‘e-Skin’ a tha coltach ris a’ chraiceann bith-eòlasach agus na gnìomhan aige

Tha cleachdadh farsaing de “chraiceann dealanach” so-ruigsinneach, fèin-slànachaidh agus gu tur ath-chuairteachail ann an sgrùdadh slàinte, robotics, prosthetics agus innealan bith-mheidigeach leasaichte.

Sgrùdadh air fhoillseachadh Eòlas adhartaich a’ taisbeanadh craiceann dealanach ùr (no dìreach e-craiceann) aig a bheil mòran fheartan a’ toirt a-steach so-ruigsinneachd, fèin-slànachadh agus làn ath-chuairteachadh an taca ris an duine skin¹Is e an craiceann, an t-organan as motha againn, an còmhdach feòil nuair a chithear e bhon taobh a-muigh. Tha an craiceann againn na organ air leth sùbailte a tha ag obair mar sgiath dìon-uisge, inslitheach agus a dhìonas ar bodhaig bho ghrunn chunnartan no nithean bhon taobh a-muigh me milleadh grèine. Is e cuid de dhleastanasan craiceann riaghladh teòthachd a’ chuirp, dìon a’ chuirp bho bhith a’ toirt a-steach stuthan puinnseanta agus cuideachd toirt a-mach stuthan puinnseanta (còmhla ri fallas), taic meacanaigeach agus imdhun-eòlach agus cinneasachadh stuthan deatamach. bhiotamain D rud a tha glè chudromach airson ar cnàmhan. Tha craiceann cuideachd na sensor mòr le nerves gu leòr gus conaltradh sa bhad leis an eanchainn.

Tha luchd-rannsachaidh air feadh an t-saoghail air a bhith ag obair air a bhith a’ leasachadh diofar sheòrsaichean is mheudan de ‘wearable e-craicnean' leis an amas feuchainn ri atharrais bith-eòlasach craiceann agus na diofar dhleastanasan aige. Tha feum làidir air innealan sùbailte agus sìnte airson amalachadh fuaigheil le craiceann daonna bog agus lùbach. Nano-sgèile (10^-9m) faodaidh stuthan an sùbailteachd meacanaigeach agus dealain a tha a dhìth a thoirt seachad an àite an sileacon teann a chaidh a chleachdadh mar as trice roimhe. Tha an sgioba air a stiùireadh leis an Dr. Jianliang Xiao aig Oilthigh Colorado, Boulder, na SA air craiceann dealanach fuadain (e-craiceann) a leasachadh gu soirbheachail leis an amas a bhith ag eadar-theangachadh suathadh mothachaidh de chraiceann an duine gu innealan-fuadain agus prosthetics. Tha an oidhirp seo a’ stiùireadh teicneòlas “wearable” a bhith againn san àm ri teachd aig am biodh comas agus luach mòr ann an raointean meidigeach, saidheansail agus innleadaireachd.

E-craiceann: fèin-slànachadh agus ath-chuairteachadh

Is e stuth tana, tar-shoilleir a th’ ann an e-craiceann le a nobhail seòrsa de lìonra polymer fiùghantach le ceangal covalently, ris an canar polyimine, a tha air a chuartachadh le nanoparticles airgid airson neart meacanaigeach nas fheàrr, seasmhachd ceimigeach agus giùlan dealain. Tha mothachairean freumhaichte anns an e-chraiceann seo gus cuideam, teòthachd, taiseachd agus sruthadh adhair a thomhas. Thathas den bheachd gu bheil an e-chraiceann seo iongantach leis gu bheil e air a thoirt a-steach le mòran fheartan a tha ga dhèanamh na ìomhaigh nas dlùithe de chraiceann an duine. Tha e gu math so-ruigsinneach agus faodar a chuir gu furasta air uachdar lùbte (me gàirdeanan is casan daonna, làmhan robotach) le bhith a’ cur teas meadhanach agus cuideam air gun cus cuideaman a thoirt a-steach. Tha feartan fèin-slànachaidh iongantach aige far am bi an e-craiceann ag ath-chruthachadh nan ceanglaichean ceimigeach eadar an dà thaobh sgaraichte nuair a thèid gearradh no milleadh sam bith a dhèanamh le suidheachadh a-muigh, ag ath-nuadhachadh a’ mhaitrix airson a ghnìomhachd cheart agus a’ tilleadh chun staid cheangail thùsail aige.

