Tadqiqotchilar simsiz biosensorlarning MHz darajasidagi anʼanaviy LC rezonansiga bogʻliqligini kamaytirish maqsadida ionlar harakati bilan elektron rezonansni bevosita bogʻlaydigan WiLECS nomli platformani ishlab chiqdilar. Tizim xitozan matritsasiga joylashtirilgan xolin-malat ion suyuqligi, 2-merkaptoetanol bilan funksionallashtirilgan oltin nanozarrachalar va egiluvchan LC antenna tuzilmasini birlashtiradi. Bosim qoʻllanganda oltin nanozarrachalar atrofida vodorod bogʻlari orqali ushlab turilgan ionlarning erkinlashishi elektr qoʻsh qatlami sigʻimini oʻzgartiradi; bu oʻzgarish esa LC zanjirining rezonans chastotasiga uzatiladi. Shu tariqa tizim 1 MHz'dan past chastotada simsiz ishlay oladi. HD-ME ion gelida bosimga bogʻliq relaksatsiya vaqti oʻzgarishi %51,8 deb oʻlchangan, CS+IL ion gelida esa bu oʻzgarish %21,1 boʻlgan; HD-ME bosim sensori bundan tashqari 17,36 kPa⁻¹ sezgirlik koʻrsatgan. Sunʼiy arteriya modelidagi simsiz oʻlchovlarda HD-ME asosidagi tizimning signal-shovqin nisbati 78 dB deb xabar qilingan, anʼanaviy CS polimer gel sensori uchun esa bu qiymat 15 dB deb berilgan.

Tadqiqotning asosiy yangiligi faqat past chastotada ishlashida emas. Asosiy mexanizm bosimning ionlarning ushlab turilishi va erkinlashishi holatini bevosita oʻzgartirishi hamda bu ionik oʻzgarishning elektron rezonans bilan bogʻlanishidir. Tadqiqotchilar ushbu mexanizmni FTIR, Raman, elektrokimyoviy va dielektrik oʻlchovlar; bosimga bogʻliq sigʻim tajribalari; elektromagnit simulyatsiyalar va sunʼiy arteriya qurilmasi yordamida turli miqyoslarda oʻrgandilar.

Shu bilan birga, tadqiqot odamlarda oʻtkazilgan klinik qon bosimi tajribasi emas. Qon bosimini namoyish etish ballonli kateter yordamida yaratilgan sunʼiy arteriya modelida bajarilgan; toʻqima orqali simsiz uzatishni baholashda esa 7 mm qalinlikdagi choʻchqa terisi ishlatilgan. Shu sababli natijalar odamlarda uzoq muddatli implantatsiya muvaffaqiyati yoki klinik qon bosimini oʻlchash aniqligining isboti sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Turkiya nuqtai nazaridan bu nimani anglatadi?

Tadqiqot Turkiyada oʻtkazilmagan va Turkiyadagi bemorlar, klinik muhitlar yoki sogʻliqni saqlash tizimida bevosita tasdiqlashni oʻz ichiga olmaydi. Shunga qaramay, past chastotali, batareyasiz yoki passiv simsiz biosensor tadqiqotlari nuqtai nazaridan usul biotibbiy elektronika, egiluvchan sensorlar, implantatsiya qilinadigan qurilmalar va ionik materiallar ishlab chiquvchi tadqiqot guruhlari uchun texnik yondashuv taklif etadi. Uni Turkiyada haqiqiy tibbiy amaliyotga oʻtkazish uchun inson anatomiyasi, haqiqiy tomir toʻqimasi, uzoq muddatli biouygʻunlik, qadoqlash, sterilizatsiya, mexanik chidamlilik va klinik oʻlchash aniqligi kabi omillar alohida tasdiqlanishi kerak. Ushbu tadqiqot ularni bevosita sinamagan.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Passiv simsiz biosensorlarning muhim qismi induktor-kondensator, yaʼni LC rezonator arxitekturasiga tayanadi. Bunday tizimning rezonans chastotasi induktivlik va sigʻim bilan belgilanadi. Anʼanaviy dielektrik kondensatorlarning sigʻimi cheklangan boʻlsa, mos rezonansga erishish uchun tizim yuqoriroq chastotalarda ishlashi kerak.

Tadqiqotchilar ushbu arxitekturadagi muammoni faqat antenna geometriyasini oʻzgartiradigan elektromagnit dizayn muammosi sifatida koʻrish oʻrniga, kondensatorning fizik ishlash mexanizmini oʻzgartirishni maqsad qildilar. Klassik dielektrik sigʻim oʻrniga ionlarning elektrod sirtlarida hosil qiladigan yuqori elektr qoʻsh qatlami sigʻimi (electric double layer, EDL) qoʻllanildi.

