Heart Implant: ટેટૂ જેવા ગ્રાફીન ઇમ્પ્લાન્ટ અનિયમિત હૃદયના ધબકારાનો ઉપચાર કરી શકે છે: સંશોધન

સંશોધકોએ ગ્રાફીનમાંથી બનાવેલ તેના પ્રકારનું પ્રથમ કાર્ડિયાક ઇમ્પ્લાન્ટ વિકસાવ્યું છે, જે કામચલાઉ ટેટૂ જેવું લાગે છે અને વાળના એક સ્ટ્રૅન્ડ કરતાં પાતળું છે છતાં ક્લાસિક પેસમેકરની જેમ કાર્ય કરે છે.

ટેક્સાસ [યુએસ]:નોર્થવેસ્ટર્ન યુનિવર્સિટી અને યુનિવર્સિટી ઓફ ટેક્સાસ એટ ઓસ્ટિન (UT)ની આગેવાની હેઠળના સંશોધકોએ ગ્રેફિનમાંથી બનાવેલ પ્રથમ કાર્ડિયાક ઇમ્પ્લાન્ટ વિકસાવ્યું છે, જે અતિ-મજબૂત, હળવા વજન અને વાહક ગુણધર્મો સાથેનું દ્વિ-પરિમાણીય સુપરમટીરિયલ છે. દેખાવમાં બાળકના અસ્થાયી ટેટૂની જેમ જ, નવું ગ્રાફીન "ટેટૂ" ઇમ્પ્લાન્ટ વાળના એક સ્ટ્રૅન્ડ કરતાં પાતળું છે છતાં પણ ક્લાસિકલ પેસમેકરની જેમ કાર્ય કરે છે.

હૃદયની ગતિશીલ ગતિને ટકી શકે તેટલું મજબૂત અને સ્ટ્રેચી છે:પરંતુ વર્તમાન પેસમેકર અને ઈમ્પ્લાન્ટેડ ડિફિબ્રિલેટરથી વિપરીત, જેને શરીર સાથે યાંત્રિક રીતે અસંગત હોય તેવા સખત, કઠોર સામગ્રીની જરૂર હોય છે, નવું ઉપકરણ એક સાથે અનિયમિત ધબકારાનો અનુભવ કરવા અને સારવાર કરવા માટે હૃદય સાથે હળવાશથી ભેળવે છે. ઇમ્પ્લાન્ટ પાતળું અને હૃદયના નાજુક રૂપરેખાને અનુરૂપ તેમજ ધબકારાવાળા હૃદયની ગતિશીલ ગતિને ટકી શકે તેટલું મજબૂત અને સ્ટ્રેચી છે.

અત્યાર સુધીનું સૌથી પાતળું જાણીતું કાર્ડિયાક ઈમ્પ્લાન્ટ છે: ઉપકરણને ઉંદરના મોડેલમાં રોપ્યા પછી, સંશોધકોએ દર્શાવ્યું કે ગ્રાફીન ટેટૂ હૃદયની અનિયમિત લયને સફળતાપૂર્વક અનુભવી શકે છે અને પછી હૃદયની કુદરતી ગતિને અવરોધ્યા અથવા બદલ્યા વિના ધબકારોની શ્રેણી દ્વારા વિદ્યુત ઉત્તેજના પહોંચાડી શકે છે. આનાથી પણ વધુ સારું: ટેક્નોલોજી પણ ઓપ્ટિકલ પારદર્શક છે, જે સંશોધકોને ઉપકરણ દ્વારા હૃદયને રેકોર્ડ કરવા અને ઉત્તેજીત કરવા માટે ઓપ્ટિકલ પ્રકાશના બાહ્ય સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ અભ્યાસ ગુરુવારે (20 એપ્રિલ) જર્નલ એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવશે. તે અત્યાર સુધીનું સૌથી પાતળું જાણીતું કાર્ડિયાક ઈમ્પ્લાન્ટ છે.

