Муҳаққиқон бо мақсади коҳиш додани вобастагии биосенсорҳои бесим аз резонанси классикии LC дар сатҳи MHz платформаеро бо номи WiLECS таҳия карданд, ки ҳаракати иониро мустақиман бо резонанси электронӣ пайваст мекунад. Система моеъи ионии холин-малатро, ки дар матритсаи хитозан ҷойгир шудааст, нанозарраҳои тиллои бо 2-меркаптоэтанол функсионализатсияшуда ва сохтори чандири антеннаи LC-ро муттаҳид мекунад. Ҳангоми татбиқи фишор озод шудани ионҳое, ки дар атрофи нанозарраҳои тилло тавассути пайвандҳои гидрогенӣ нигоҳ дошта мешаванд, зарфияти қабати дугонаи электриро тағйир медиҳад; ин тағйирот ба басомади резонансии занҷири LC интиқол меёбад. Ба ин тартиб система метавонад ба таври бесим дар аз 1 MHz пасттар кор кунад. Дар гели ионии HD-ME тағйирёбии вақти релаксатсия вобаста ба фишор %51,8 чен карда шуд, дар ҳоле ки дар гели ионии CS+IL ин тағйирот %21,1 буд; сенсори фишори HD-ME ҳамчунин ҳассосияти 17,36 kPa⁻¹ нишон дод. Дар ченкуниҳои бесим дар модели артерияи сунъӣ таносуби сигнал ба садои системаи асосёфта ба HD-ME 78 dB гузориш шуд, дар ҳоле ки барои сенсори анъанавии гели полимерии CS арзиши 15 dB дода шудааст.

Навоварии асосии таҳқиқот танҳо дар кор кардан дар басомади паст нест. Механизми асосӣ дар он аст, ки фишор мустақиман ҳолати нигоҳдорӣ ва озодшавии ионҳоро тағйир медиҳад ва ин тағйироти ионӣ ба резонанси электронӣ пайваст мешавад. Муҳаққиқон ин механизмро дар миқёсҳои гуногун бо истифода аз ченкуниҳои FTIR, Raman, электрохимиявӣ ва диэлектрикӣ; таҷрибаҳои зарфияти вобаста ба фишор; симулятсияҳои электромагнитӣ ва дастгоҳи артерияи сунъӣ омӯхтанд.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот озмоиши клиникии фишори хун дар одамон нест. Намоиши фишори хун дар модели артерияи сунъӣ, ки бо истифода аз катетери баллонӣ сохта шудааст, анҷом дода шуд; барои арзёбии интиқоли бесим тавассути бофта бошад, пӯсти хук бо ғафсии 7 mm истифода шудааст. Аз ин рӯ, натиҷаҳоро набояд ҳамчун далели муваффақияти имплантатсияи дарозмуддат дар одамон ё дақиқии клиникии ченкунии фишори хун тафсир кард.

Ин барои Туркия чӣ маъно дорад?

Таҳқиқот дар Туркия анҷом дода нашудааст ва тасдиқи мустақимро дар беморон, муҳитҳои клиникӣ ё низоми тандурустии Туркия дар бар намегирад. Бо вуҷуди ин, аз нуқтаи назари таҳқиқоти биосенсорҳои бесими басомади паст, бебатарея ё пассив, ин усул барои гурӯҳҳои таҳқиқотие, ки электроникаи биотиббӣ, сенсорҳои чандир, дастгоҳҳои имплантатсияшаванда ва маводи иониро таҳия мекунанд, як равиши техникӣ пешниҳод мекунад. Барои интиқоли он ба истифодаи воқеии тиббӣ дар Туркия бояд омилҳое ба монанди анатомияи инсон, бофтаи воқеии раг, биомувофиқии дарозмуддат, бастабандӣ, стерилизатсия, устувории механикӣ ва дақиқии ченкунии клиникӣ алоҳида тасдиқ карда шаванд. Ин таҳқиқот онҳоро мустақиман насанҷидааст.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Қисми муҳими биосенсорҳои бесими пассив ба меъмории индуктор-конденсатор, яъне резонатори LC, такя мекунад. Басомади резонансии чунин система тавассути индуктивият ва зарфият муайян мешавад. Вақте ки зарфияти конденсаторҳои анъанавии диэлектрикӣ маҳдуд аст, барои ба даст овардани резонанси мувофиқ система бояд дар басомадҳои баландтар кор кунад.

Муҳаққиқон ба ҷойи он ки мушкилоти ин меъмориро танҳо ҳамчун масъалаи тарҳи электромагнитӣ, ки геометрияи антеннаро тағйир медиҳад, баррасӣ кунанд, ҳадаф гузоштанд, ки механизми физикии кори конденсаторро тағйир диҳанд. Ба ҷойи зарфияти классикии диэлектрикӣ, зарфияти баланди қабати дугонаи электрӣ (electric double layer, EDL), ки ионҳо дар сатҳи электродҳо ба вуҷуд меоранд, истифода шуд.