Shu tariqa sensorning mexanik taʼsirga javobi faqat ikki elektrod orasidagi masofa yoki dielektrik geometriyaning oʻzgarishiga bogʻliq boʻlishdan chiqarilib, ionlar harakatining oʻziga bogʻlandi.

WiLECS qanday ishlaydi?

WiLECS tizimining sezuvchi qismi xitozan asosidagi ion gelidan iborat. Gel tarkibida xolin-malat ion suyuqligi [Ch]⁺[Ma]⁻ mavjud. Tizimga, shuningdek, yuzasi 2-merkaptoetanol (ME) molekulalari bilan funksionallashtirilgan oltin nanozarrachalar (AuNP) qoʻshiladi.

Funksionallashtirilgan nanozarrachalar faqat toʻldiruvchi modda sifatida xizmat qilmaydi. Tadqiqotda taklif qilingan mexanizmga koʻra, ularning yuzasidagi funksional guruhlar ion suyuqligi bilan vodorod bogʻlari hosil qilib, ionlarni muayyan hududlarda ushlab turadi.

Bosim qoʻllanishidan oldin bu ionlarning harakatchanligi cheklanadi. Bosim qoʻllanganda gel matritsasi bilan nanozarracha orasidagi mexanik xususiyatlar farqi sabab interfeysda kuchlanish jamlanadi; vodorod bogʻlarining zaiflashishi natijasida ayrim ionlar erkinlashadi va qoʻllangan elektr maydoni ostida elektrodlarga tomon koʻcha oladi.

Elektrod interfeysidagi erkin ionlar sonining ortishi kuchliroq elektr qoʻsh qatlamini hosil qiladi. Natijada sigʻim oʻzgaradi va LC rezonatorning rezonans chastotasi siljiydi.

Elektr qoʻsh qatlami nima uchun muhim?

Klassik sigʻimli bosim sensorida oʻlchash koʻpincha dielektrik qatlamning siqilishi, elektrodlar orasidagi masofaning oʻzgarishi yoki tuzilma geometriyasining deformatsiyasi orqali amalga oshadi. WiLECS'da esa tadqiqotchilar ionlarning elektrod interfeysiga koʻchishi natijasida hosil boʻladigan EDL sigʻimidan foydalanadi.

Past chastotada ionlarning harakatlanishi uchun koʻproq vaqt boʻlgani sabab ionik tizim sigʻimi yaqqolroq namoyon boʻladi. Tadqiqotda chastota pasaygani sari CS+IL ion gelida EDL sigʻimining oshishi koʻrsatilgan.

HD-ME tizimida esa muhim jihat dastlab imkon qadar koʻp ionni harakatsiz holatda ushlab turish, soʻng bosim kelganda ularni erkinlashtirishdir. Shu sababli HD-ME gelining boshlangʻich sigʻimi pastroq boʻlsa ham, bosim ostidagi sigʻim oʻzgarishi kattaroqdir.

LC rezonansi bilan ion harakati qanday bogʻlanadi?

Tadqiqotda rezonans chastotasi quyidagi munosabat bilan ifodalanadi:

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

Bu yerda:

• f₀: LC zanjirining rezonans chastotasi.
• L: antennaning induktivligi.
• C: ionik sensorning sigʻimi.

Tadqiqotda rezonans chastotasining oʻzgarishi yana quyidagicha berilgan:

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

Manbadagi tenglama yozuvi bu yerda aynan saqlangan. Tadqiqotning ayrim grafiklarida chastota siljishi −Δf₀ koʻrinishida berilgani sabab belgi konvensiyasi bilan siljish kattaligi bir-biridan ajratilishi lozim. Shu sababli tenglama tashqaridan hosila olinib, sukut bilan oʻzgartirilmagan.

WiLECS uchun fizik jihatdan kritik bogʻlanish quyidagicha: bosim → ionlarning erkinlashishi → EDL sigʻimining oʻzgarishi → LC rezonans chastotasining oʻzgarishi.

Ion geli tarkibi qanday tanlandi?

Asosiy polimer sifatida xitozan ishlatildi. Xolin-malat ion suyuqligi miqdori oshirilganda harakatchan ionlar soni va shu bilan birga EDL sigʻimi ortgani kuzatildi. Ion suyuqligi xitozan matritsasida plastifikator taʼsirini ham hosil qilib, elastik modulni pasaytirdi.