હાલના પેસમેકર અને ડિફિબ્રિલેટર માટેનો એક પડકાર:અભ્યાસના વરિષ્ઠ લેખક, નોર્થવેસ્ટર્નના ઇગોર એફિમોવે જણાવ્યું હતું કે, "હાલના પેસમેકર અને ડિફિબ્રિલેટર માટેનો એક પડકાર એ છે કે તેઓ હૃદયની સપાટી પર જોડવા મુશ્કેલ છે." "ઉદાહરણ તરીકે, ડિફિબ્રિલેટર ઇલેક્ટ્રોડ્સ, આવશ્યકપણે ખૂબ જાડા વાયરમાંથી બનેલા કોઇલ છે. આ વાયરો લવચીક નથી, અને તે તૂટી જાય છે. હૃદયની જેમ નરમ પેશીઓ સાથેના કઠોર ઇન્ટરફેસ વિવિધ ગૂંચવણોનું કારણ બની શકે છે. તેનાથી વિપરીત, આપણું નરમ, લવચીક ઉપકરણ છે. માત્ર સ્વાભાવિક જ નહીં, પણ વધુ ચોક્કસ માપન પહોંચાડવા માટે ઘનિષ્ઠ અને એકીકૃત રીતે હૃદય પર સીધું અનુરૂપ થાય છે."

ચમત્કારિક સામગ્રી:

• કાર્ડિયાક એરિથમિયા તરીકે ઓળખાય છે, જ્યારે હૃદય ખૂબ ઝડપથી અથવા ખૂબ ધીમા ધબકારા કરે છે ત્યારે હૃદયની લયની વિકૃતિઓ થાય છે. જ્યારે એરિથમિયાના કેટલાક કેસો ગંભીર નથી હોતા, ઘણા કેસો હૃદયની નિષ્ફળતા, સ્ટ્રોક અને અચાનક મૃત્યુ તરફ દોરી શકે છે. હકીકતમાં, એરિથમિયા સંબંધિત ગૂંચવણો યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં વાર્ષિક આશરે 300,000 લોકોનો દાવો કરે છે.
• ચિકિત્સકો સામાન્ય રીતે ઇમ્પ્લાન્ટેબલ પેસમેકર અને ડિફિબ્રિલેટર સાથે એરિથમિયાની સારવાર કરે છે જે અસામાન્ય હૃદયના ધબકારા શોધી કાઢે છે અને પછી વિદ્યુત ઉત્તેજના સાથે લયને સુધારે છે. આ ઉપકરણો જીવનરક્ષક હોવા છતાં, તેમની કઠોર પ્રકૃતિ હૃદયની કુદરતી ગતિને અવરોધે છે, નરમ પેશીઓને ઇજા પહોંચાડી શકે છે, અસ્થાયી અગવડતા લાવી શકે છે અને પીડાદાયક સોજો, છિદ્રો, લોહીના ગંઠાવા, ચેપ અને વધુ જેવી જટિલતાઓ પેદા કરી શકે છે.
• આ પડકારોને ધ્યાનમાં રાખીને, એફિમોવ અને તેની ટીમે નરમ, ગતિશીલ પેશીઓને અનુરૂપ જૈવ-સુસંગત ઉપકરણ આદર્શ વિકસાવવાનો પ્રયાસ કર્યો. બહુવિધ સામગ્રીની સમીક્ષા કર્યા પછી, સંશોધકોએ કાર્બનનું અણુરૂપે પાતળું સ્વરૂપ, ગ્રેફીન પર સ્થાયી થયા. તેની અતિ-મજબૂત, હળવા વજનની રચના અને શ્રેષ્ઠ વાહકતા સાથે, ગ્રાફીન ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઉચ્ચ-શક્તિની સામગ્રી અને ઊર્જા ઉપકરણોમાં ઘણી એપ્લિકેશનો માટે સંભવિત છે.
• "જૈવ સુસંગતતાના કારણોસર, ગ્રાફીન ખાસ કરીને આકર્ષક છે," એફિમોવે કહ્યું. "કાર્બન એ જીવનનો આધાર છે, તેથી તે એક સુરક્ષિત સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ પહેલાથી જ વિવિધ ક્લિનિકલ એપ્લિકેશન્સમાં થાય છે. તે લવચીક અને નરમ પણ છે, જે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને નરમ, યાંત્રિક રીતે સક્રિય અંગ વચ્ચે ઇન્ટરફેસ તરીકે સારી રીતે કામ કરે છે."

ધબકતું લક્ષ્ય:

