дар об озод карда шудааст.

Қадами махсуси истеҳсоли сенсори фишор

Дар сенсори фишор, ҷудо аз сохтори ESU-и дорои электроди Au interdigital, ба рӯи шиша маҳлули PAA-и дар нисбати 1:10 тунукшуда бо spin-coating татбиқ шуда ва дар 85 °C барои 30 дақиқа пухта шуда, қабати қурбонии дар об ҳалшаванда ба вуҷуд оварда шудааст.

Ба рӯи он омехтаи PDMS бо нисбати 10:1 precursor:curing-agent бо толуол тунук карда пӯшонида шуда, дар 85 °C пухта шудааст ва дар ниҳоят маҳлули нанолӯлаи карбонии якдевора бо консентратсияи 150 µg/mL тавассути stencil mask пошонида шудааст.

Ин ҷузъиёти усул барои дуруст тафсир кардани доираи равиши асосии озодсозии бе қабати қурбонӣ дар мақола муҳим аст.

Оптимизатсияи механикӣ

Таҷрибаи часпиши интерфейс

Қувваи часпиши плёнкаи PI-и субмикрометрӣ дар ҳаво 1,08 ± 0,06 N/m чен шуда, дар об бошад, дар низоми ченкунии қувваи истифодашуда часпиши ченшаванда ошкор нашудааст.

Замони озодшавии дастгоҳҳои ESU дар оби DI вобаста ба тарҳ ва андоза тақрибан 10–30 дақиқа дода шудааст.

Ченкунии тамоси конформалӣ

Репликаҳои пӯсти нӯги ангушт ва бозу бо усули қолабгирии силикон омода шудаанд. Плёнкаҳои 0,5 µm ва 5 µm PI бо профилометрия, SEM, тасвиргирии оптикӣ ва микроскопияи конфокалӣ муқоиса шудаанд.

Плёнкаи 0,5 µm топографияи изи ангуштро аз наздик пайгирӣ кардааст; дар майдони ҳисгарии диаметраш 5 mm дар рӯи репликаи бозу ҳисоб шудааст, ки хати тамоси конформалии муассир дар самти диаметри интихобшуда аз аз %85 гузаштааст.

Характеризатсияи электроди sEMG

Импеданси тамос бо LCR-метри дақиқи TH2840B чен шудааст. Электроди хушки ғафс, электроди тару тиҷоратии Ag/AgCl ва электроди ESU дар давоми як ҳафта муқоиса шудаанд.

Ҳар рӯз пас аз ченкунии аввал электродҳо 20 маротиба ба пӯст гузоштаву гирифта шуда, ченкунии дуюм гирифта шудааст. Ҳамин тавр, дар охири як ҳафта шумораи умумии истифодаҳои дубора аз 100 гузаштааст.

Ченкунии sEMG

Ду электроди ESU ба рӯи бозу бо тартиби bipolar ҷойгир карда шуда, ҳангоми гирифтан аз мушаки flexor carpi radialis сигнали электромиографияи сатҳӣ сабт шудааст. Қувваҳои гуногуни гирифтан ва вазифаҳои такрории гирифти собит арзёбӣ шудаанд.

Нисбати сигнал ба садои гузоришшудаи электроди ESU 19,92 dB ва электроди тиҷоратии Ag/AgCl 15,46 dB'аст.

Иҷрои ҳароратии RTD

Иҷрои сенсори фишор

Дар сенсори фишори нано-муҳандисишудаи навъи муқовимат минтақаи ҳассосияти максималӣ 62,92 kPa⁻¹, минтақаи дуюм 33,63 kPa⁻¹ ва ҳассосият дар минтақаи фишори баландтар 0,49 kPa⁻¹ дода шудааст.

Графики давр такроршавии иҷроишро то тақрибан 4000 даври боргузорӣ нишон медиҳад. Манбаъ инро ҳамчун далели устувории хуб тафсир мекунад.

Иштирокчии инсон ва ҳадди амният

Дар бахши Experimental Section-и таҳқиқот гуфта мешавад, ки аз ихтиёриёне, ки дар таҷрибаҳо иштирок карданд, розигии огоҳона гирифта шудааст. Дар матни асосӣ рақами ҷудогонаи кумитаи ахлоқ ё номи кумита дода нашудааст.

Ченкуниҳои sEMG дар бозуи инсон анҷом дода шудаанд. Баръакс, қисми муҳими таҳлили муфассали тамоси конформалии сатҳи пӯст дар рӯи репликаҳои силиконии пӯст ва изи ангушт анҷом ёфтааст.

Манбаъ ҳамчунин хабар медиҳад, ки аз сабаби маҳдуд будани гузаронандагии ҳаво ва оби плёнкаи PI, ҳангоми муддати дароз дар пӯст нигоҳ доштан сурхшавии равшан ва нороҳатии сабук дида шуданаш мумкин аст. Аз ин рӯ, таҳқиқот нишон намедиҳад, ки истифодаи доимӣ ва бемаҳдуди пӯст бехатар аст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи таҳқиқоти аслӣ: Nano-thick freestanding and reusable epidermal electronics via edge-supporting strategy

Муаллифон: 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.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ эъломияи муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифони масъул: Yi Li, Mengxi Wu ва Junshan Liu.