Biroq ion suyuqligi miqdori %50 ogʻirlik ulushidan oshganda ion sizib chiqishi yuz berdi va bir tekis gel hosil boʻlishi buzildi. Tadqiqotchilar shu sabab yuqori ion miqdorining afzalligini saqlab qolgan holda ionlar harakatini boshqarish uchun funksionallashtirilgan Au nanozarrachalarini ion tutqichi sifatida qoʻlladilar.

Oltin nanozarrachalar yuzasi qanday funksionallashtirildi?

50 nm Au nanozarracha eritmasiga 2-merkaptoetanol qoʻshildi. Tadqiqotchilar sirt funksionallashtirish zichligini ham nanozarracha oʻlchami, ham reaksiya pH'i orqali boshqardilar.

Yuqori zichlikdagi funksionallashtirish uchun reaksiya pH 9,1 sharoitida oʻtkazildi va sintez qilingan zarrachalar keyin pH 7 muhitida dispersiyalandi. Pastroq pH sharoitlarida tiol guruhining deprotonlanishi qiyinlashgani sabab Au-S koordinatsiyasi cheklanishi kutiladi.

Spektroskopik tasdiqlash nimani koʻrsatdi?

Funksionallashtirilmagan AuNP'larda UV-Vis absorbsiya choʻqqisi 561 nm atrofida kuzatilgan boʻlsa, ME bilan sirt modifikatsiyasidan keyin choʻqqi 557 nm ga siljidi.

FTIR tekshiruvda dastlabki 2556 cm⁻¹ S-H choʻzilish choʻqqisi yoʻqolgani va manbada Au-S bogʻi hosil boʻlishi bilan bogʻlangan 2970 cm⁻¹ tasma paydo boʻlgani xabar qilinadi. Shuningdek, 2910 cm⁻¹ atrofidagi CH₂ asimmetrik tasmasi sirt molekulalarining nanozarrachalarga kimyoviy bogʻlanganini qoʻllab-quvvatlovchi dalil sifatida talqin qilingan.

Bosim bilan ionlarning erkinlashtirilishi mexanizmini oʻrganishda xolinning C-O spirt choʻqqisi 1076 cm⁻¹'dan 1080 cm⁻¹'ga, malatning C-O spirt choʻqqisi esa 1028 cm⁻¹'dan 1033 cm⁻¹'ga siljigan. Tadqiqotchilar bu oʻzgarishni bosim ostida vodorod bogʻlarining zaiflashishi va ionlarning AuNP yuzasidan erkinlashishi bilan bogʻlaydilar.

Raman tahlilida xolinning vodorod bogʻlari bilan bogʻliq gauche konformatsiyasiga tegishli 712 cm⁻¹ choʻqqi bilan taxminan 770 cm⁻¹ trans konformatsiya choʻqqisi taqqoslangan va HD-ME tizimida gauche signalining yaqqollashishi ion suyuqligining vodorod bogʻi oʻzaro taʼsirlari orqali ushlab turilishini qoʻllab-quvvatlovchi dalil sifatida ishlatilgan.

Bosim ion dinamikasini qanchalik oʻzgartiradi?

Chastotaga bogʻliq dielektrik tahlilda tan δ = ε''/ε' xatti-harakatidan foydalanib relaksatsiya xususiyatlari baholandi. Tadqiqotchilar bosim ostida HD-ME ion gelining relaksatsiya vaqtida %51,8 oʻzgarish kuzatdilar. CS+IL ion gelidagi oʻzgarish esa %21,1 deb xabar qilindi.

Ushbu farq HD-ME yuzasida dastlab harakatsiz ushlab turilgan ionlar bosim qoʻllanishi bilan erkin holatga oʻtishi haqidagi gipotezani qoʻllab-quvvatlash uchun ishlatilgan. Biroq tan δ tahlilidan chiqarilgan erkin ion zichligi va harakatchanlik talqinlari alohida ionlarning bevosita tasvirlanishiga teng emasligini hisobga olish kerak.

Bosim sezgirligi

Bosim sensorining sezgirligi tadqiqotda quyidagi munosabat bilan taʼriflanadi:

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

• S: bosim sezgirligi.
• C₀: bosim qoʻllanishidan oldingi boshlangʻich sigʻim.
• ΔC: qoʻllangan bosim natijasida yuzaga kelgan sigʻim oʻzgarishi.
• P: qoʻllangan bosim.

Ushbu taʼrifga koʻra, past boshlangʻich sigʻim va bosim ostidagi katta sigʻim oʻzgarishi yuqori sezgirlik hosil qiladi. HD-ME ion gelining oʻlchangan sezgirligi 17,36 kPa⁻¹ deb xabar qilingan.