• UT ખાતે, અભ્યાસના સહ-લેખકો દિમિત્રી કિરીવ અને દેજી અકિનવાન્ડે પહેલેથી જ સેન્સિંગ ક્ષમતાઓ સાથે ગ્રાફીન ઇલેક્ટ્રોનિક ટેટૂઝ (GETs) વિકસાવી રહ્યા હતા. ફ્લેક્સિબલ અને વેઇટલેસ, તેમની ટીમના ઇ-ટેટૂ બ્લડ પ્રેશર અને મગજ, હૃદય અને સ્નાયુઓની વિદ્યુત પ્રવૃત્તિ સહિત શરીરના મહત્વપૂર્ણ સંકેતો પર સતત દેખરેખ રાખવા માટે ત્વચાને વળગી રહે છે.
• પરંતુ, જ્યારે ઈ-ટેટૂઝ ત્વચાની સપાટી પર સારી રીતે કામ કરે છે, ત્યારે એફિમોવની ટીમને આ ઉપકરણોને શરીરની અંદર - સીધા હૃદયની સપાટી પર વાપરવા માટે નવી પદ્ધતિઓની તપાસ કરવાની જરૂર હતી. "તે સંપૂર્ણપણે અલગ એપ્લિકેશન સ્કીમ છે," એફિમોવે કહ્યું. "ત્વચા પ્રમાણમાં શુષ્ક છે અને સરળતાથી સુલભ છે. દેખીતી રીતે, હૃદય છાતીની અંદર છે, તેથી તેને ઍક્સેસ કરવું મુશ્કેલ છે અને ભીના વાતાવરણમાં."
• સંશોધકોએ ગ્રાફીન ટેટૂને ઢાંકી દેવા અને ધબકારા મારતા હૃદયની સપાટી પર તેને વળગી રહેવા માટે સંપૂર્ણપણે નવી તકનીક વિકસાવી છે. સૌપ્રથમ, તેઓએ ગ્રાફીનને લવચીક, સ્થિતિસ્થાપક સિલિકોન પટલની અંદર સમાવિષ્ટ કર્યું - આંતરિક ગ્રાફીન ઇલેક્ટ્રોડને ઍક્સેસ આપવા માટે તેમાં છિદ્રિત છિદ્ર સાથે. પછી, તેઓએ હૃદયને માપવા અને ઉત્તેજીત કરવા માટે વપરાતા ગ્રાફીન અને બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોનિક્સ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્ટરકનેક્ટ તરીકે સેવા આપવા માટે એન્કેપ્સ્યુલેટીંગ લેયર પર નરમાશથી ગોલ્ડ ટેપ (10 માઇક્રોનની જાડાઈ સાથે) મૂકી.
• અંતે, તેઓએ તેને હૃદય પર મૂક્યું. તમામ સ્તરોની સમગ્ર જાડાઈ મળીને કુલ આશરે 100 માઇક્રોન માપે છે. પરિણામી ઉપકરણ શરીરના તાપમાને સક્રિય રીતે ધબકતા હૃદય પર 60 દિવસ સુધી સ્થિર હતું, જે સર્જરી અથવા અન્ય ઉપચારો પછી કાયમી પેસમેકર અથવા રિધમ મેનેજમેન્ટના પુલ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા કામચલાઉ પેસમેકરના સમયગાળા સાથે તુલનાત્મક છે.

ઓપ્ટિકલ તકો:

• ઉપકરણની પારદર્શક પ્રકૃતિનો લાભ ઉઠાવતા, એફિમોવ અને તેમની ટીમે ઓપ્ટોકાર્ડિયોગ્રાફી કરી - હૃદયની લયને ટ્રેક કરવા અને મોડ્યુલેટ કરવા માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને - પ્રાણીઓના અભ્યાસમાં. આ માત્ર હૃદયની બિમારીઓનું નિદાન અને સારવાર કરવાની નવી રીત પ્રદાન કરે છે એટલું જ નહીં, આ અભિગમ ઓપ્ટોજેનેટિક્સ માટે નવી શક્યતાઓ પણ ખોલે છે, જે પ્રકાશ સાથે એક કોષોને નિયંત્રિત અને મોનિટર કરવાની પદ્ધતિ છે.
• જ્યારે વિદ્યુત ઉત્તેજના હૃદયની અસામાન્ય લયને સુધારી શકે છે, ત્યારે ઓપ્ટિકલ ઉત્તેજના વધુ ચોક્કસ છે. પ્રકાશ સાથે, સંશોધકો ચોક્કસ ઉત્સેચકોને ટ્રેક કરી શકે છે તેમજ ચોક્કસ હૃદય, સ્નાયુ અથવા ચેતા કોષોની પૂછપરછ કરી શકે છે. "અમે આવશ્યકપણે ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઓપ્ટિકલ કાર્યોને એક બાયોઇન્ટરફેસમાં જોડી શકીએ છીએ," એફિમોવે કહ્યું. "કારણ કે ગ્રાફીન ઓપ્ટીકલી પારદર્શક છે, આપણે વાસ્તવમાં તેના દ્વારા વાંચી શકીએ છીએ, જે આપણને રીડઆઉટની ઘણી ઊંચી ઘનતા આપે છે."

આ પણ વાંચો: