Laser Induced Graphene Patterned on Potato Skin Enables Functional Radiofrequency Antenna Operation
यह अध्ययन लेजर-प्रेरित ग्राफीन का उपयोग करके विषम आलू की त्वचा पर सीधे कार्यात्मक, लघु रेडियोफ्रीक्वेंसी एंटेना बनाने की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करता है, जो 5.8 GHz पर उनके अनुनाद संचालन और संभावित खाद्य-व्युत्पन्न वायरलेस इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सिम्युलेटेड शारीरिक वातावरण में उनकी व्यवहार्यता को सिद्ध करता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ आपके शरीर के भीतर के इलेक्ट्रॉनिक्स कठोर सिलिकॉन और तांबे से नहीं, बल्कि आपके द्वारा खाए जाने वाले भोजन से ही विकसित होते हैं। यह 'इन्जेस्टेबल टेक्नोलॉजी' (निगलने योग्य तकनीक) का अग्रिम क्षेत्र है, जो ऐसे सूक्ष्म, डिस्पोजेबल उपकरणों को बनाने की दिशा में काम कर रहा है जो स्वास्थ्य की निगरानी करने या दवा पहुँचाने के लिए पाचन तंत्र के माध्यम से यात्रा कर सकें। इन उपकरणों के काम करने के लिए, उन्हें बाहरी दुनिया से संवाद करने में सक्षम होना चाहिए, यानी शरीर के माध्यम से चलते समय वायरलेस तरीके से डेटा भेजना चाहिए। चुनौती हमेशा एक ऐसे पदार्थ को खोजने की रही है जिसे निगलना सुरक्षित हो, जिसे रेडियो एंटीना के रूप में आकार देना आसान हो, और जो पेट के कठोर, अम्लीय वातावरण में कार्य करने में सक्षम हो। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते थे कि कैसे लेजर का उपयोग करके कुछ सामग्रियों को कंडक्टिव पैटर्न (चालक पैटर्न) में बदला जा सकता है, लेकिन उन्हें यह सिद्ध करने में संघर्ष करना पड़ा कि ये पैटर्न वास्तव में फल या सब्जी के छिलकों जैसी अनियमित, प्राकृतिक सतहों पर सीधे प्रिंट किए जाने पर कार्यात्मक रेडियो घटकों के रूप में काम कर सकते हैं।
न्यूयॉर्क यूनिवर्सिटी अबु धाबी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक रसेट आलू के छिलके को एक कामकाजी रेडियो एंटीना में बदलकर इस समस्या को हल करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। उन्होंने पारंपरिक विनिर्माण विधियों या सिंथेटिक प्लास्टिक का उपयोग नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने रसेट आलू के छिलके का उपयोग किया, जो स्वाभाविक रूप से लिग्निन नामक एक कार्बन-भारी पदार्थ से समृद्ध है, और उस पर एक विशिष्ट पैटर्न उकेरने के लिए लेजर का उपयोग किया। लेजर ने छिलके को इतना गर्म किया कि गैर-चालक हिस्सों को जला दिया गया और पीछे ग्राफीन का एक छिद्रपूर्ण, त्रि-आयामी नेटवर्क छोड़ दिया, जो कार्बन का एक रूप है और बिजली का संचालन करता है। यह प्रक्रिया, जिसे 'लेजर-इंड्यूस्ड ग्राफीन' कहा जाता है, सीधे भोजन पर ही एक कंडक्टिव पथ बनाती है, जिससे अलग से धातु के तार या प्लास्टिक कैरियर को जोड़ने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। शोधकर्ताओं ने इस पैटर्न को एक लघु एंटीना के रूप में डिजाइन किया, जो लगभग एक डाक टिकट के आकार का है, जिसे वायरलेस संचार के लिए उपयोग की जाने वाली एक विशिष्ट आवृत्ति (फ्रीक्वेंसी) पर संचालित करने के लिए बनाया गया है।