Tadqiqotning simsiz sensorlarni adabiyotdagi turli simsiz bosim sensori arxitekturalari bilan taqqoslagan 1f-rasmida esa WiLECS uchun past rezonans chastotasida 0,0036 mmHg⁻¹ sezgirlik qiymati beriladi. Bu ikki son turli taʼrif va birliklarda xabar qilingani uchun bir-birining oʻrnida ishlatilmasligi kerak.

Javob va tiklanish vaqti

0,1 kPa bosim ostida sensorning javob vaqti 31 ms, tiklanish vaqti esa 47 ms deb oʻlchandi. Dinamik yuklash-boʻshatish sinovlarida sensor taxminan 1900 soniyalik ish davomida izchil javob bergani xabar qilinadi.

Mexanik yumshoqlik nima uchun kerak?

Ion gelining tomir toʻqimasiga mexanik moslasha olishi uchun uning qattiqligini past saqlash maqsad qilingan. Tadqiqot matnida anʼanaviy xitozan gelining moduli taxminan 400 MPa deb koʻrsatilgan. Ion suyuqligi qoʻshilganda CS+IL gelining moduli taxminan 175 kPa gacha tushadi.

2e-rasmdagi yorliqlar PBS ichida saqlangandan keyin gel tizimlari yanada yumshaganini koʻrsatadi. Tadqiqotchilar bu oʻzgarish yumshoq toʻqima bilan yanada mos kontaktni taʼminlashini maqsad qilganlar.

Bu mexanik moslik haqiqiy tomirda surunkali implant xavfsizligining isboti emas; tadqiqot uzoq muddatli tirik hayvon implantatsiyasi yoki inson implantatsiyasini amalga oshirmagan.

Hujayra hayotchanligi testi

HD-ME ion gelining biouygʻunligini dastlabki baholashda inson dermal fibroblastlari (HDFn) ishlatildi. Hujayralar HD-ME ion geli yoki PEDOT:PSS bilan 12, 24 va 48 soat davomida kontaktda saqlandi va MTT testi qoʻllanildi.

HD-ME ion gelida ikki kunlik taʼsirdan keyin hujayra hayotchanligi %80'dan yuqori boʻlib qolgani xabar qilinadi. Bu natija materialning qisqa muddatli hujayraviy mosligini qoʻllab-quvvatlaydi; biroq oʻzi implantning uzoq muddatli biouygʻunligi, yalligʻlanish xatti-harakati yoki odamlarda xavfsizligini isbotlamaydi.

Simsiz antenna qanday qilib past chastotaga tushirildi?

Ionik sensorning oʻzi yetarli emas; sensor sigʻimi antenna induktivligi bilan birgalikda mos LC rezonansini hosil qilishi kerak. Tadqiqotchilar shu maqsadda bir xil maydon ichida gʻaltak oʻramlari sonini oshirdilar va parazitik sigʻimni koʻpaytirish uchun ikki qatlamli antenna loyihaladilar.

Egiluvchan bosma plata tuzilmasidan foydalanib, yupqa va tanaga moslashtiriladigan antenna yaratildi. Antenna dizaynida oʻquvchi gʻaltak 20 oʻram, sensor gʻaltak esa 70 oʻram qilib modellashtirilgan.

Elektromagnit dizayn uchun ANSYS HFSS, elektr tarmogʻi va S₁₁ baholashlari uchun Keysight Advanced Design System ishlatilgan.

Gʻaltaklar orasidagi bogʻlanish qanday ifodalangan?

Oʻquvchi va sensor gʻaltaklari orasidagi magnit bogʻlanish koeffitsienti quyidagi tenglama bilan beriladi:

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

• k: ikki gʻaltak orasidagi bogʻlanish koeffitsienti.
• M: oʻzaro induktivlik.
• L₁ va L₂: ikki gʻaltakning oʻz induktivliklari.

Simulyatsiyada sensor va oʻquvchi gʻaltaklari orasidagi boʻshliq 1 mm dan 25 mm gacha oʻzgartirilgan. HD-ME asosidagi sensor 2,5 cm masofada ham yuqori sezgirlikdagi simsiz uzatishni saqlay olgani xabar qilingan.

Tadqiqotchilar, shuningdek, 1,25 cm × 1,25 cm antenna oʻlchamida tizimning ishlash imkoniyatini baholaganlar. Bu natija miniaturizatsiya salohiyatini koʻrsatadi; uzoq muddatli implantatsiya qilingan miniatyura qurilmasining muvaffaqiyatini bevosita koʻrsatmaydi.

Sunʼiy arteriya tajribasi qanday amalga oshirildi?