Ҳамин тавр, посухи сенсор ба ангезиши механикӣ дигар танҳо ба тағйирёбии масофаи байни ду электрод ё геометрияи диэлектрикӣ вобаста набуда, ба худи ҳаракати ионҳо пайваст карда шуд.

WiLECS чӣ гуна кор мекунад?

Қисми ҳассоси системаи WiLECS аз гели ионии асосёфта ба хитозан иборат аст. Дар дохили гел моеъи ионии холин-малат [Ch]⁺[Ma]⁻ мавҷуд аст. Ба система ҳамчунин нанозарраҳои тилло (AuNP) илова мешаванд, ки сатҳи онҳо бо молекулаҳои 2-меркаптоэтанол (ME) функсионализатсия шудааст.

Нанозарраҳои функсионализатсияшуда танҳо ҳамчун маводи пуркунанда хизмат намекунанд. Тибқи механизми пешниҳодшуда дар таҳқиқот, гурӯҳҳои функсионалии сатҳи онҳо бо моеъи ионӣ пайвандҳои гидрогенӣ ташкил карда, ионҳоро дар минтақаҳои муайян нигоҳ медоранд.

Пеш аз татбиқи фишор ҳаракатнокии ин ионҳо маҳдуд карда мешавад. Ҳангоми татбиқи фишор аз сабаби фарқи хосиятҳои механикии матритсаи гел ва нанозарра дар интерфейс шиддати механикӣ мутамарказ мешавад; бо суст шудани пайвандҳои гидрогенӣ як қисми ионҳо озод мешаванд ва зери майдони электрикии татбиқшуда метавонанд ба сӯи электродҳо ҳаракат кунанд.

Афзоиши шумораи ионҳои озод дар интерфейси электрод қабати дугонаи электрии қавитарро ба вуҷуд меорад. Дар натиҷа зарфият тағйир меёбад ва басомади резонансии резонатори LC ҷойиваз мешавад.

Чаро қабати дугонаи электрӣ муҳим аст?

Дар сенсори классикии фишори зарфиятӣ ченкунӣ асосан тавассути фишурда шудани қабати диэлектрикӣ, тағйирёбии масофаи байни электродҳо ё деформатсияи геометрияи сохтор сурат мегирад. Дар WiLECS бошад, муҳаққиқон аз зарфияти EDL истифода мебаранд, ки дар натиҷаи интиқоли ионҳо ба интерфейси электрод ба вуҷуд меояд.

Дар басомади паст барои ҳаракати ионҳо вақти бештар мавҷуд аст, аз ин рӯ зарфияти системаи ионӣ равшантар зоҳир мешавад. Дар таҳқиқот нишон дода шудааст, ки бо паст шудани басомад зарфияти EDL дар гели ионии CS+IL меафзояд.

Дар системаи HD-ME бошад, муҳим он аст, ки дар оғоз то ҳадди имкон ионҳои бештар аз ҳаракат боздошта шаванд ва баъд ҳангоми расидани фишор онҳо озод карда шаванд. Аз ин рӯ, гарчанде зарфияти ибтидоии гели HD-ME пасттар аст, тағйирёбии зарфият зери фишор калонтар мебошад.

Резонанси LC бо ҳаракати ионҳо чӣ гуна пайваст мешавад?

Дар таҳқиқот басомади резонансӣ бо муносибати зерин ифода шудааст:

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

Дар ин ҷо:

• f₀: басомади резонансии занҷири LC мебошад.
• L: индуктивияти антенна мебошад.
• C: зарфияти сенсори ионӣ мебошад.

Тағйирёбии басомади резонансӣ дар таҳқиқот инчунин ба шакли зерин дода шудааст:

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

Нишондиҳии муодила дар манбаъ дар ин ҷо айнан нигоҳ дошта шудааст. Азбаски дар баъзе графикҳои таҳқиқот ҷойивазии басомад ба шакли −Δf₀ нишон дода мешавад, бояд конвенсияи аломат аз бузургии ҷойивазӣ ҷудо карда шавад. Аз ин рӯ, муодила бо гирифтани ҳосила аз берун хомӯшона тағйир дода нашудааст.

Аз ҷиҳати физикӣ барои WiLECS пайванди муҳим чунин аст: фишор → озодшавии ионҳо → тағйирёбии зарфияти EDL → тағйирёбии басомади резонансии LC.

Таркиби гели ионӣ чӣ гуна интихоб шуд?

Ҳамчун полимери асосӣ хитозан истифода шуд. Бо зиёд шудани миқдори моеъи ионии холин-малат зиёд шудани шумораи ионҳои ҳаракаткунанда ва аз ин рӯ зарфияти EDL мушоҳида шуд. Моеъи ионӣ ҳамчунин дар матритсаи хитозан таъсири пластификаторӣ ба вуҷуд оварда, модули эластикиро коҳиш дод.

