Bugungi kunda avtonom va oʻz-oʻzidan ishlaydigan datchiklar{0}}narsalar interneti (IoT), sanoat avtomatizatsiyasi, aqlli shaharlar va tizimli salomatlik monitoringi (SHM) kabi turli sohalarda qoʻllaniladi. Shu doirada, akademik tadqiqotlar miniatyuraviy elektron qurilmalarning quvvat talablarini qondirish uchun barqaror va dumaloq echimlarni yaratdi.
MEMS Consulting ma'lumotlariga ko'ra, Italiyaning Perugia universiteti tadqiqotchilari yaqinda biologik hujayralar va ularning atrofidagi haroratni masofadan o'lchashning yangi usulini taklif qilishdi. Ushbu yondashuv bitta kambala mushak tolasidan olingan elektr energiyasidan foydalanadi. Optimallashtirilgan RLC sxemasi hujayra ichiga o'rnatilgan bo'lib, u erda kondansatör energiyani saqlash birligi va harorat sensori bo'lib xizmat qiladi va o'ziga xos termal sezgirlikdan foydalanadi. Eksperimental ma'lumotlar shuni tasdiqladiki, ishlab chiqilgan tizim hujayra membranasidan olingan energiya yordamida haroratni simsiz uzatishi va biologik jihatdan tegishli diapazonda (30 darajadan 50 darajagacha) ishlaydi. Bu oʻz-oʻzidan quvvatlanadigan harorat sensori{6}}biyomedikal zondlash va invaziv boʻlmagan{7}}masofadan harorat monitoringini yaxshilash imkoniyatiga ega. Tadqiqot natijalari Nano Energy jurnalida “Tirik hujayralarning membrana salohiyatidan foydalanish-oʻz-oʻzidan quvvatlanadigan harorat sensorlari” sarlavhasi ostida chop etildi.
Ushbu ishda tadqiqotchilar mushak tolalari membrana potentsial farqini maksimal darajada oshirishi mumkinligini ko'rib chiqdilar, chunki ularning dam olish potentsiali -90 mV ga yetishi mumkin. Ular o'z-o'zidan quvvatlanadigan biosensor texnologiyasini joriy etishning maqsadga muvofiqligini baholash uchun taglik mushak tolalarining membrana salohiyatidan foydalanishni o'rgandilar. Qiziqish haroratining biologik parametrini o'lchashga qodir simsiz aloqa tizimini loyihalash uchun LTspice-ning dastlabki simulyatsiyalaridan foydalanildi. Shu maqsadda tadqiqotchilar tebranish chastotasi uyali haroratga qarab o'zgarib turadigan RLC sxemasini modellashtirdilar va optimallashtirdilar. Bu turli xil eksperimental sharoitlarda to'g'ridan-to'g'ri taglik mushak tolalari tomonidan quvvatlanadigan harorat sensorlarini ishlab chiqarish va sinovdan o'tkazish imkonini berdi, bu ularning umumiy samaradorligi va ishonchliligini baholash imkonini berdi.
Bioelektrik generator va energiya yig'ish sxemasi
Tadqiqotchilarning eksperimental o'rnatishi orqali C1 kondansatkichidagi o'zgarishlar turli haroratlarda pasaytirilgan tebranish chastotasidan foydalanish uchun ishlatilishi mumkin. Skelet mushak tolalari sutemizuvchilar tanasida mavjud bo'lganligi sababli, tadqiqotchilarning usuli o'z-o'zidan ishlaydigan harorat sensorini-inson tanasining istalgan joyiga implantatsiya qilish imkonini beradi. Bu hujayra ichidagi harorat o'zgarishini kuzatish va tushunishni osonlashtiradi, bu turli biologik jarayonlarga-masalan, ko'krakdagi xavfli o'smalarning ko'payishiga-yoki biologik robotlarni maqsadli dori yuborish uchun integratsiyalashuviga jiddiy ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Eksperimental sozlash
Tadqiqotchilar, shuningdek, biologik hujayralar tomonidan ishlab chiqarilgan energiya bo'yicha eksperimental sinovlarni o'tkazdilar. Ular sichqonlardan kambala mushaklarini ajratib olishdi va hujayra membranasidan elektr energiyasini to'g'ridan-to'g'ri yig'ish mumkinligini ko'rsatib, hujayra ichidagi elektrodni bitta tolaga joylashtirdilar. Sinov paytida ular -60 mV kuchlanish va 2 mJ elektr energiyasini to'plashdi, ular 1 mF kondansatörda saqlangan va oxir-oqibat passiv sezgir qurilmani quvvatlantirish uchun ishlatilgan. Tadqiqotchilar skelet mushaklari oldingi tadqiqotlarda ishlatilgan oositlardan ham yaxshiroq ishlaganligini ko'rsatdi.
Kondensatorni kambala mushak tolalari orqali zaryadlash
Tadqiqotchilar eksperimental natijalarni RLC sxemasi modeli bilan taqqoslab, o'lchangan ma'lumotlar va nazariy bashoratlar o'rtasida yaxshi kelishuvni aniqladilar. Biroq, tolalardan olingan past kuchlanish simsiz aloqa uchun kam quvvatli elektron interfeyslarni joriy etishda qiyinchiliklar tug'dirishi mumkin. Shunga qaramay, ushbu tadqiqotda taklif etilgan avtonom harorat sensori bioenergiya generatoriga ulangan maxsus tanlangan saqlash kondensatoridan foydalanadi va tashqi qabul qilgich bilan yaqin masofada (10 mm) aloqa qila oladi.
Ushbu harorat sensori kalibrlangandan so'ng, harorat ma'lumotlarini xona haroratidan biologik ahamiyatga ega bo'lgan haroratgacha (30 darajadan 50 darajagacha) 160 Gts tarmoqli kengligida uzatadi. Kelajakda kichraytirish yuqoriroq chastotali -haroratni sezish imkonini berishi mumkin, ammo buning uchun parazitar qarshilik va energiyaning keyingi tarqalishini minimallashtirish uchun elektron sxemaning energiya samaradorligini diqqat bilan loyihalash talab etiladi.
Harorat sensori xususiyatlari
Xulosa qilib aytganda, tadqiqotchilar biologik hujayralarning kichik{0}}miqyosdagi bio-oʻrnatilgan ilovalar uchun energiya manbalari sifatidagi imkoniyatlarini taʼkidladilar. Tirik hujayralar-ayniqsa, hayvonlar hujayralari (mushak tolalari)-funksiyalaridan foydalanish orqali kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirish mumkin, bu esa oʻz-oʻzidan quvvatlanadigan bio-sensorlarni ishlab chiqish imkonini beradi. Zaryadlanuvchi batareyalar va kinetik energiya yig‘ish texnologiyalari bilan solishtirganda, bu yechim o‘ziga xos afzalliklarni taqdim etadi va kelajakda bio{8}}o‘rnatilgan elektronikani biologik tizimlarga integratsiyalashuviga yo‘l ochadi. Bu texnologiya tirik organizmlar ichidagi biologik hujayralar bilan bevosita taʼsir oʻtkaza oladigan bioavtonom sensorlar sinfini yaratishga vaʼda beradi. Bu sohadagi keyingi tadqiqotlar va ishlanmalar energiya yig‘ish texnikasi va bio-o‘rnatilgan elektronika evolyutsiyasidagi yutuqlarga yordam beradi.