WiLECS'ning tomir bosimini kuzatish tamoyilini koʻrsatish uchun ballonli kateter va inflator ishlatilgan sunʼiy arteriya qurilmasi yaratildi. HD-ME ion gel sensori manjetga oʻxshash PDMS tuzilmasiga joylashtirildi va ballonli kateterning kengayib-qisqarishi sensorga davriy mexanik bosim berdi.

Aterosklerotik blyashka sabab yuzaga kelishi mumkin boʻlgan tomir torayishini taqlid qilish uchun kateter ichiga suyuq choʻchqa yogʻi yuborilib, xona haroratida qotirildi. Manba ushbu modeldan “normal” va “oily” arteriya sharoitlarini taqqoslash uchun foydalanadi.

Bu qurilma biologik jihatdan haqiqiy aterosklerotik arteriya emas. Yogʻ bilan yaratilgan model sensorning turli mexanik bosim sharoitlarini farqlay olish qobiliyatini koʻrsatish uchun ishlatilgan nazorat qilinadigan laboratoriya modelidir.

Sunʼiy arteriya modelida qanday natija olindi?

CS gel, CS+IL ion gel va HD-ME ion gel sensorlari taqqoslanganda, HD-ME tizimi arteriyaning kengayishi natijasida yuzaga keladigan bosim oʻzgarishlariga eng yuqori sigʻimli javob berdi.

Simsiz oʻlchovda ham xuddi shu tendensiya saqlanib qoldi. HD-ME sensorida bosimning ortishi kattaroq rezonans chastotasi siljishlarini hosil qildi. Tadqiqotchilar bu xatti-harakatni ionlarning bosim ostida ushlab turilgan holatdan erkin holatga oʻtishi bilan bogʻlaydilar.

Signal-shovqin nisbati

Sunʼiy arteriya bosim tajribalariga asoslangan SNR baholashida HD-ME asosidagi tizim uchun 78 dB, anʼanaviy CS polimer gel asosidagi dielektrik sensor uchun esa 15 dB qiymatlar xabar qilindi.

Ushbu taqqoslash tadqiqotning oʻz tajriba qurilmasidagi signal-shovqin samaradorligini koʻrsatadi. Turli elektron oʻquvchilar, toʻqima geometriyalari, implantatsiya chuqurliklari yoki klinik muhitlar uchun ayni SNR qiymatlari avtomatik ravishda amal qiladi degani emas.

Toʻqima va masofa toʻsiq boʻlganda uzatish davom etadimi?

Simsiz uzatishni fizik toʻsiqlar ostida baholash uchun TX va RX antennalari orasiga avval 5 mm qalinlikdagi oraliq qism, keyin esa 7 mm choʻchqa terisi joylashtirildi.

Manba ushbu sharoitlarda S₁₁ signal qiymatlarini mos ravishda −13,4 dB, −10,26 dB va −4,53 dB darajalari bilan bogʻlaydi va bosimga bogʻliq rezonans oʻzgarishi oʻqilishi davom etganini xabar qiladi. S₁₁ qaytish koeffitsienti boʻlgani uchun kamroq manfiy yoki koʻproq manfiy qiymatlarni bevosita “kuchliroq biologik signal” deb talqin qilish kerak emas; bu yerda muhim jihat tadqiqotchilar bosimga bogʻliq rezonans oʻzgarishini toʻsiq ortidan ham kuzata olganidir.

Past chastota aslida nimani anglatadi?

WiLECS oʻlchov tizimi 10 kHz–1 MHz chastota oraligʻida tavsiflandi va qurilmaning maqsadli ish sohasi 1 MHz'dan pastdir. Ushbu yondashuv anʼanaviy yuqori chastotali LC sensorlariga nisbatan pastroq elektromagnit ish chastotalariga oʻtishni taʼminlaydi.