Бо вуҷуди ин, вақте ки миқдори моеъи ионӣ аз %50 ҳиссаи вазнӣ гузашт, ихроҷи ионҳо ба амал омад ва ташаккули гели якхела халалдор шуд. Аз ин рӯ, муҳаққиқон барои нигоҳ доштани бартарии миқдори баланди ионҳо ва ҳамзамон назорат кардани ҳаракати онҳо нанозарраҳои функсионализатсияшудаи Au-ро ҳамчун доми ион истифода карданд.

Сатҳи нанозарраҳои тилло чӣ гуна функсионализатсия шуд?

Ба маҳлули нанозарраҳои Au-и 50 nm 2-меркаптоэтанол илова карда шуд. Муҳаққиқон зичии функсионализатсияи сатҳро ҳам тавассути андозаи нанозарраҳо ва ҳам тавассути pH-и реаксия назорат карданд.

Барои функсионализатсияи зичии баланд реаксия дар шароити pH 9,1 гузаронида шуд ва зарраҳои синтезшуда баъдан дар муҳити pH 7 пароканда карда шуданд. Дар шароити pH-и пасттар аз сабаби душвор шудани депротонатсияи гурӯҳи тиол маҳдуд шудани координатсияи Au-S интизор меравад.

Тасдиқи спектроскопӣ чиро нишон дод?

Дар AuNP-ҳои функсионализатсиянашуда қуллаи абсорбсияи UV-Vis дар атрофи 561 nm дида шуд, дар ҳоле ки баъд аз модификатсияи сатҳ бо ME қулла ба 557 nm ҷойиваз шуд.

Дар санҷиши FTIR гузориш шудааст, ки қуллаи ибтидоии кашиши S-H дар 2556 cm⁻¹ аз байн рафт ва банди 2970 cm⁻¹, ки дар манбаъ бо ташаккули пайванди Au-S алоқаманд карда шудааст, пайдо шуд. Илова бар ин, банди 2910 cm⁻¹-и асимметрии CH₂ ҳамчун нишондиҳандаи дастгирикунандаи пайвастшавии химиявии молекулаҳои сатҳӣ ба нанозарраҳо тафсир шудааст.

Ҳангоми омӯзиши механизми озодкунии ионҳо бо фишор қуллаи спиртии C-O-и холин аз аз 1076 cm⁻¹ ба 1080 cm⁻¹, ва қуллаи спиртии C-O-и малат аз аз 1028 cm⁻¹ ба 1033 cm⁻¹ ҷойиваз шудааст. Муҳаққиқон ин тағйиротро бо суст шудани пайвандҳои гидрогенӣ зери фишор ва озод шудани ионҳо аз сатҳи AuNP алоқаманд мекунанд.

Дар таҳлили Raman қуллаи 712 cm⁻¹-и конформатсияи gauche-и холин, ки бо пайвандҳои гидрогенӣ алоқаманд аст, бо қуллаи конформатсияи trans дар тақрибан 770 cm⁻¹ муқоиса шуд ва равшан шудани сигнали gauche дар системаи HD-ME ҳамчун далели дастгирикунандаи нигоҳдории моеъи ионӣ тавассути таъсирҳои пайванди гидрогенӣ истифода гардид.

Фишор динамикаи ионҳоро то чӣ андоза тағйир медиҳад?

Дар таҳлили диэлектрикии вобаста ба басомад хусусиятҳои релаксатсия бо истифода аз рафтори tan δ = ε''/ε' арзёбӣ шуданд. Муҳаққиқон зери фишор дар вақти релаксатсияи гели ионии HD-ME %51,8 тағйирот мушоҳида карданд. Тағйирот дар гели ионии CS+IL бошад %21,1 гузориш шуд.

Ин фарқ барои дастгирии фарзияе истифода шудааст, ки ионҳои дар оғоз дар сатҳи HD-ME беҳаракат нигоҳдошташуда ҳангоми татбиқи фишор озод мешаванд. Аммо бояд ба назар гирифт, ки тафсирҳои зичӣ ва ҳаракатнокии ионҳои озод, ки аз таҳлили tan δ бароварда шудаанд, ба тасвиркунии мустақими ҳар як ион баробар нестанд.

Ҳассосият ба фишор

Ҳассосияти сенсори фишор дар таҳқиқот бо муносибати зерин муайян шудааст:

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

• S: ҳассосият ба фишор мебошад.
• C₀: зарфияти ибтидоӣ пеш аз татбиқи фишор мебошад.
• ΔC: тағйирёбии зарфият дар натиҷаи фишори татбиқшуда мебошад.
• P: фишори татбиқшуда мебошад.

Тибқи ин таъриф, зарфияти пасти ибтидоӣ ва тағйирёбии калони зарфият зери фишор ҳассосияти баланд ба вуҷуд меоранд. Ҳассосияти ченшудаи гели ионии HD-ME 17,36 kPa⁻¹ гузориш шудааст.

