टेक्सास : नॉर्थवेस्टर्न युनिव्हर्सिटी आणि ऑस्टिन येथील टेक्सास युनिव्हर्सिटी यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधकांनी प्रवाहकीय गुणधर्म असलेले द्विमितीय सुपरमटेरियल, ग्राफीनपासून बनवलेले पहिले कार्डियाक इम्प्लांट विकसित केले आहे. लहान मुलाच्या तात्पुरत्या टॅटू प्रमाणेच नवीन ग्राफीन टॅटू इम्प्लांट केसांच्या एका स्ट्रँडपेक्षा पातळ आहे, तरीही शास्त्रीय पेसमेकरसारखे कार्य करते.
हृदयाशी हळूवारपणे मिसळते : सध्याच्या पेसमेकर आणि प्रत्यारोपित डिफिब्रिलेटर्सच्या विपरीत, ज्यांना कठोर सामग्रीची आवश्यकता असते जी यांत्रिकरित्या शरीराशी विसंगत असते. नवीन उपकरण एकाच वेळी हृदयाचे ठोके जाणण्यासाठी आणि अनियमित हृदयाचे ठोके हाताळण्यासाठी हृदयाशी हळूवारपणे मिसळते. इम्प्लांट पातळ आणि हृदयाच्या नाजूक आकृतिबंधांशी सुसंगत तसेच धडधडणाऱ्या हृदयाच्या गतिमान हालचालींना तोंड देण्याइतके ताणलेले आणि मजबूत आहे.
पातळ कार्डियाक इम्प्लांट : उंदराच्या मॉडेलमध्ये उपकरणाचे रोपण केल्यानंतर, संशोधकांनी हे दाखवून दिले की ग्राफीन टॅटू यशस्वीरित्या हृदयाच्या अनियमित लय ओळखू शकतो. नंतर हृदयाच्या नैसर्गिक हालचालींना अडथळा न आणता किंवा बदलल्याशिवाय नाडीच्या मालिकेद्वारे विद्युत उत्तेजन देऊ शकतो. आणखी चांगले तंत्रज्ञान देखील ऑप्टिकलदृष्ट्या पारदर्शक आहे. ज्यामुळे संशोधकांना यंत्राद्वारे हृदय रेकॉर्ड करण्यासाठी आणि उत्तेजित करण्यासाठी ऑप्टिकल प्रकाशाचा बाह्य स्रोत वापरता येतो. हा अभ्यास गुरुवारी प्रगत साहित्य जर्नलमध्ये प्रकाशित केला जाईल. हे आतापर्यंतचे सर्वात पातळ कार्डियाक इम्प्लांट आहे.
कठोर इंटरफेसमुळे विविध गुंतागुंत : सध्याच्या पेसमेकर आणि डिफिब्रिलेटर्ससाठी आव्हानांपैकी एक म्हणजे ते हृदयाच्या पृष्ठभागावर चिकटविणे कठीण आहे, अभ्यासाचे वरिष्ठ लेखक नॉर्थवेस्टर्नचे इगोर एफिमोव्ह म्हणाले. डिफिब्रिलेटर इलेक्ट्रोड्स, उदाहरणार्थ, मूलत: खूप जाड तारांपासून बनविलेले कॉइल आहेत. या तारा लवचिक नसल्यामुळे त्या तुटतात. हृदयाप्रमाणेच मऊ उतींसह कठोर इंटरफेसमुळे विविध गुंतागुंत होऊ शकतात. याउलट, आमचे मऊ, लवचिक उपकरण केवळ बिनधास्तच नाही तर अधिक अचूक मोजमाप वितरीत करण्यासाठी थेट हृदयाशी घनिष्ठपणे आणि अखंडपणे जुळते. एफिमोव्ह हे नॉर्थवेस्टर्नच्या मॅककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजिनिअरिंगमध्ये बायोमेडिकल अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक आहेत. नॉर्थवेस्टर्न युनिव्हर्सिटी फीनबर्ग स्कूल ऑफ मेडिसिनमध्ये औषधाचे प्राध्यापक आहेत. त्यांनी UT मधील संशोधन सहयोगी दिमित्री किरीव यांच्यासोबत अभ्यासाचे सह-नेतृत्व केले. झेक्सू लिन, पीएच.डी. एफिमोव्हच्या प्रयोगशाळेतील उमेदवार, पेपरचा पहिला लेखक आहे.