Biroq tadqiqotning “bio-safe” yoki biologik jihatdan xavfsizroq past chastotali yondashuvi insonning elektromagnit taʼsirlanishini keng qamrovli oʻrganish bilan tasdiqlanmagan. Tadqiqot asosan sensor materiali, mexanotransduksiya, elektromagnit rezonans va sunʼiy arteriya namoyishiga qaratilgan. Shuning uchun chastotaning pastligi bilan uzoq muddatli klinik xavfsizlikning isbotlanishi bir xil narsa emas.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Ionlar harakatini LC rezonansiga bevosita bogʻlash orqali 1 MHz dan past simsiz sensor arxitekturasini amalga oshirish mumkinligini qoʻllab-quvvatlaydi.
• HD-ME funksionallashtirilgan AuNP tuzilmasi ionlarning ushlab turilishi va bosim bilan erkinlashtirilishi mexanizmiga mos spektroskopik hamda elektr oʻzgarishlarni koʻrsatishini qoʻllab-quvvatlaydi.
• HD-ME ion geli CS+IL va CS asosidagi tizimlarga qaraganda kuchliroq bosim javobi hosil qilishini koʻrsatadi.
• HD-ME tizimida bosim ostida relaksatsiya vaqti oʻzgarishi %51,8 ga yetganini koʻrsatadi.
• HD-ME sigʻimli bosim sensorida 17,36 kPa⁻¹ sezgirlik xabar qilingan.
• 0,1 kPa sharoitida 31 ms javob va 47 ms tiklanish vaqti oʻlchangan.
• Sunʼiy arteriya qurilmasida simsiz rezonans siljishlari orqali bosim oʻzgarishlarini kuzatish mumkinligini koʻrsatadi.
• 7 mm choʻchqa terisi oraga joylashtirilganda ham bosimga bogʻliq simsiz oʻqish davom etganini koʻrsatadi.

Tadqiqot isbotlamagan xulosalar

• Odamlarda klinik qon bosimini oʻlchash aniqligi isbotlanmagan.
• Tirik inson tomiriga implantatsiya amalga oshirilmagan.
• Uzoq muddatli implant biouygʻunligi koʻrsatilmagan.
• Surunkali yalligʻlanish, fibroz yoki immun javob baholanmagan.
• Inson tanasida oylar yoki yillar davomida simsiz ishlash koʻrsatilmagan.
• Sunʼiy yogʻ yordamida yaratilgan arteriya modeli haqiqiy inson aterosklerozining barcha biomexanik xususiyatlarini ifodalamaydi.
• Past chastotada ishlashning oʻzi barcha elektromagnit xavfsizlik xatarlarini bartaraf etishi isbotlanmagan.
• 1,25 cm × 1,25 cm antenna namoyishi klinik implant muvaffaqiyatli miniaturizatsiya qilinganining isboti emas.

Tadqiqot usuli va natijalari

Ion suyuqligi sintezi

Xolin-malat [Ch]⁺[MA]⁻ ion suyuqligi tuz metatezi usuli bilan tayyorlandi. Metanoldagi 2 M malik kislota eritmasi 0,8 M xolin bikarbonat eritmasiga 25 °C da sekin qoʻshildi va CO₂ chiqishi uchun 4 soat aralashtirildi.

Metanol va suv rotary bugʻlatish orqali 80 °C da 12 soat davomida chiqarildi; keyin mahsulot 80 °C da 48 soat vakuum pechida quritildi.

ME bilan funksionallashtirilgan Au nanozarrachalarini tayyorlash

• 2-merkaptoetanol miqdori: 556 µL
• AuNP eritmasi: 5 mL
• AuNP nominal oʻlchami: 50 nm
• Sinovdan oʻtkazilgan bufer pH qiymatlari: 3,8; 4,5; 9,1
• Ultratovushli vanna: 30 daqiqa
• Xona haroratida sekin vortex bilan inkubatsiya: 12 soat
• Sentrifugalash: 12.500 g, 4 °C, 12 daqiqa, ikki marta
• Tozalashdan keyin qayta dispersiyalash: 1 mL Milli-Q suv

Xitozan ion gelini tayyorlash

Xitozan eritmasi ogʻirlik boʻyicha %2 xitozan va %1 v/v sirka kislotasi bilan tayyorlandi. Xolin-malat ion suyuqligi xitozan eritmasiga %10, %30 va %50 ogʻirlik nisbatlarida qoʻshildi.

Aralashmalar xona haroratida 24 soat aralashtirildi va gomogenlashtirish uchun 30 daqiqa sonikatsiya qilindi.

Keyin 1 mL funksionallashtirilgan AuNP eritmasi ion gel eritmasi bilan aralashtirildi va tun davomida yengil aralashtirish qoʻllandi. Tayyorlangan eritmadan 10 g shisha Petri kosasiga quyildi va xona haroratida 48 soat qotirildi.

Simsiz ionik sensorni ishlab chiqarish

PDMS oraliq qatlami taxminan 1 cm × 1 cm maydonda va 500 µm qalinlikda tayyorlandi. Manba usul matnida PDMS va qotiruvchi nisbati 1:10 ogʻirlik nisbati sifatida berilgan; bu yerda manba ifodasi aynan saqlangan.

PDMS 80 °C da 4 soat tavlandi. Ionik sensor metall-izolyator-metall (MIM) tuzilmasida yaratildi.

Yuqori va pastki elektrodlar PET ustiga termal bugʻlatish bilan qoplangan 3 nm Cr / 30 nm Au qatlamlaridan tashkil topdi. Elektrodlar bilan antenna orasidagi elektr ulanishida oltin sim ishlatildi.

Materiallarni tavsiflash

Mexanik tavsiflash

Polimer plyonkalar 25 °C da, 1 kN yuk hujayrali UTM QRUTS-S105 qurilmasi va 10 mm/daqiqa tortish tezligida sinovdan oʻtkazildi. Namunalar ASTM D638-02a Type V standartiga muvofiq tayyorlandi.

Young moduli kuchlanish-deformatsiya egri chizigʻining %0–5 deformatsiya oraligʻidagi qiyaligidan hisoblandi. Natijalar ayni sharoitlarda sinovdan oʻtkazilgan besh namunaning oʻrtachasi ± standart ogʻish sifatida xabar qilindi.

Hujayra hayotchanligi usuli

HDFn hujayralari 1,5 mg HD-ME ion geli yoki PEDOT:PSS bilan 12, 24 va 48 soat kontaktda saqlandi.

Keyin %10 MTT eritmasi qoʻshildi va hujayralar 37 °C, %5 CO₂ sharoitida 4 soat inkubatsiya qilindi. Optik zichlik 570 nm da oʻlchandi.

Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi

EIS oʻlchovlari PGSTAT302N elektrokimyoviy analizatori bilan xona haroratida 0,1 Hz–100 kHz oraligʻida va 10 mV AC signal bilan bajarildi.

Taxminan 500 µm qalinlikdagi polimer plyonkalar diametri 10 mm boʻlgan ikki zanglamaydigan poʻlat elektrod orasiga joylashtirildi.

Ion oʻtkazuvchanligi quyidagi tenglama bilan hisoblandi:

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

• σ: ion oʻtkazuvchanligi.
• l: polimer plyonka qalinligi.
• A: elektrod maydoni.
• R_b: Nyquist egri chiziqlaridan aniqlangan hajm qarshiligi.

Sigʻim va bosim oʻlchovlari

Sigʻim oʻlchovlari Agilent E4980A Precision LCR Meter bilan amalga oshirildi. Piezosigʻimli sensorda taxminan 500 µm qalinlikdagi ion gel plyonkasi va taxminan 0,75 cm² sensor maydoni ishlatildi.

Bosim tavsiflashda dasturlashtiriladigan xyz zond stansiyasi ishlatildi. Joylashuv aniqligi 0,1 µm, kuch koʻrsatkichining aniqligi 0,005 N edi. Sigʻim va qoʻllangan yuk LabVIEW asosidagi tizimda bir vaqtda qayd etildi.

Simsiz tizimni tavsiflash

• Elektromagnit antenna modeli: ANSYS HFSS
• Tarmoq/S₁₁ tahlili: Keysight ADS
• Antenna dielektrigi: poliamid
• Oʻtkazgich: mis
• Oʻquvchi gʻaltak: 20 oʻram
• Sensor gʻaltak: 70 oʻram
• Vektor tarmoq analizatori: Keysight E5071C
• VNA qurilma diapazoni: 9 kHz–8,5 GHz
• Tadqiqotda ishlatilgan oʻlchov diapazoni: 10 kHz–1 MHz

Asosiy sonli natijalarning qisqacha mazmuni

Bu natijalarning barchasi tadqiqotning oʻz laboratoriya qurilmalariga tegishli. Ayniqsa sunʼiy arteriya, gʻaltak masofasi va choʻchqa terisi tajribalari haqiqiy inson implantatsiyasi yoki klinik qon bosimi tasdiqlashi bilan teng emas.

Manba va usul haqida izoh

Toʻliq asl tadqiqot nomi: Low-frequency ionic-electronic coupling for energy-efficient noise-resilient wireless bioelectronics

Mualliflar: 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.

Teng hissa: Ji Hong Kim va Haerim Kim tadqiqotga teng hissa qoʻshgan.

Masʼul mualliflar: Seungyoung Ahn va Do Hwan Kim.

Muassasalar:

• 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

Nashriyot: Springer Nature / Nature Portfolio

Jild: 17

Maqola raqami: 3800

Yil: 2026

Qabul qilingan sana: 28-oktabr 2025

Tasdiqlangan sana: 25-fevral 2026

Onlayn nashr sanasi: 11-mart 2026

Version of record: 27-aprel 2026

DOI:10.1038/s41467-026-70331-4

Rasmiy nashr havolasi:Nature Communications rasmiy maqola sahifasi

Manba turi: Taqrizdan oʻtgan original tadqiqot maqolasi.