Дар Шакли 1f, ки сенсорҳои бесими таҳқиқотро бо меъмориҳои гуногуни сенсорҳои бесими фишор дар адабиёт муқоиса мекунад, барои WiLECS дар басомади резонансии паст арзиши ҳассосияти 0,0036 mmHg⁻¹ дода шудааст. Азбаски ин ду рақам бо таърифҳо ва воҳидҳои гуногун гузориш шудаанд, набояд ба ҷойи ҳамдигар истифода шаванд.

Вақти посух ва барқароршавӣ

Зери фишори 0,1 kPa вақти посухи сенсор 31 ms ва вақти барқароршавӣ 47 ms чен карда шуд. Дар санҷишҳои динамикии боркунӣ-борбардорӣ гузориш шудааст, ки сенсор дар давоми тақрибан 1900 сония кори пайваста посухи мувофиқ дод.

Чаро нармии механикӣ лозим аст?

Ҳадаф ин буд, ки сахтии гели ионӣ паст нигоҳ дошта шавад, то он ба бофтаи раг аз ҷиҳати механикӣ мутобиқ шавад. Дар матни таҳқиқот модули гели анъанавии хитозан тақрибан 400 MPa нишон дода шудааст. Ҳангоми илова кардани моеъи ионӣ модули гели CS+IL то тақрибан 175 kPa коҳиш меёбад.

Нишонаҳои Шакли 2e нишон медиҳанд, ки пас аз нигоҳдорӣ дар PBS системаҳои гел боз ҳам нармтар шудаанд. Муҳаққиқон ҳадаф доштанд, ки ин тағйирот тамоси мувофиқтар бо бофтаи нармро таъмин кунад.

Ин мутобиқати механикӣ далели бехатарии импланти музмин дар раги воқеӣ нест; таҳқиқот имплантатсияи дарозмуддат дар ҳайвони зинда ё имплантатсияи инсонро анҷом надодааст.

Санҷиши зиндамонии ҳуҷайра

Дар арзёбии ибтидоии биомувофиқии гели ионии HD-ME фибробластҳои дермалии инсон (HDFn) истифода шуданд. Ҳуҷайраҳо бо гели ионии HD-ME ё PEDOT:PSS барои 12, 24 ва 48 соат дар тамос нигоҳ дошта шуда, санҷиши MTT гузаронида шуд.

Гузориш шудааст, ки пас аз ду рӯзи таъсир дар гели ионии HD-ME зиндамонии ҳуҷайраҳо аз %80 баландтар боқӣ мондааст. Ин натиҷа мутобиқати кӯтоҳмуддати ҳуҷайравии маводро дастгирӣ мекунад; аммо худ аз худ биомувофиқии дарозмуддати имплант, рафтори илтиҳобӣ ё бехатарии онро дар одамон исбот намекунад.

Антеннаи бесим чӣ гуна ба басомади паст оварда шуд?

Танҳо сенсори ионӣ кофӣ нест; зарфияти сенсор бояд якҷоя бо индуктивияти антенна резонанси мувофиқи LC-ро ташкил диҳад. Барои ин муҳаққиқон шумораи гардишҳои катушкаро дар ҳамон масоҳат зиёд карданд ва барои баланд бардоштани зарфияти паразитӣ антеннаи дуқабата тарҳрезӣ карданд.

Бо истифода аз сохтори тахтаи чопии чандир антеннаи борик ва мутобиқшаванда ба бадан сохта шуд. Дар тарҳи антенна катушкаи хонанда бо 20 гардиш ва катушкаи сенсор бо 70 гардиш моделсозӣ шудааст.

Барои тарҳи электромагнитӣ ANSYS HFSS ва барои арзёбии шабакаи электрӣ ва S₁₁ Keysight Advanced Design System истифода шудааст.

Пайвастшавии байни катушкаҳо чӣ гуна ифода шудааст?

Коэффитсиенти пайвастшавии магнитӣ байни катушкаҳои хонанда ва сенсор бо муодилаи зерин дода шудааст:

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

• k: коэффитсиенти пайвастшавии байни ду катушка мебошад.
• M: индуктивияти мутақобила мебошад.
• L₁ ва L₂: индуктивиятҳои хоси ду катушка мебошанд.

Дар симулятсия фосилаи байни катушкаҳои сенсор ва хонанда аз 1 mm то 25 mm тағйир дода шуд. Гузориш шудааст, ки сенсори асосёфта ба HD-ME ҳатто дар масофаи 2,5 cm ҳам интиқоли бесими ҳассосияти баландро нигоҳ дошта тавонист.

Муҳаққиқон ҳамчунин қобилияти кори системаро бо андозаи антеннаи 1,25 cm × 1,25 cm арзёбӣ карданд. Ин натиҷа имконияти миниатюризатсияро нишон медиҳад; он муваффақияти дарозмуддати дастгоҳи миниатюрии воқеан имплантатсияшударо мустақиман нишон намедиҳад.