Mura tèid an e-craiceann seo a chleachdadh mar thoradh air suidheachadh sam bith, faodar ath-chuairteachadh gu tur agus a thionndadh gu bhith na e-craiceann ùr-nodha le bhith ga chuir ann am fuasgladh ath-chuairteachaidh a bhios “a’ leaghadh ”an stuth e-craiceann a th’ ann agus ga thionndadh gu “ e-craiceann ùr. Bidh am fuasgladh ath-chuairteachaidh seo - measgachadh de thrì todhar ceimigeach a tha rim faighinn gu malairteach ann an ethanol - a’ lughdachadh polymers agus sinc nanoparticles airgid aig bonn an fhuasglaidh. Faodar na polymers truaillidh seo a chleachdadh às ùr gus e-craiceann gnìomh ùr a dhèanamh. Tha an fèin-slànachadh agus ath-chuairteachadh seo a gheibhear aig teòthachd an t-seòmair mar thoradh air ceangal ceimigeach an polymer a thathar a’ cleachdadh. Is e a ’bhuannachd a th’ ann an lìonra polymeric de polyimine gum faodar a thionndadh air ais agus a bhriseadh agus ath-chuairteachadh eu-coltach ris a ’mhòr-chuid de stuthan teirmeastat gnàthach nach gabh ath-dhealbhadh no ath-ghiollachdadh no ath-chuairteachadh air sgàth bannan nach gabh a thionndadh air ais taobh a-staigh na lìonraidhean polymeric tar-cheangailte aca. Tha seo nas làidire na craiceann daonna fhèin agus dh’ fhaodadh e a bhith air a chleachdadh mar àrdachadh air seach a bhith na àite eile. Tha e cuideachd tlachdmhor suathadh agus a’ faireachdainn cha mhòr mar fhìor chraiceann a dh’ fhaodadh a dhèanamh mar àidseant còmhdaich san àm ri teachd, can innealan dealanach.

Chaidh iomradh a thoirt air feartan eco-càirdeil agus cosgais ìosal de e-craiceann agus dh’ fhaodadh an leithid de chraiceann e lùghdachadh mòr a thoirt air sgudal dealanach agus buaidh àrainneachdail agus dh’ fhaodadh e a bhith air a chleachdadh gu mòr agus a’ còrdadh ri luchd-saothrachaidh thar diofar raointean. Ged a dh’ fhaodadh gu bheil e a’ faireachdainn fada an-dràsta, dh’ fhaodadh an teicneòlas ath-chleachdadh seo a bhith air a chuir an sàs ann an seann stuthan dealanach cuideachd. Gu dearbh, bidh luchd-rianachd fallaineachd an latha an-diugh agus sgrùdairean slàinte aon uair air am milleadh a’ cur ris a’ bheinn a tha a’ sìor fhàs de dhuilgheadasan àrainneachdail a tha ag adhbhrachadh sgudal-d. Dh’ fhaodadh an e-craiceann a bhith air a chaitheamh timcheall ar amhaich no air ar dùirn agus dh’ fhaodadh iad sin a bhith mar aodach sùbailte no tatùthan sealach agus nuair a thèid am milleadh faodar an ath-chuairteachadh agus an ath-chleachdadh. Leis gu bheil e-craiceann sùbailte, faodar a lùbadh agus a thoinneamh agus faodar a dhèanamh gnàthaichte a rèir an neach-caitheamh. Tha an teicneòlas a 'fosgladh suas slighean airson tuigseach Robotics anns am faodar craiceann dealanach a tha cho tlachdmhor a bhith a’ faireachdainn agus a bhith comhfhurtail a phasgadh timcheall air corp inneal-fuadain no ball fuadain. Gus mion-sgrùdadh a dhèanamh, faodaidh gàirdean no cas prosthetic a tha ceangailte sa chraiceann dealanach seo leigeil leis an neach-caitheamh freagairt a thoirt do dh’ atharrachaidhean teothachd is cuideam air sgàth na h-ioma mothachaidhean a tha air an toirt a-steach ann. Faodaidh na gàirdeanan no na casan robotics le e-chraiceann mar sin toirt air na h-innealan-fuadain a bhith nas gnìomhaiche a dh’ ionnsaigh daoine agus a bhith nas sàbhailte agus nas earbsaiche. Mar eisimpleir, dh’ fhaodadh e-craiceann a bhith air a chuir gu sònraichte ri inneal-fuadain a bhios a’ làimhseachadh pàisde no seann daoine cugallach agus mar sin cha bhith inneal-fuadain a’ cur cus feachd an sàs. Faodaidh cleachdadh eile de e-craiceann a bhith ann an àrainneachdan cunnartach no obraichean àrd-chunnart. Tha e so-chreidsinneach gum faodadh an teicneòlas seo a bhith air a chleachdadh le putanan brìgheil, smachdan no dorsan a leigeadh le gnìomhachd sam bith às aonais eadar-obrachadh corporra daonna, mar eisimpleir ann an gnìomhachas stuthan spreadhaidh no loidhnichean obrach cunnartach eile, agus mar sin is dòcha gun urrainn don e-craiceann seo na cothroman a lughdachadh. de leòn sam bith daonna.