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह अजीब, खाद्य-आधारित एंटीना वास्तव में काम कर सकता है, टीम ने इसकी तुलना पॉलीइमाइड (जिसे अक्सर कपटन के नाम से जाना जाता है) नामक एक मानक सिंथेटिक सामग्री पर बने एक समान एंटीना से की। उन्होंने यह मापा कि दोनों एंटीना रेडियो तरंगों के साथ कितनी अच्छी तरह अनुनाद (रेजोनेंस) या कंपन करते हैं। परिणामों ने दिखाया कि आलू-आधारित एंटीना ने उल्लेखनीय रूप से अच्छा प्रदर्शन किया, और यह सिंथेटिक वाले के समान ही लक्षित आवृत्ति पर अनुनाद कर रहा था। इसने पुष्टि की कि आलू के छिलके की असमान, गीली और जैविक सतह एक सटीक रेडियो घटक का समर्थन कर सकती है, जो कि पहले अपुष्ट था। शोधकर्ताओं ने फिर प्रयोग को एक कदम आगे बढ़ाया और आलू के एंटीना को मानव पेट के समान तरल पदार्थों, जिनमें पानी, खारा पानी और उच्च अम्लीय सामग्री वाला सिम्युलेटेड गैस्ट्रिक फ्लूइड शामिल था, में डुबोकर देखा। इन चुनौतीपूर्ण, अम्लीय स्थितियों में भी, एंटीना ने सिग्नल प्रसारित करने और प्राप्त करने की अपनी क्षमता बनाए रखी, हालांकि कठोर वातावरण के कारण सिग्नल की शक्ति काफी कमजोर हो गई, जिससे यह सिद्ध हुआ कि उपकरण पाचन तंत्र की यात्रा को झेल सकता है।
अध्ययन ने एक दिलचस्प माध्यमिक व्यवहार भी प्रकट किया। जैसे ही आलू का एंटीना सिम्युलेटेड पेट के एसिड में बाईस घंटों तक रहा, इसके विद्युत गुण एक अनुमानित तरीके से बदल गए। वह आवृत्ति जिस पर यह अनुनाद करता था, बदल गई, और समय के साथ इसके सिग्नल की ताकत धीरे-धीरे कम हो गई। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि अम्लीय तरल धीरे-धीरे छिद्रपूर्ण ग्राफीन नेटवर्क में रिस गया, जिससे सामग्री के विद्युत गुणों में परिवर्तन आया। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह एक दोष के बजाय एक उपयोगी विशेषता हो सकती है। यदि एंटीना का सिग्नल इसके क्षय होने के साथ एक विशिष्ट पैटर्न में बदलता है, तो यह एक 'पैसिव सेंसर' के रूप में कार्य कर सकता है, जो डॉक्टर को ठीक-ठीक बता सकता है कि उपकरण शरीर के भीतर कितने समय से है या इसे किस प्रकार के वातावरण के संपर्क में लाया गया है। यह दोहरी क्षमता—एक रेडियो के रूप में कार्य करने के साथ-साथ एक टाइमर या पर्यावरणीय सेंसर के रूप में कार्य करना—अधिक परिष्कृत, स्व-रिपोर्टिंग चिकित्सा उपकरणों के द्वार खोलती है।
हालांकि वर्तमान डिजाइन एक उच्च आवृत्ति पर संचालित होता है जो छोटे उपकरणों के लिए अच्छा है, शोधकर्ता नोट करते हैं कि इस गति के सिग्नल मानव शरीर के घने ऊतकों के माध्यम से यात्रा करने में संघर्ष करते हैं। किसी व्यक्ति के भीतर भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए, तकनीक को संभवतः गहरे तक प्रवेश करने में सक्षम निम्न आवृत्तियों का उपयोग करने के लिए समायोजित करने की आवश्यकता होगी। फिर भी मुख्य उपलब्धि स्पष्ट है: टीम ने प्रदर्शित किया है कि लेजर का उपयोग करके भोजन के एक टुकड़े पर सीधे एक कार्यात्मक रेडियो एंटीना बनाया जा सकता है। वे केवल आलू पर एक कंडक्टिव रेखा बनाने से आगे निकल गए हैं; उन्होंने एक काम करने वाला घटक बनाया है जो सिग्नल भेज सकता है। यह प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट सुझाव देता है कि भविष्य में, हमारे द्वारा निगले जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स न केवल हमारे भोजन के साथ होंगे, बल्कि वे उसी से बने हो सकते हैं, जो न्यूनतम आक्रामक चिकित्सा निगरानी की ओर एक नया मार्ग प्रशत करते हैं, जो अपना काम पूरा करने के बाद घुल जाते हैं और गायब हो जाते हैं।
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