Таҷрибаи артерияи сунъӣ чӣ гуна анҷом дода шуд?

Барои нишон додани принсипи мониторинги фишори раг бо WiLECS як дастгоҳи артерияи сунъӣ бо истифода аз катетери баллонӣ ва инфлятор сохта шуд. Сенсори гели ионии HD-ME дар сохтори монанд ба манжетаи PDMS ҷойгир карда шуд ва васеъшавӣ ва тангшавии катетери баллонӣ ба сенсор фишори механикии даврӣ ворид кард.

Барои тақлид кардани тангшавии раг, ки метавонад аз плаки атеросклеротикӣ ба вуҷуд ояд, ба дохили катетер равғани моеъи хук ворид карда шуда, дар ҳарорати хона сахт карда шуд. Манбаъ ин моделро барои муқоисаи ҳолатҳои артерияи “normal” ва “oily” истифода мебарад.

Ин дастгоҳ аз ҷиҳати биологӣ артерияи воқеии атеросклеротикӣ нест. Модели бо равған сохташуда як модели назоратшавандаи лабораторӣ аст, ки барои нишон додани қобилияти сенсор дар фарқ кардани шароити гуногуни фишори механикӣ истифода шудааст.

Дар модели артерияи сунъӣ чӣ натиҷа ба даст омад?

Ҳангоми муқоисаи сенсорҳои гели CS, гели ионии CS+IL ва гели ионии HD-ME, системаи HD-ME ба тағйироти фишоре, ки аз васеъшавии артерия ба вуҷуд меоянд, баландтарин посухи зарфиятиро нишон дод.

Дар ченкунии бесим ҳам ҳамин тамоюл нигоҳ дошта шуд. Дар сенсори HD-ME афзоиши фишор ҷойивазии калонтари басомади резонансиро ба вуҷуд овард. Муҳаққиқон ин рафторро бо гузариши ионҳо аз ҳолати нигоҳдошташуда зери фишор ба ҳолати озод алоқаманд мекунанд.

Таносуби сигнал ба садо

Дар арзёбии SNR, ки ба таҷрибаҳои фишори артерияи сунъӣ асос ёфтааст, барои системаи асосёфта ба HD-ME арзиши 78 dB ва барои сенсори анъанавии диэлектрикии асосёфта ба гели полимерии CS арзиши 15 dB гузориш шуд.

Ин муқоиса иҷрои сигнал ба садоро дар дастгоҳи таҷрибавии худи таҳқиқот нишон медиҳад. Ин маъно надорад, ки ҳамон арзишҳои SNR барои хонандаҳои электронии гуногун, геометрияи бофтаҳо, умқи имплантатсия ё муҳитҳои клиникӣ ба таври автоматӣ эътибор доранд.

Оё ҳангоми мавҷуд будани бофта ва фосила интиқол идома меёбад?

Барои арзёбии интиқоли бесим дар ҳузури монеаҳои физикӣ байни антеннаҳои TX ва RX аввал як фосилагузори ғафсиаш 5 mm ва баъдан пӯсти хук бо ғафсии 7 mm ҷойгир карда шуд.

Манбаъ дар ин шароит арзишҳои сигнали S₁₁-ро мутаносибан бо сатҳҳои −13,4 dB, −10,26 dB ва −4,53 dB алоқаманд карда, гузориш медиҳад, ки тағйироти резонанси вобаста ба фишор ҳамоно хонда мешуд. Азбаски S₁₁ коэффитсиенти инъикос мебошад, арзишҳои камтар манфӣ ё бештар манфиро набояд мустақиман ҳамчун “сигнали биологии қавитар” тафсир кард; дар ин ҷо муҳим он аст, ки муҳаққиқон тавонистанд тағйироти резонанси вобаста ба фишорро аз паси монеа низ пайгирӣ кунанд.

Басомади паст дар асл чӣ маъно дорад?

Системаи ченкунии WiLECS дар диапазони басомади 10 kHz–1 MHz тавсиф карда шуд ва минтақаи ҳадафии кори дастгоҳ аз 1 MHz пасттар аст. Ин равиш гузаришро аз сенсорҳои анъанавии LC-и басомади баланд ба басомадҳои пасттари кори электромагнитӣ таъмин мекунад.