A’ cur taisbeanadh ri e-craiceann

Tha sgioba de luchd-rannsachaidh aig Oilthigh Tokyo air taisbeanadh a chuir ris o chionn ghoirid²(micro-LED) gu pìosan e-craiceann ultrathin, stoidhle taic-còmhlain gus leigeil le diofar shoidhnichean de sgrùdadh slàinte a thaisbeanadh ann an àm fìor (me tomhas ìrean glùcois ann an daoine le tinneas an t-siùcair no cruth tonn gluasadach electrocardiogram de chridhe). euslainteach). Tha uèirleadh sìnte aig na badan sin agus mar sin faodaidh iad lùbadh no sìneadh suas gu 45 precent stèidhichte air gluasad an neach-caitheamh. Thathas den bheachd gur e seo an dealbhadh as sùbailte agus as seasmhaiche o chionn ghoirid. Dh’ fhaodadh dòrtadh leantainneach de cheallan craiceann daonna a bhith a’ ciallachadh gum faodadh am bad tuiteam dheth às deidh beagan làithean ach faodar seo obrachadh timcheall.

Tha an sgrùdadh seo, air a stiùireadh leis an Àrd-ollamh Takao Someya ag ràdh gum faodar taisbeanadh mar seo a chleachdadh mu dheireadh gus fiosrachadh meidigeach a leughadh agus a chonaltradh ann an dòigh fhurasta agus furasta chan ann a-mhàin dha euslaintich ach cuideachd airson buill teaghlaich, luchd-cùraim agus proifeiseantaich slàinte an dàrna cuid gu pearsanta no eadhon. air astar. Gheibheadh ​​e teachdaireachdan cuideachd. Tha an luchd-rannsachaidh ag amas air tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air earbsachd a’ phaiste, a dhèanamh nas èifeachdaiche a thaobh cosgais agus cuideachd an cinneasachadh àrdachadh airson ruigsinneachd nas fharsainge air feadh na cruinne. Is e an amas aca an inneal seo a chuir air bhog air a’ mhargaidh ro dheireadh 2020.

Dùbhlain romhainn

Tha leasachadh e-craiceann na rannsachadh nobhail fìor inntinneach, ge-tà, tha aon de na feartan bunaiteach aig ar comas - sùbailteachd agus comas sìneadh - fhathast ri choileanadh gu soirbheachail le e-skin. Tha an e-craiceann bog ach chan eil e cho sìnte ri craiceann daonna. A rèir nan ùghdaran, mar a tha e an-dràsta chan eil an stuth gu math furasta ath-riochdachadh. Chaidh lùghdachadh beag fhaicinn ann an coileanadh mothachaidh iomlan ann an inneal e-craiceann ath-leasaichte / ath-chuartaichte an taca ri modal ùr, feumar dèiligeadh gu h-iomlan ri seo le tuilleadh rannsachaidh. Tha na raointean magnetach a chleachdas e-craicnean cuideachd gu math àrd agus feumar an lughdachadh. An-dràsta tha an inneal air a chumhachdachadh bho stòr a-muigh a tha gu math mì-fhreagarrach, ach bu chòir gum biodh e comasach bataraidhean beaga ath-thagraidh a bhith aca gus cumhachd a thoirt don inneal na àite. Tha an Dr.Xiao agus an sgioba aige airson an toradh seo ùrachadh agus fuasgladh sgèileachaidh a leasachadh gus an tèid co-dhiù thairis air na cnapan-starra eaconamach agus bu chòir gum biodh an e-craiceann seo nas fhasa a dhèanamh agus a chuir air innealan-fuadain no prosthetics no innealan meidigeach no rud sam bith eile.

***

Stòr (an)

1. Zou Z et al. 2018. Craiceann dealanach ath-nuadhachail, làn ath-chuairteachadh, agus so-ruigsinneach air a chomasachadh le nanocomposite thermoset covalent fiùghantach. Eòlas adhartaich. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Leantainneach Slàinte-Sùileachadh Le Ultraflexible On-Skin Sensors. Symposium Coinneamh Bhliadhnail AAAS, Austin, Texas, 17 Gearran, 2018. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Craiceann fotonach organach sùbailte thar-shùbailte. ADHARTAS SAIDHEANS. 15 Giblean 2016. Leabh. 2, Iris 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***