1. প্রযুক্তিগত পটভূমি এবং তাৎপর্য

উচ্চ প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারেগুলি জৈবিক টিস্যুর উপরিভাগের স্তরগুলিকে ভেদ করতে পারে, টিস্যু আন্দোলনের কারণে সৃষ্ট বিকৃতির সাথে খাপ খাইয়ে নিতে পারে এবং একটি ন্যূনতম আক্রমণাত্মক পদ্ধতির মাধ্যমে জীবন্ত প্রাণীতে লক্ষ্যযুক্ত সংবেদন এবং বৈদ্যুতিক উদ্দীপনা অর্জন করতে পারে। তারা একটি স্থিতিশীল বায়োইলেক্ট্রনিক ইন্টারফেস প্রদান করে, সিগন্যাল রেকর্ডিংয়ের গুণমান উন্নত করে এবং টিস্যুর ক্ষতি কমায়, এইভাবে নিউরোসায়েন্স, টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিং এবং পরিধানযোগ্য বায়োইলেক্ট্রনিক্সে ব্যাপক অ্যাপ্লিকেশন খুঁজে পায়।

বর্তমান মাইক্রোনিডেল প্রযুক্তির উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতা রয়েছে: বেশিরভাগ মাইক্রোনিডেলগুলির প্রসারিততার অভাব রয়েছে এবং পৃথক ডিভাইস স্তরে মাইক্রোনিডল ইলেক্ট্রোডের দৈর্ঘ্য বন্টন এবং সনাক্তকরণ ক্ষেত্রগুলির মতো প্যারামিটারগুলি কাস্টমাইজ করা কঠিন। মূল কারণগুলি কঠোর মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড এবং প্রসারিত নমনীয় উপকরণগুলির উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে অসামঞ্জস্যতা, সেইসাথে মাইক্রোনিডলগুলির ত্রিমাত্রিক (3D) কাঠামোর উপাদান একীকরণ এবং প্যাটার্নিংয়ের প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে রয়েছে৷

2. গবেষণা দল এবং অর্জন প্রকাশনা

দক্ষিণ ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের (ইউএসসি) অ্যারোস্পেস অ্যান্ড মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগ এবং বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগের হ্যাংবো ঝাও-এর নেতৃত্বে গবেষণা গোষ্ঠী (কিনা ঝাও, বিভাগের একজন ডক্টরাল ছাত্র, প্রথম লেখক হিসাবে), Rhanor Gillette এবং Mattia Urbachino{0} বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষণা গোষ্ঠীর সহযোগিতায়। (UIUC), একটি প্রচ্ছদ নিবন্ধ প্রকাশ করেছেবিজ্ঞান অগ্রগতি. নিবন্ধটি একটি নতুন ধরণের প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারের ডিজাইন, উত্পাদন এবং ইলেক্ট্রোফিজিওলজিক্যাল সেন্সিং অ্যাপ্লিকেশনের প্রতিবেদন করে, যা একটি দক্ষ বায়োইলেক্ট্রনিক ইন্টারফেস হিসাবে কাজ করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, এটি অ্যাপলিসিয়া (সমুদ্রের খরগোশ) এর বুকাল অঞ্চলের বিভিন্ন পেশী গ্রুপ থেকে ইন্ট্রামাসকুলার ইলেক্ট্রোমায়োগ্রাফিক (ইএমজি) সংকেত সনাক্ত করতে ব্যবহৃত হয়েছে।

ঝাও-এর গোষ্ঠীর গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু নরম দেহের প্রাণীদের পেশী আন্দোলনের প্রক্রিয়া, যেমন অক্টোপাস তাঁবুর প্রসারিত এবং বাঁকানো এবং সমুদ্রের স্লাগদের হামাগুড়ি দেওয়া এবং খাওয়ানোর বিষয়ে তাদের আগ্রহ থেকে উদ্ভূত। 3D স্পেসে বিতরণ করা মাল্টি-পেশী গোষ্ঠীর সমন্বিত ক্রিয়াকলাপের প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করা জীববিজ্ঞান, বায়োনিক্স এবং রোবোটিক্সের ক্ষেত্রে অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

3. মূল প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন

হাইব্রিড ম্যানুফ্যাকচারিং স্কিম: লেজার এচিং, মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন এবং ট্রান্সফার প্রিন্টিংয়ের সমন্বয়ে একটি অনন্য উৎপাদন পদ্ধতি গ্রহণ করা হয়েছে যাতে সফলভাবে একটি উচ্চ প্রসারিত (60%-90% প্রসারিত হার সহ) এবং পৃথকভাবে ঠিকানাযোগ্য মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারে তৈরি করা হয়। কম খরচে এবং মাপযোগ্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, আকারবিদ্যা, দৈর্ঘ্য, সনাক্তকরণ এলাকা, প্রতিবন্ধকতা, এবং মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোডের বিন্যাস নমনীয়ভাবে কাস্টমাইজ করা যেতে পারে।