Аммо равиши “bio-safe” ё аз ҷиҳати биологӣ бехатартари басомади пасти таҳқиқот тавассути омӯзиши ҳамаҷонибаи таъсири электромагнитӣ ба инсон тасдиқ нашудааст. Таҳқиқот асосан ба маводи сенсор, механотрансдуксия, резонанси электромагнитӣ ва намоиши артерияи сунъӣ равона шудааст. Аз ин рӯ, паст будани басомад ва исботи бехатарии клиникии дарозмуддат як чиз нестанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дастгирӣ мекунад, ки бо пайваст кардани мустақими ҳаракати ионҳо ба резонанси LC меъмории сенсори бесим дар зери 1 MHz амалӣ карда мешавад.
• Дастгирӣ мекунад, ки сохтори AuNP-и функсионализатсияшудаи HD-ME тағйироти спектроскопӣ ва электрикиеро нишон медиҳад, ки ба механизми нигоҳдории ионҳо ва озодшавии онҳо бо фишор мувофиқанд.
• Нишон медиҳад, ки гели ионии HD-ME нисбат ба системаҳои асосёфта ба CS+IL ва CS посухи қавитар ба фишор ба вуҷуд меорад.
• Нишон медиҳад, ки дар системаи HD-ME тағйирёбии вақти релаксатсия зери фишор ба %51,8 мерасад.
• Дар сенсори зарфиятии фишори HD-ME ҳассосияти 17,36 kPa⁻¹ гузориш шудааст.
• Дар шароити 0,1 kPa вақти посухи 31 ms ва вақти барқароршавии 47 ms чен шудааст.
• Нишон медиҳад, ки дар дастгоҳи артерияи сунъӣ тағйироти фишор тавассути ҷойивазии резонанси бесим пайгирӣ карда мешаванд.
• Нишон медиҳад, ки ҳатто ҳангоми гузоштани пӯсти хук бо ғафсии 7 mm дар миён хондани бесими вобаста ба фишор идома меёбад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Дақиқии клиникии ченкунии фишори хун дар одамон исбот нашудааст.
• Имплантатсия ба раги зиндаи инсон анҷом дода нашудааст.
• Биомувофиқии дарозмуддати имплант нишон дода нашудааст.
• Илтиҳоби музмин, фиброз ё посухи иммунӣ арзёбӣ нашудааст.
• Кори бесим дар бадани инсон дар давоми моҳҳо ё солҳо нишон дода нашудааст.
• Модели артерияе, ки бо равғани сунъӣ сохта шудааст, ҳамаи хусусиятҳои биомеханикии атеросклерози воқеии инсонро ифода намекунад.
• Исбот нашудааст, ки танҳо кор дар басомади паст ҳамаи хатарҳои бехатарии электромагнитиро аз байн мебарад.
• Намоиши антеннаи 1,25 cm × 1,25 cm далели бомуваффақият миниатюризатсия шудани импланти клиникӣ нест.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Синтези моеъи ионӣ

Моеъи ионии холин-малат [Ch]⁺[MA]⁻ бо усули метатезиси намак омода карда шуд. Маҳлули 2 M кислотаи малик дар метанол ба маҳлули 0,8 M бикарбонати холин дар 25 °C оҳиста илова карда шуд ва барои хориҷ шудани CO₂4 соат омехта гардид.

Метанол ва об тавассути бухоркунии роторӣ дар 80 °C барои 12 соат хориҷ карда шуданд; сипас маҳсулот дар 80 °C барои 48 соат дар шкафи вакуумӣ хушк карда шуд.

Омодасозии нанозарраҳои Au-и бо ME функсионализатсияшуда

• Миқдори 2-меркаптоэтанол: 556 µL
• Маҳлули AuNP: 5 mL
• Андозаи номиналии AuNP: 50 nm
• Арзишҳои pH-и буферии санҷидашуда: 3,8; 4,5; 9,1
• Ҳаммоми ултрасадоӣ: 30 дақиқа
• Инкубатсия бо vortex-и суст дар ҳарорати хона: 12 соат
• Сентрифугакунӣ: 12.500 g, 4 °C, 12 дақиқа, ду маротиба
• Парокандасозии дубора баъд аз тозакунӣ: 1 mL оби Milli-Q

Омодасозии гели ионии хитозан

Маҳлули хитозан бо истифода аз %2 хитозан аз рӯи вазн ва %1 v/v кислотаи сирко омода карда шуд. Моеъи ионии холин-малат ба маҳлули хитозан дар таносубҳои вазнии %10, %30 ва %50 илова карда шуд.

Омехтаҳо дар ҳарорати хона 24 соат омехта шуда, барои якхеласозӣ 30 дақиқа сонфикатсия шуданд.

Сипас 1 mL маҳлули AuNP-и функсионализатсияшуда бо маҳлули гели ионӣ омехта карда шуда, дар давоми шаб омехтакунии сабук анҷом дода шуд. Аз маҳлули омодашуда 10 g ба табақчаи шишагии Петри рехта шуда, дар ҳарорати хона 48 соат сахт карда шуд.

Истеҳсоли сенсори бесими ионӣ

Қабати мобайнии PDMS дар масоҳати тақрибан 1 cm × 1 cm ва бо ғафсии 500 µm омода карда шуд. Дар матни усули манбаъ таносуби PDMS ва сахткунанда ба шакли 1:10 таносуби вазнӣ дода шудааст; дар ин ҷо ифодаи манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.

PDMS дар 80 °C барои 4 соат тавонида шуд. Сенсори ионӣ дар сохтори металл-изолятор-металл (MIM) сохта шуд.