चमत्कारी साहित्य : ह्रदयाचा अतालता म्हणून ओळखले जाते, जेव्हा हृदय खूप लवकर किंवा खूप मंद गतीने धडधडते तेव्हा हृदय लय विकार उद्भवतात. एरिथमियाची काही प्रकरणे गंभीर नसली तरी, अनेक प्रकरणांमध्ये हृदय अपयश, स्ट्रोक आणि अचानक मृत्यू देखील होऊ शकतो. खरे तर, अ‍ॅरिथमियाशी संबंधित गुंतागुंत युनायटेड स्टेट्समध्ये दरवर्षी सुमारे 300,000 लोकांचा दावा करतात. डॉक्टर सामान्यतः प्रत्यारोपण करण्यायोग्य पेसमेकर आणि डिफिब्रिलेटरसह ऍरिथमियावर उपचार करतात जे असामान्य हृदयाचे ठोके ओळखतात. नंतर विद्युत उत्तेजनासह लय सुधारतात. ही उपकरणे जीव वाचवणारी असली तरी, त्यांच्या कडक स्वभावामुळे हृदयाच्या नैसर्गिक हालचालींवर मर्यादा येऊ शकतात, मऊ ऊतींना इजा होऊ शकते, तात्पुरती अस्वस्थता निर्माण होऊ शकते आणि वेदनादायक सूज, छिद्र, रक्ताच्या गुठळ्या, संसर्ग आणि बरेच काही यासारख्या गुंतागुंत निर्माण होऊ शकतात.
कार्बन हा जीवनाचा आधार : ही आव्हाने लक्षात घेऊन एफिमोव्ह आणि त्यांच्या टीमने मऊ, डायनॅमिक टिश्यूजशी सुसंगत जैव-सुसंगत उपकरण विकसित करण्याचा प्रयत्न केला. अनेक सामग्रीचे पुनरावलोकन केल्यानंतर, संशोधक कार्बनचे अणुदृष्ट्या पातळ स्वरूप असलेल्या ग्राफीनवर स्थायिक झाले. त्याच्या अति-मजबूत, हलक्या वजनाची रचना आणि उत्कृष्ट चालकता, ग्राफीनमध्ये उच्च-कार्यक्षमता इलेक्ट्रॉनिक्स, उच्च-शक्तीची सामग्री आणि ऊर्जा उपकरणांमध्ये अनेक अनुप्रयोगांची क्षमता आहे. जैव-सुसंगततेच्या कारणास्तव, ग्राफीन विशेषतः आकर्षक आहे, एफिमोव्ह म्हणाले. कार्बन हा जीवनाचा आधार आहे, म्हणून ही एक सुरक्षित सामग्री आहे जी आधीपासूनच वेगवेगळ्या क्लिनिकल ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरली जाते. हे लवचिक आणि मऊ देखील आहे, जे इलेक्ट्रॉनिक्स आणि मऊ, यांत्रिकरित्या सक्रिय अवयव यांच्यातील इंटरफेस म्हणून चांगले कार्य करते.
