सबसे छोटा बायोसपोर्ट कैपेसिटर शक्ति प्रदान करता है

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सबसे छोटा बायोसपोर्ट कैपेसिटर शक्ति प्रदान करता है

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सेंसर तकनीक, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक रोबोट या इंट्रावास्कुलर इम्प्लांट्स के थंबनेल तेजी से आगे बढ़ रहे हैं। हालाँकि, यह अनुसंधान के लिए बड़ी चुनौतियाँ भी प्रस्तुत करता है। स्वचालित माइक्रोसिस्टम के कार्य को सक्रिय करने वाले छोटे लेकिन कुशल ऊर्जा भंडारण उपकरणों का विकास बहुत बड़ा है – उदाहरण के लिए मानव शरीर के अधिक से अधिक छोटे क्षेत्रों में। इसके अलावा, इन ऊर्जा-बचत उपकरणों को जैव-संगत होना चाहिए यदि इन्हें शरीर में उपयोग किया जाना है। अब एक प्रोटोटाइप है जो इन आवश्यक विशेषताओं को जोड़ता है। डॉ. ओलिवर जी., सेमनिट्ज़ विश्वविद्यालय में नैनोइलेक्ट्रॉनिक मोनोलिथिक सिस्टम के प्रोफेसर। श्मिट के नेतृत्व वाली अंतरराष्ट्रीय शोध टीम ने लाइबनिज इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट एंड मैटेरियल रिसर्च (आईएफडब्ल्यू) ड्रेसडेन की प्रौद्योगिकी और निदेशक में यह सफलता हासिल की। लाइबनिज इंस्टीट्यूट ऑफ पॉलिमर रिसर्च ड्रेसडेन (आईपीएफ) एक सहयोगी भागीदार के रूप में अध्ययन में शामिल था।

वर्तमान अंक में प्राकृतिक संपर्क, शोधकर्ता अब तक की सबसे छोटी माइक्रोसर्जरी पर रिपोर्ट करते हैं, जो पहले से ही (कृत्रिम) रक्त वाहिकाओं में सक्रिय है और पीएच को मापने के लिए एक छोटे सेंसर सिस्टम के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

यह भंडारण प्रणाली अगली पीढ़ी के बायोमेडिसिन के लिए इंट्रावास्कुलर प्रत्यारोपण और माइक्रोबायोटिक्स की संभावनाएं खोलती है जो छोटे अंतराल पर काम कर सकती हैं जो मानव शरीर में गहराई तक पहुंच सकती हैं। उदाहरण के लिए, रक्त पीएच का रीयल-टाइम पता लगाने से ट्यूमर के शुरुआती विकास की भविष्यवाणी करने में मदद मिल सकती है। “यह देखना बहुत प्रेरणादायक है कि कैसे नए, अत्यधिक लचीले और अनुकूली माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक जैविक प्रणालियों की एक छोटी दुनिया बना सकते हैं,” प्रोफेसर डॉ। ओलिवर जी. श्मिट कहते हैं।

सेमनिट्ज़ यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी के अनुसंधान केंद्र MAIN में नमूनों का निर्माण और जैव ईंधन ऊर्जा का अध्ययन बड़े पैमाने पर किया गया।

“हमारे नैनो-बायो सुपरकैपेसिटर की वास्तुकला सबसे बड़ी चुनौतियों का पहला संभावित समाधान प्रदान करती है – छोटे एकीकृत ऊर्जा भंडारण उपकरण जो बहुक्रियाशील माइक्रोसिस्टम्स के स्वायत्त संचालन को सक्षम करते हैं,” प्रोफेसर श्मिट के एक शोधकर्ता और एक शोधकर्ता डॉ। विनीत कुमार कहते हैं। मुख्य अनुसंधान केंद्र।