Nashr holati haqida izoh: Verianla uchun koʻrib chiqilgan yuklangan manba qabul qilingandan keyin ochiq boʻlgan “Article in Press” va hali yakuniy tahririy ishlovdan oʻtmagan versiyadir. Bibliografik tekshiruvda ayni DOI'ning Nature Communications'da yakuniy nashr qilingan yozuvi mavjudligi aniqlangan. Shu sabab nashr identifikatsiyasi amaldagi rasmiy yozuv asosida berilgan; maqoladagi ilmiy topilmalar, sonlar va mexanizmlar esa yuklangan ilmiy manbaga sodiq holda bayon qilingan.

Litsenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Litsenziya tegishli iqtibos keltirilishi va kiritilgan oʻzgarishlar koʻrsatilishi sharti bilan ulashish, moslashtirish va qayta foydalanishga ruxsat beradi. Uchinchi tomon materiallari uchun tegishli rasm yoki materialda alohida litsenziya qaydi mavjud yoki mavjud emasligi tekshirilishi kerak.

Maʼlumotlar mavjudligi: Tadqiqotchilar tadqiqot natijalarini qoʻllab-quvvatlovchi tegishli maʼlumotlar maqola va qoʻshimcha materiallarda mavjudligini; qoʻshimcha maʼlumotlar masʼul mualliflardan soʻralishi mumkinligini va Source Data fayli tadqiqot bilan birga taqdim etilganini bildiradilar.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini eʼlon qiladilar.

Moliyalashtirish: Tadqiqot Koreya Milliy tadqiqot jamgʻarmasi va Koreya hukumatining tegishli tadqiqot dasturlari hamda IITP qoʻllab-quvvatlashlari, jumladan, turli milliy tadqiqot fondlari tomonidan moliyalashtirilgan. Yakuniy rasmiy nashr yozuvi, shuningdek, Korea Basic Science Institute / National Research Facilities and Equipment Center koʻmagini ham oʻz ichiga oladi.

Muallif hissalari: Seungyoung Ahn va Do Hwan Kim loyihani nazorat qilgan. Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim va Haerim Kim nazariy tushunchalarni ishlab chiqqan va tajribalarni loyihalagan. Ji Hong Kim va Haerim Kim tajribalarni bajargan. Jaewon Rhee, Joo Sung Kim, Hanbin Choi, Won Hyuk Choi, Yoseph Park, Jong Hwi Kim va So Young Kim tajriba jarayonlariga hissa qoʻshgan. Do Hwan Kim va Seungyoung Ahn maqolani baholagan va fikr-mulohaza bergan. Matnni tayyorlashga Do Hwan Kim, Seungyoung Ahn, Ji Hong Kim va Haerim Kim hissa qoʻshgan; tahrirlardan Do Hwan Kim masʼul boʻlgan. Barcha mualliflar natijalarni muhokama qilgan va yakuniy matnga hissa qoʻshgan.

Ilmiy talqin chegarasi

Bu tadqiqot laboratoriya miqyosidagi material tavsiflash, elektron oʻlchash, elektromagnit simulyatsiya va sunʼiy arteriya namoyishini birlashtirgan tajribaviy sensor tadqiqotidir. Odamlarda klinik tajriba oʻtkazilmagan. Sunʼiy arteriya qurilmasi va choʻchqa terisi orqali bajarilgan simsiz uzatish tajribalari haqiqiy tomir implantatsiyasining barcha mexanik, biologik va elektromagnit sharoitlarini qayta yaratmaydi.

HD-ME ion gelida kuzatilgan spektroskopik, dielektrik va sigʻimli oʻzgarishlar tadqiqotchilarning ionlarni ushlab turish va bosim bilan erkinlashtirish mexanizmini qoʻllab-quvvatlaydi; biroq bu mexanizmning har bir mikroskopik bosqichi bevosita tasvirlanganini anglatmaydi.

Past chastotada ishlash tadqiqotning biologik jihatdan xavfsizroq simsiz elektronika maqsadining asosiy tarkibiy qismidir; biroq tadqiqotning oʻzi odamlarda uzoq muddatli elektromagnit xavfsizlik isbotini yaratmaydi.

Manbaga sodiqlik eslatmasi: Ushbu Verianla izohiga yuklangan tadqiqotdan tashqarida yangi tajriba natijasi, yangi sensor samaradorlik qiymati yoki yangi biologik mexanizm qoʻshilmagan. Tashqi tasdiqlash faqat nashr identifikatsiyasi, yakuniy nashr holati, muassasa maʼlumotlari, litsenziya va rasmiy bibliografik yozuv uchun ishlatilgan.