लक्ष्य गाठणे : UT येथे, अभ्यासाचे सह-लेखक दिमित्री किरीव आणि देजी अकिनवांडे हे आधीच संवेदनक्षमतेसह ग्राफीन इलेक्ट्रॉनिक टॅटू (GETs) विकसित करत होते. लवचिक आणि वजनहीन, त्यांच्या टीमचे ई-टॅटू ब्लड प्रेशर आणि मेंदू, हृदय आणि स्नायूंच्या विद्युत क्रियाकलापांसह शरीराच्या महत्त्वपूर्ण लक्षणांवर सतत लक्ष ठेवण्यासाठी त्वचेला चिकटतात. परंतु ई-टॅटू त्वचेच्या पृष्ठभागावर चांगले कार्य करत असताना, एफिमोव्हच्या टीमला ही उपकरणे शरीरात - थेट हृदयाच्या पृष्ठभागावर वापरण्यासाठी नवीन पद्धती तपासण्याची आवश्यकता होती. एफिमोव्ह म्हणाले की, ही एक पूर्णपणे भिन्न अनुप्रयोग योजना आहे. त्वचा तुलनेने कोरडी आणि सहज उपलब्ध आहे. साहजिकच, हृदय छातीच्या आत आहे, त्यामुळे प्रवेश करणे कठीण आहे आणि ओले वातावरणात.
सिलिकॉन झिल्ली : संशोधकांनी ग्रॅफीन टॅटू गोंदण्यासाठी आणि धडधडणाऱ्या हृदयाच्या पृष्ठभागावर चिकटवण्यासाठी पूर्णपणे नवीन तंत्र विकसित केले. प्रथम, त्यांनी ग्राफीनला लवचिक, लवचिक सिलिकॉन झिल्लीच्या आत कॅप्स्युलेट केले - आतील ग्राफीन इलेक्ट्रोडला प्रवेश देण्यासाठी त्यात छिद्र पाडले. त्यानंतर त्यांनी हळुवारपणे सोन्याचा टेप (10 मायक्रॉनच्या जाडीसह) एन्कॅप्स्युलेटिंग लेयरवर ठेवला जेणेकरुन हृदयाचे मोजमाप उत्तेजित करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या ग्राफीन आणि बाह्य इलेक्ट्रॉनिक्स यांच्यातील विद्युतीय इंटरकनेक्ट म्हणून काम केले जाईल. शेवटी त्यांनी ते हृदयावर ठेवले. सर्व स्तरांची संपूर्ण जाडी एकत्रितपणे सुमारे 100 मायक्रॉन मोजते. परिणामी यंत्र शरीराच्या तपमानावर सक्रियपणे धडधडणाऱ्या हृदयावर 60 दिवस स्थिर होते, जे तात्पुरत्या पेसमेकरच्या कालावधीच्या तुलनेत कायमस्वरूपी पेसमेकर किंवा शस्त्रक्रिया किंवा इतर थेरपीनंतर लय व्यवस्थापनासाठी पूल म्हणून वापरल्या जाणार्‍या कालावधीशी तुलना करता येते.
ऑप्टिकल संधी : उपकरणाच्या पारदर्शक स्वभावाचा फायदा घेत, एफिमोव्ह आणि त्याच्या टीमने प्राण्यांच्या अभ्यासात - हृदयाची लय ट्रॅक आणि मॉड्युलेट करण्यासाठी प्रकाशाचा वापर करून ऑप्टोकार्डियोग्राफी केली. हे केवळ हृदयविकाराचे निदान आणि उपचार करण्याचा एक नवीन मार्ग प्रदान करत नाही, तर दृष्टीकोन ऑप्टोजेनेटिक्ससाठी नवीन शक्यता देखील उघडते, प्रकाशासह एकल पेशी नियंत्रित आणि निरीक्षण करण्याची पद्धत.
ग्राफीन ऑप्टिकली पारदर्शक : विद्युत उत्तेजना हृदयाची असामान्य लय सुधारू शकते, तर ऑप्टिकल उत्तेजना अधिक अचूक आहे. प्रकाशासह, संशोधक विशिष्ट एंजाइमचा मागोवा घेऊ शकतात तसेच विशिष्ट हृदय, स्नायू किंवा मज्जातंतू पेशींची चौकशी करू शकतात. आम्ही अनिवार्यपणे इलेक्ट्रिकल आणि ऑप्टिकल फंक्शन्स एका बायोइंटरफेसमध्ये एकत्र करू शकतो, एफिमोव्ह म्हणाले. ग्राफीन ऑप्टिकली पारदर्शक असल्यामुळे, आपण प्रत्यक्षात त्यातून वाचू शकतो.