धूल से छोटा – एएए बैटरी के बराबर वोल्टेज

सबमिलीमीटर रेंज हमेशा छोटे ऊर्जा बचत उपकरणों के लिए एक बड़ी तकनीकी चुनौती नहीं होती है – तथाकथित “नैनो-सुपरकेपसिटर” (एनबीएससी) – छोटे माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटक। ऐसा इसलिए है क्योंकि, एक नियम के रूप में, ये सुपरकैपेसिटर जैव-संगत सामग्रियों का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोलाइट्स को खराब करते हैं और दोष और संदूषण के मामले में जल्दी से निर्वहन करते हैं। दोनों विशेषताएं शरीर में जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हैं। तथाकथित “Biosupercapacators (BSCs)” एक समाधान प्रदान करते हैं। उनके पास दो उत्कृष्ट गुण हैं: वे पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल हैं, जिसका अर्थ है कि उनका उपयोग शरीर के तरल पदार्थ जैसे रक्त में किया जा सकता है, और आगे के चिकित्सा अध्ययन के लिए उपयोग किया जा सकता है।

इसके अलावा, बायोसप्रेसेंट कैपेसिटर जैव-विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से स्व-निर्वहन व्यवहार की भरपाई कर सकते हैं। ऐसा करने में, वे शरीर की अपनी प्रतिक्रियाओं से भी लाभान्वित होते हैं। ऐसा इसलिए है, क्योंकि सुपरकैपेसिटर की पारंपरिक चार्ज स्टोरेज प्रतिक्रियाओं के अलावा, रेडॉक्स एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं और कोशिकाएं जो रक्त में स्वाभाविक रूप से मौजूद होती हैं, डिवाइस की दक्षता को 40% तक बढ़ा देती हैं।

वर्तमान में, ऐसे सबसे छोटे ऊर्जा भंडारण उपकरण 3mm3 से बड़े हैं। प्रोफेसर ओलिवर श्मिट की टीम के पास अब 3,000 गुना छोटी ट्यूब NPSC है। . उदाहरण के लिए इस ऊर्जा को रक्त में सेंसर सिस्टम पर लागू किया जा सकता है। बिजली की मात्रा भी एएएए बैटरी के वोल्टेज के बराबर है, हालांकि इन बहुत छोटे स्तरों पर वास्तविक वर्तमान प्रवाह काफी कम है। नैनो-बायोसुब्रैक्टर कैपेसिटर की लचीली ट्यूब ज्यामिति स्पंदित रक्त या मांसपेशियों के संकुचन के कारण होने वाली विकृतियों के खिलाफ कुशल आत्मरक्षा प्रदान करती है। पूरी क्षमता पर, आपूर्ति किए गए नैनो-बायोसुब्रैक्टर कैपेसिटर रक्त में पीएच मान को मापने के लिए एक जटिल पूरी तरह से एकीकृत सेंसर सिस्टम संचालित कर सकते हैं।

ओरिगेमी सिस्टम तकनीक के लिए धन्यवाद: लचीला, मजबूत, कॉम्पैक्ट

ओरिगेमी सिस्टम टेक्नोलॉजी में उच्च यांत्रिक तनाव के तहत एनबीएससी घटकों के लिए आवश्यक सामग्री को एक पतली-पतली सतह पर रखना शामिल है। जब भौतिक परतों को सतह से नियंत्रित तरीके से अलग किया जाता है, तो तनाव ऊर्जा मुक्त हो जाती है और परतें उच्च सटीकता और उपज (95%) के साथ छोटे 3D उपकरणों में बदल जाती हैं। इस तरह से उत्पादित नैनो-बायोसप्रेसेंट्स का इलेक्ट्रोलाइट्स नामक तीन समाधानों में परीक्षण किया गया: नमक, रक्त प्लाज्मा और रक्त। तीनों इलेक्ट्रोलाइट्स में, ऊर्जा की बचत काफी सफल रही, लेकिन विभिन्न दक्षताओं के साथ। रक्त में, नैनो-बायोसप्रेसेंट ने एक बेहतर जीवनकाल दिखाया, 16 घंटे के बाद अपनी प्रारंभिक क्षमता का 70% तक धारण किया। तेजी से स्व-निर्वहन को दबाने के लिए एक प्रोटॉन ट्रांसफर सेपरेटर (PES) का उपयोग किया गया था।