ইলেক্ট্রোড সনাক্তকরণ এলাকার নিয়ন্ত্রণ: একটি নতুন 3D হাইড্রোজেল এচিং পদ্ধতি উদ্ভাবিত হয়েছে, যা কয়েক সেকেন্ডের মধ্যে মাইক্রোনিডলসের নির্বাচনী এচিং সক্ষম করে, এটি নিশ্চিত করে যে কেবলমাত্র ইলেক্ট্রোডের অগ্রভাগ পরিবাহী থাকে। হাইড্রোজেল-রাসায়নিক এচিং প্রযুক্তির সাহায্যে, টিপ ইলেক্ট্রোডের সনাক্তকরণ এলাকাটি বিভিন্ন দৈর্ঘ্যের মাইক্রোনিডলগুলির জন্য সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে পারে, যার ফলে বিভিন্ন গভীরতায় টিস্যু সংকেত সনাক্ত করা যায়।

স্ট্রাকচারাল এবং মেটেরিয়াল ডিজাইন: মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারে পলিমাইড মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড এবং সার্পেন্টাইন ইলাস্টিক সংযোগকারী তারগুলি নিয়ে গঠিত। একটি সোনার পরিবাহী স্তর দিয়ে প্রলিপ্ত হওয়ার পরে, এটি একটি সিলিকন ইলাস্টোমারের সাথে সমন্বিতভাবে আবদ্ধ হয়, যা শুধুমাত্র উচ্চ প্রসারিততা নিশ্চিত করে না কিন্তু ব্যবহারের সময় খোসা ছাড়ানোর সমস্যাগুলিও এড়ায়।

প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারেগুলির জন্য ফ্যাব্রিকেশন ধাপগুলির পরিকল্পিত চিত্র।

স্ট্রেচেবল মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারেগুলির প্রসারিততা পরীক্ষা

4. পরীক্ষামূলক যাচাইকরণ এবং প্রভাব

পরীক্ষামূলক দৃশ্যকল্প: বিচ্ছিন্ন অ্যাপ্লিসিয়ার বুকাল অঞ্চল থেকে ইন্ট্রামাসকুলার ইএমজি সংকেত সনাক্ত করার পরীক্ষায়, বিভিন্ন দৈর্ঘ্যের মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোডগুলি বিভিন্ন পেশী গ্রুপে ঢোকানো হয়েছিল। ইলেক্ট্রোডগুলি মুখের পেশীগুলির বিকৃতি অনুসরণ করতে পারে এবং প্রতিটি পেশী গ্রুপ থেকে স্থিতিশীলভাবে ইএমজি সংকেত রেকর্ড করতে পারে।

কর্মক্ষমতা তুলনা: প্ল্যানার মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারে দ্বারা রেকর্ড করা সারফেস ইএমজি সংকেতগুলির সাথে তুলনা করে, এই প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড দ্বারা রেকর্ড করা ইন্ট্রামাসকুলার ইএমজি সংকেতগুলি শক্তিশালী এবং আরও নির্দিষ্ট। এটি প্রমাণ করে যে এটি জীবন্ত প্রাণীর গভীর সক্রিয় টিস্যু থেকে কার্যকরভাবে সংকেত সনাক্ত করতে পারে এবং গভীর টিস্যুগুলির বৈদ্যুতিক উদ্দীপনার জন্য একটি হাতিয়ার হিসাবেও ব্যবহার করা যেতে পারে, যা জৈবিক এবং স্নায়ুবিজ্ঞান গবেষণার জন্য সহায়তা প্রদান করে।

মূল ক্ষমতা যাচাই: পরীক্ষাটি সম্পূর্ণরূপে দেখায় যে এই মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোডের একটি 3D বায়োইলেক্ট্রনিক ইন্টারফেস হিসাবে পরিবেশন করার ক্ষমতা রয়েছে, যা মাইক্রোনিডলগুলির কাঠামোগত অনমনীয়তা এবং উপাদান নমনীয়তার ভারসাম্য বজায় রাখে। অপেক্ষাকৃত উচ্চ দৃঢ়তা এটিকে জৈবিক টিস্যুতে স্থিরভাবে ঢোকানোর অনুমতি দেয়, যখন উচ্চ প্রসারিততা নরম এবং চলমান জৈবিক টিস্যুতে শক্ত আনুগত্য নিশ্চিত করে।

অ্যাপ্লিসিয়া বুকাল পেশীগুলিতে ইন্ট্রামাসকুলার এবং পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোমায়োগ্রাফিক সংকেতগুলির ইন ভিট্রো পরিমাপ প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারে এবং ফ্ল্যাট মাইক্রোইলেক্ট্রোড অ্যারে ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল।

এই পরীক্ষামূলক উদাহরণগুলি একটি 3D বায়ো-ইলেক্ট্রনিক ইন্টারফেস হিসাবে পরিবেশন করার জন্য এই মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোডগুলির ক্ষমতা প্রদর্শন করে।

5. অর্জনের আবেদনের সম্ভাবনা

একটি উন্নত বায়োইলেক্ট্রনিক ইন্টারফেস হিসাবে, এই প্রসারিত মাইক্রোনিডেল ইলেক্ট্রোড অ্যারের একাধিক ক্ষেত্রে সম্ভাব্য প্রয়োগ মান রয়েছে:

মস্তিষ্কের ক্ষেত্রে ইলেক্ট্রোফিজিওলজিক্যাল সেন্সিং-কম্পিউটার ইন্টারফেস;

ত্বকের অন্তর্বর্তী তরল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সিং;

নিউরাল এবং পেশী টিস্যুর বৈদ্যুতিক উদ্দীপনা।

6. কাগজ অ্যাক্সেস

প্রাসঙ্গিক গবেষণাপত্রের লিঙ্ক: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn7202