تولید پلاستیکی رسانا با عملکرد الکتریکی مشابه بافت انسانی
برتریها: خراسان رضوی دانشمندان توفیق یافتند که نوع جدیدی از پلاستیک نرم و کشسان تولید کنند که جریان الکتریکی را بصورت کارآمد هدایت کند، این موفقیت می تواند عملکرد ایمپلنت هایی مانند ضربان سازها، مانیتورهای قند خون و سنسورهای عصبی را بهبود بخشد.
این تحقیق به سرپرستی انریکه گومز، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، بر پلیمر رسانای الکتریکی (PEDOT: PSS) متمرکز است. این پلاستیک ژله ای پیشتر در فناوری هایی مانند روبات های نرم و نمایشگرهای لمسی استفاده شده بود، برای اینکه هم منعطف است و هم رسانایی الکتریکی دارد. خصوصیت مهم آن برای کاربردهای پزشکی اینست که می تواند با سیگنال های الکتریکی بدن تعامل برقرار کند.
بدن انسان و دستگاههای الکترونیکی هر دو از جریان الکتریکی اما به روشی متفاوت استفاده می نمایند. کامپیوتر ها برق را از راه حرکت الکترون ها در سیم های فلزی و نیمه رساناها منتقل می کنند، در حالیکه اعصاب بدن سیگنال ها را با یون ها - ذرات آبستن موجود در مایعاتی مانند آب نمک - ارسال می کنند. این ماده خصوصیت منحصربه فردی دارد، برای اینکه می تواند هر دو نوع انتقال الکتریکی را پشتیبانی و پلی میان زیست شناسی و الکترونیک ایجاد نماید.
محققان برای درک بهتر ساختار این ماده، از فناوری پیشرفته میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) استفاده کردند. این شیوه به جای نور از پرتو الکترون و دمای خیلی پایین - حدود منفی ۱۸۰ درجه سانتی گراد - بهره می برد تا ساختار مواد را در مقیاس اتمی ببیند. آنها قطرات خیلی کوچک از ماده را منجمد کردند و توانستند جزئیاتی را دریابند که با میکروسکوپ های معمولی قابل مشاهده نیست.
نتایج نشان داد، افزودن مقدار اندکی نمک و آب سبب تشکیل میلیونها رشته میکروسکوپی در ساختار پلاستیک می شود، رشته هایی شبیه تارهای خیلی ریز که مسیرهای انتقال برق و یون ها را بهبود می بخشند. در این آزمایش، نمونه هایی که دارای افزودنی نمک بودند، این ساختارهای بیشتر را نشان دادند و درنتیجه بهتر برق را هدایت کردند.
آب، نیز نقش کلیدی داشت؛ زمانیکه پلاستیک آب جذب می کرد، نرم تر و کشسان تر می شد، خصوصیت مهم برای موادی که باید همراه با حرکت بدن بدون شکستگی خم شوند. نمک های لیتیومی در این فرایند موثرتر بودند، برای اینکه جذب آب را افزایش می دادند اما بدون وجود آب، ماده شکننده می شد و انعطاف پذیری خویش را از دست می داد.
نکته جالب اینست که حتی زمانیکه ماده با آب متورم می شد، عملکرد الکتریکی آن پایدار می ماند. رشته های ایجادشده با نمک در جای خود حفظ می شدند و امکان انتقال همزمان برق و حفظ انعطاف پذیری را فراهم می کردند؛ ترکیبی کمیاب که برای نسل جدید دستگاههای زیست الکترونیکی ضروریست.
هر چند این کشف به خیلی از پرسش ها پاسخ داده است، اما هنوز ابهاماتی مانده ازجمله این که نمک چه طور دقیقا سبب تشکیل این رشته ها می شود و چطور میتوان این فرایند را برای کاربردهای خاص تنظیم کرد.
سایت نوریج، پژوهش های آینده بر بهینه سازی این ماده برای کاربردهایی مانند ایمپلنت های قلبی، سنسورهای پوستی و ابزارهای اندازه گیری فعالیت عصب و عضله تمرکز خواهد داشت. در صورت موفقیت، این فناوری می تواند نسل جدیدی از تجهیزات پزشکی راحتتر، بادوام تر و سازگارتر با سیستم الکتریکی طبیعی بدن را ایجاد نماید.
بطور خلاصه، کامپیوتر ها برق را از راه حرکت الکترون ها در سیم های فلزی و نیمه رساناها منتقل می کنند، در حالی که اعصاب بدن سیگنال ها را با یون ها - ذرات آبستن موجود در مایعاتی مانند آب نمک - ارسال می کنند. آب، نیز نقش کلیدی داشت؛ زمانیکه پلاستیک آب جذب می کرد، نرم تر و کشسان تر می شد، خصوصیت مهم برای موادی که باید همراه با حرکت بدن بدون شکستگی خم شوند.
منبع: برتریها
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد تولید پلاستیکی رسانا با عملکرد الکتریکی مشابه بافت انسانی