यथार्थवादी परिस्थितियों में भी प्रदर्शन स्थिरता

विभिन्न परिस्थितियों में शरीर के सामान्य कामकाज को बनाए रखने के लिए, रक्त की प्रवाह विशेषताओं और वाहिकाओं में दबाव लगातार बदल रहा है। रक्त प्रवाह धड़कता है और पोत के व्यास और रक्तचाप के आधार पर भिन्न होता है। संचार प्रणाली के भीतर फिट होने वाली कोई भी प्रणाली लगातार प्रदर्शन बनाए रखते हुए इन शारीरिक स्थितियों का सामना करना चाहिए।

टीम ने उनकी वृद्धि की दक्षता का अध्ययन किया – एक वायु सुरंग की तरह – 120 से 150 माइक्रोन (0.12 से 0.15 मिमी) के व्यास के साथ विभिन्न आकारों के रक्त वाहिकाओं को दर्शाती है जिन्हें माइक्रोफ्लोइड चैनल कहा जाता है। इन चैनलों में, शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रवाह और दबाव स्थितियों के तहत अपने ऊर्जा-बचत उपकरणों के व्यवहार का अनुकरण और परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि नैनो-बायोसुबारकेपसिटर शारीरिक रूप से उपयुक्त परिस्थितियों में अपनी ऊर्जा को अच्छी तरह से और मजबूती से वितरित कर सकते हैं।

स्वचालित सेंसर तकनीक ट्यूमर का पता लगाने जैसे निदान का समर्थन कर सकती है

रक्त की हाइड्रोजन क्षमता (पीएच) उतार-चढ़ाव के अधीन है। उदाहरण के लिए, पीएच का निरंतर माप, ट्यूमर का जल्दी पता लगाने में मदद कर सकता है। इस उद्देश्य के लिए, शोधकर्ताओं ने एक पीएच सेंसर विकसित किया, जो एक नैनो-बायोसुपरकैपेसिटर द्वारा संचालित होता है।

प्रोफेसर ओलिवर श्मिट की शोध टीम ने पहले 5 माइक्रोन पतली फिल्म ट्रांजिस्टर (टीएफटी) तकनीक का इस्तेमाल असाधारण यांत्रिक लचीलेपन के साथ एक अंगूठी थरथरानवाला बनाने के लिए किया था जो कम शक्ति (एनडब्ल्यू से μW) और उच्च आवृत्तियों (100 मेगाहर्ट्ज तक) पर संचालित होता है।

वर्तमान परियोजना के लिए, टीम ने nBSC आधारित रिंग ऑसिलेटर का उपयोग किया। पैनल ने पीएच-संवेदनशीलता बीएससी को रिंग ऑसीलेटर में एकीकृत किया ताकि इलेक्ट्रोलाइट के पीएच के आधार पर आउटपुट आवृत्ति में बदलाव हो। यह पीएच-संवेदनशील रिंग ऑसीलेटर “स्विस-रोल” ओरिगेमी तकनीक का उपयोग करके ट्यूब 3 डी ज्यामिति के रूप में बनाया गया था, जो ऊर्जा भंडारण और सेंसर की पूरी तरह से एकीकृत और अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट सिस्टम बना रहा था।

इस माइक्रो-सेंसर प्रणाली का खोखला भीतरी कोर रक्त प्लाज्मा के लिए एक चैनल के रूप में कार्य करता है। इसके अलावा, सेंसर के साथ श्रृंखला में जुड़े तीन एनबीएससी विशेष रूप से कुशल और आत्मनिर्भर पीएच माप करते हैं।

ये गुण संभावित उपयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला खोलते हैं, उदाहरण के लिए निदान और चिकित्सा में।

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Source by www.sciencedaily.com

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