Электродҳои болоӣ ва поёнӣ аз қабатҳои 3 nm Cr / 30 nm Au, ки тавассути бухоркунии ҳароратӣ рӯи PET пӯшонида шудаанд, ташкил шуданд. Барои пайвасти электрӣ байни электродҳо ва антенна сими тилло истифода шуд.

Тавсифи мавод

Тавсифи механикӣ

Плёнкаҳои полимерӣ дар 25 °C бо дастгоҳи UTM QRUTS-S105 дорои ҳуҷайраи бори 1 kN ва суръати кашиши 10 mm/дақиқа санҷида шуданд. Намунаҳо тибқи стандарти ASTM D638-02a Type V омода карда шуданд.

Модули Young аз нишебии каҷи шиддат-деформатсия дар диапазони %0–5 деформатсия ҳисоб карда шуд. Натиҷаҳо ҳамчун миёнаи панҷ намуна ± инҳирофи стандартӣ, ки дар ҳамон шароит санҷида шуданд, гузориш гардиданд.

Усули зиндамонии ҳуҷайра

Ҳуҷайраҳои HDFn бо 1,5 mg гели ионии HD-ME ё PEDOT:PSS барои 12, 24 ва 48 соат дар тамос нигоҳ дошта шуданд.

Сипас маҳлули %10 MTT илова карда шуд ва ҳуҷайраҳо дар шароити 37 °C, %5 CO₂ барои 4 соат инкубатсия шуданд. Зичии оптикӣ дар 570 nm чен карда шуд.

Спектроскопияи импеданси электрохимиявӣ

Ченкуниҳои EIS бо анализатори электрохимиявии PGSTAT302N дар ҳарорати хона, дар диапазони 0,1 Hz–100 kHz ва бо сигнали 10 mV AC анҷом дода шуданд.

Плёнкаҳои полимерии тақрибан 500 µm ғафсӣ байни ду электроди аз пӯлоди зангногир бо диаметри 10 mm ҷойгир карда шуданд.

Ноқилияти ионӣ бо муодилаи зерин ҳисоб карда шуд:

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

• σ: ноқилияти ионӣ мебошад.
• l: ғафсии плёнкаи полимерӣ мебошад.
• A: масоҳати электрод мебошад.
• R_b: муқовимати ҳаҷмӣ мебошад, ки аз каҷҳои Nyquist муайян шудааст.

Ченкуниҳои зарфият ва фишор

Ченкуниҳои зарфият бо Agilent E4980A Precision LCR Meter анҷом дода шуданд. Дар сенсори пьезозарфиятӣ плёнкаи гели ионӣ бо ғафсии тақрибан 500 µm ва масоҳати сенсор тақрибан 0,75 cm² истифода шуд.

Барои тавсифи фишор стансияи барномарезишавандаи зондии xyz истифода шуд. Ҳалшавандагии мавқеъ 0,1 µm ва ҳалшавандагии нишондиҳандаи қувва 0,005 N буд. Зарфият ва бори татбиқшуда ҳамзамон бо системаи асосёфта ба LabVIEW сабт шуданд.

Тавсифи системаи бесим

• Модели электромагнитии антенна: ANSYS HFSS
• Таҳлили шабака/S₁₁: Keysight ADS
• Диэлектрики антенна: полиамид
• Ноқил: мис
• Катушкаи хонанда: 20 гардиш
• Катушкаи сенсор: 70 гардиш
• Анализатори вектории шабака: Keysight E5071C
• Диапазони дастгоҳи VNA: 9 kHz–8,5 GHz
• Диапазони ченкунии истифодашуда дар таҳқиқот: 10 kHz–1 MHz

Хулосаи натиҷаҳои асосии ададӣ

Ҳамаи ин натиҷаҳо ба дастгоҳҳои лаборатории худи таҳқиқот тааллуқ доранд. Хусусан таҷрибаҳои артерияи сунъӣ, масофаи катушка ва пӯсти хук ба имплантатсияи воқеии инсон ё тасдиқи клиникии фишори хун баробар нестанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Low-frequency ionic-electronic coupling for energy-efficient noise-resilient wireless bioelectronics

Муаллифон: 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.

Саҳми баробар: Ji Hong Kim ва Haerim Kim ба таҳқиқот саҳми баробар гузоштаанд.

Муаллифони масъул: Seungyoung Ahn ва Do Hwan Kim.

Муассисаҳо:

• 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.

Маҷалла: Nature Communications

Ношир: Springer Nature / Nature Portfolio

Ҷилд: 17

Рақами мақола: 3800

Сол: 2026

Санаи қабул: 28 октябри 2025

Санаи пазируфтан: 25 феврали 2026

Санаи нашри онлайн: 11 марти 2026

Version of record: 27 апрели 2026

DOI:10.1038/s41467-026-70331-4

Пайванди расмии нашр:Саҳифаи расмии мақола дар Nature Communications

Навъи манбаъ: Мақолаи аслии таҳқиқотии тақризшуда.