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

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

Муассиса 3: AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, Chengdu, Sichuan, China. Yina He бо ин муассиса алоқаманд дониста шудааст.

Маҷалла: Microsystems & Nanoengineering.

Ҷилд / рақами мақола: Volume 12, Article 292 (2026).

DOI:10.1038/s41378-026-01422-x

Ношир / платформа: Nature Portfolio / Springer Nature.

Навъи манбаъ ва ҳолати доварӣ: Мақолаи таҳқиқотии нашршудаест, ки аз арзёбии ҳамтоён гузаштааст.

Раванди нашр: 19 майи 2026 гирифта шудааст; 21 июни 2026 бозбинӣ шудааст; 13 июли 2026 қабул шудааст; 14 августи 2026 нашр шудааст ва дар ҳамон сана ҳамчун version of record сабт шудааст.

Пайванди расмии нашр:Саҳифаи расмии мақолаи Nature / Microsystems & Nanoengineering

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

Ёддошти ҳуқуқи муаллиф/визуалӣ: Иҷозатнома бо истиноди муносиб мубодилаи ғайритиҷоратиро имконпазир мекунад, аммо ба паҳн кардани маводи манбаъии тағйирёфта ё мутобиқшуда иҷозат намедиҳад. Аз ин рӯ, дар мақолаи Verianla шаклҳои манбаъ ба таври ҳосилавӣ дубора кашида нашудаанд.

Маблағгузорӣ: 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 ва 2025JJ12PT021); дастгирии Dalian University of Technology (DUT25YG255).

Дастрасии маълумот: Хабар дода мешавад, ки маълумот бо дархости оқилона аз муаллифони масъул дастрас шуда метавонад.

Ихтилофи манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки ихтилофи манфиатҳо надоранд.

Розигии иштирокчиён: Аз ихтиёриёне, ки дар таҷрибаҳо иштирок карданд, розигии огоҳона гирифта шудааст. Дар мақолаи асосӣ номи ҷудогонаи кумитаи ахлоқ ё рақами тасдиқ зикр нашудааст.

Саҳмҳои муаллифон: Zehan Liu, Shengzhao Wang, Chuchao Wang ва Ran Yang дастгоҳҳоро тарҳрезӣ, истеҳсол ва характернок карданд. Zehan Liu ва Qihong Wu занҷирҳои ҷамъоварии сигналро тарҳрезӣ ва истеҳсол карданд. Zehan Liu, Xihan Wang, Weifeng Zhang, Weiqiang Hong ва Yuan Gao маълумотро таҳлил карда, шаклҳоро омода карданд. Zehan Liu, Mengxi Wu ва Junshan Liu мақоларо навиштанд. Yina He, Yi Li, Mengxi Wu ва Junshan Liu лоиҳаро назорат карданд.

Ёддошти муҳими доира — қабати қурбонӣ: Озодсозии платформаи асосии ESU аз барандаи шишагӣ бо об қабати қурбонӣ ё кандакори ҷудогона талаб намекунад. Бо вуҷуди ин, дар бахши усули махсус, ки ҷузъи фаъоли PDMS/SWCNT-и сенсори фишорро омода мекунад, қабати қурбонии PAA-и дар об ҳалшаванда истифода мешавад. Бинобар ин, натиҷаи “тамоми истеҳсоли сенсор комилан бе қабати қурбонӣ аст” аз тарафи манбаъ дастгирӣ намешавад.

Ҳадди муҳими истифодаи дубора: Иҷрои истифодаи дубора ба тақрибан як ҳафта ва зиёда аз 100 амали гузоштану гирифтани дастгоҳ асос ёфтааст. Барои кам кардани ифлосшавии сатҳ, тоза кардани электрод бо этанол ва минтақаи пӯсти ҳадаф бо пахтаи спиртӣ талаб шудааст.

Ҳадди муҳими истифодаи пӯст: Манбаъ хабар медиҳад, ки аз сабаби гузаронандагии пасти ҳаво ва оби PI, ҳангоми часпиши дарозмуддат сурхшавии пӯст ва нороҳатии сабук пайдо шуда метавонад. Таҳқиқот таҳқиқоти дарозмуддати дерматологӣ ё амнияти клиникӣ нест.

Ёддошти муҳтавои илмӣ: Ин тавзеҳи Verianla дар асоси матни асосии таҳқиқоти манбаъ, бахши усул, Шакл 1–5, натиҷаҳои ададӣ ва metadata-и нашр омода шудааст. Дар бораи ташхиси беморӣ, муваффақияти табобат, амнияти дарозмуддати клиникӣ ё истеҳсоли силсилавии тиҷоратӣ иддаои дар манбаъ набуда илова нашудааст.