Ёддошт оид ба ҳолати нашр: Манбаи боршудае, ки барои Verianla баррасӣ шудааст, версияи “Article in Press” мебошад, ки пас аз қабул дастрас шуда, ҳанӯз аз коркарди ниҳоии таҳрирӣ нагузаштааст. Дар санҷиши библиографӣ муайян шуд, ки сабти ниҳоии нашршуда бо ҳамин DOI дар Nature Communications мавҷуд аст. Аз ин рӯ, шахсияти нашр аз рӯи сабти расмии ҷорӣ дода шудааст; бозёфтҳои илмӣ, рақамҳо ва механизмҳои мақола бошад, бо вафодорӣ ба манбаи илмии боршуда интиқол дода шудаанд.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Иҷозатнома бо шарти зикри дурусти манбаъ ва нишон додани тағйироти воридшуда мубодила, мутобиқсозӣ ва истифодаи дубораро иҷозат медиҳад. Барои маводи тарафи сеюм бояд санҷида шавад, ки оё шакл ё маводи дахлдор ёддошти алоҳидаи иҷозатнома дорад ё не.

Дастрасии маълумот: Муҳаққиқон изҳор медоранд, ки маълумоти марбуте, ки натиҷаҳои таҳқиқотро дастгирӣ мекунанд, дар мақола ва маводи иловагӣ мавҷуданд; маълумоти иловагиро аз муаллифони масъул дархост кардан мумкин аст ва файли Source Data ҳамроҳи таҳқиқот пешниҳод шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор медоранд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби якчанд фондҳои миллии таҳқиқотӣ, аз ҷумла Бунёди миллии таҳқиқоти Корея, барномаҳои дахлдори таҳқиқотии ҳукумати Корея ва дастгирии IITP маблағгузорӣ шудааст. Сабти ниҳоии расмии нашр ҳамчунин дастгирии Korea Basic Science Institute / National Research Facilities and Equipment Center-ро дар бар мегирад.

Саҳми муаллифон: Seungyoung Ahn ва Do Hwan Kim лоиҳаро назорат карданд. Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim ва Haerim Kim мафҳумҳои назариявиро таҳия ва таҷрибаҳоро тарҳрезӣ карданд. Ji Hong Kim ва Haerim Kim таҷрибаҳоро анҷом доданд. Jaewon Rhee, Joo Sung Kim, Hanbin Choi, Won Hyuk Choi, Yoseph Park, Jong Hwi Kim ва So Young Kim ба равандҳои таҷрибавӣ саҳм гузоштанд. Do Hwan Kim ва Seungyoung Ahn мақоларо арзёбӣ карда, фикру мулоҳиза пешниҳод намуданд. Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim ва Haerim Kim дар омодасозии матн саҳм гузоштанд; Do Hwan Kim барои бознигариҳо масъул буд. Ҳамаи муаллифон натиҷаҳоро муҳокима карда, ба матни ниҳоӣ саҳм гузоштанд.

Ҳудуди тафсири илмӣ

Ин таҳқиқот як кори таҷрибавии сенсор аст, ки тавсифи мавод дар миқёси лабораторӣ, ченкунии электронӣ, симулятсияи электромагнитӣ ва намоиши артерияи сунъиро муттаҳид мекунад. Дар одамон озмоиши клиникӣ анҷом дода нашудааст. Дастгоҳи артерияи сунъӣ ва таҷрибаҳои интиқоли бесим тавассути пӯсти хук ҳамаи шароити механикӣ, биологӣ ва электромагнитии имплантатсияи воқеии рагро бозсозӣ намекунанд.

Тағйироти спектроскопӣ, диэлектрикӣ ва зарфиятии дар гели ионии HD-ME мушоҳидашуда механизми пешниҳодкардаи муҳаққиқон оид ба нигоҳдории ионҳо ва озодкунии онҳо бо фишорро дастгирӣ мекунанд; аммо ин маъно надорад, ки ҳар як марҳилаи микроскопии ин механизм мустақиман тасвир шудааст.

Кори басомади паст ҷузъи асосии ҳадафи таҳқиқот барои электроникаи бесими аз ҷиҳати биологӣ бехатартар мебошад; аммо танҳо ин таҳқиқот далели бехатарии дарозмуддати электромагнитӣ дар одамонро ташкил намедиҳад.

Ёддошти вафодорӣ ба манбаъ: Ба ин шарҳи Verianla берун аз таҳқиқоти боршуда ягон натиҷаи нави таҷрибавӣ, арзиши нави фаъолияти сенсор ё механизми нави биологӣ илова нашудааст. Тасдиқи беруна танҳо барои шахсияти нашр, ҳолати ниҳоии нашр, маълумоти муассисаҳо, иҷозатнома ва сабти расмии библиографӣ истифода шудааст.