आज, स्वायत्त और स्वयं संचालित सेंसर इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT), औद्योगिक स्वचालन, स्मार्ट शहर और संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी (SHM) जैसे विभिन्न क्षेत्रों में लागू किए जाते हैं। इस ढांचे के भीतर, अकादमिक अनुसंधान ने लघु इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बिजली मांगों को पूरा करने के लिए टिकाऊ और परिपत्र समाधानों का बीड़ा उठाया है।
एमईएमएस कंसल्टिंग के अनुसार, इटली के पेरुगिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल ही में जैविक कोशिकाओं और उनके आसपास के दूरस्थ तापमान माप के लिए एक उपन्यास विधि का प्रस्ताव दिया है। यह दृष्टिकोण एकल फ़्लाउंडर मांसपेशी फाइबर से प्राप्त विद्युत ऊर्जा का उपयोग करता है। एक अनुकूलित आरएलसी सर्किट सेल के भीतर एम्बेडेड होता है, जहां कैपेसिटर अपनी अंतर्निहित थर्मल संवेदनशीलता का लाभ उठाते हुए ऊर्जा भंडारण इकाई और तापमान सेंसर दोनों के रूप में कार्य करता है। प्रायोगिक डेटा ने पुष्टि की है कि विकसित प्रणाली कोशिका झिल्ली से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करके वायरलेस तरीके से तापमान संचारित कर सकती है और जैविक रूप से प्रासंगिक सीमा (30 डिग्री से 50 डिग्री) के भीतर काम करती है। यह स्वयं संचालित तापमान सेंसर बायोमेडिकल सेंसिंग और गैर-इनवेसिव रिमोट तापमान निगरानी को बढ़ाने की क्षमता रखता है। शोध के निष्कर्ष नैनो एनर्जी पत्रिका में "स्वयं - जीवित कोशिकाओं की झिल्ली क्षमता का उपयोग करने वाले संचालित तापमान सेंसर" शीर्षक के तहत प्रकाशित किए गए थे।
इस कार्य में, शोधकर्ताओं ने माना कि मांसपेशी फाइबर झिल्ली संभावित अंतर को अधिकतम कर सकते हैं, क्योंकि उनकी आराम क्षमता -90 एमवी तक पहुंच सकती है। उन्होंने स्वयं संचालित बायोसेंसर प्रौद्योगिकी को लागू करने की व्यवहार्यता का आकलन करने के लिए एकमात्र मांसपेशी फाइबर की झिल्ली क्षमता का उपयोग करने का पता लगाया। ब्याज-तापमान के जैविक पैरामीटर को मापने में सक्षम वायरलेस संचार प्रणाली को डिजाइन करने के लिए प्रारंभिक एलटीस्पाइस सिमुलेशन को नियोजित किया गया था। इस उद्देश्य के लिए, शोधकर्ताओं ने एक आरएलसी सर्किट का मॉडलिंग और अनुकूलन किया, जिसकी दोलन आवृत्ति सेलुलर तापमान के साथ बदलती रहती है। इसने विभिन्न प्रयोगात्मक स्थितियों के तहत सीधे एकमात्र मांसपेशी फाइबर द्वारा संचालित तापमान सेंसर के निर्माण और परीक्षण को सक्षम किया, जिससे उनकी समग्र दक्षता और विश्वसनीयता का मूल्यांकन संभव हो सका।
बायोइलेक्ट्रिक जेनरेटर और ऊर्जा संचयन सर्किट
शोधकर्ताओं के प्रायोगिक सेटअप के माध्यम से, विभिन्न तापमानों पर नम दोलन आवृत्ति का उपयोग करने के लिए कैपेसिटर सी 1 में भिन्नता का उपयोग किया जा सकता है। चूंकि कंकाल की मांसपेशी फाइबर पूरे स्तनधारी शरीर में मौजूद होते हैं, शोधकर्ताओं की विधि एक स्वयं संचालित तापमान सेंसर को मानव शरीर में कहीं भी प्रत्यारोपित करने में सक्षम बनाती है। यह इंट्रासेल्युलर तापमान में उतार-चढ़ाव की निगरानी और समझ की सुविधा प्रदान करता है, जो विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है, जैसे कि घातक स्तन ट्यूमर का प्रसार, या लक्षित दवा वितरण के लिए जैव रोबोट को एकीकृत करना।
प्रयोगात्मक स्थापना
शोधकर्ताओं ने जैविक कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न ऊर्जा पर प्रायोगिक परीक्षण भी किए। उन्होंने चूहों से फ़्लाउंडर मांसपेशी को अलग किया और एक एकल फाइबर में एक इंट्रासेल्युलर इलेक्ट्रोड डाला, जिससे कोशिका झिल्ली से सीधे विद्युत ऊर्जा प्राप्त करने की व्यवहार्यता प्रदर्शित हुई। परीक्षण के दौरान, उन्होंने -60 mV का वोल्टेज और 2 μJ विद्युत ऊर्जा एकत्र की, जिसे 1 mF कैपेसिटर में संग्रहीत किया गया और अंततः एक निष्क्रिय सेंसिंग डिवाइस को बिजली देने के लिए उपयोग किया गया। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि कंकाल की मांसपेशी पिछले अध्ययनों में इस्तेमाल किए गए ओसाइट्स से भी बेहतर प्रदर्शन करती है।
फ्लाउंडर मांसपेशी फाइबर के माध्यम से एक संधारित्र को चार्ज करना
शोधकर्ताओं ने प्रायोगिक परिणामों की तुलना आरएलसी सर्किट मॉडल से की, जिससे मापा डेटा और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के बीच अच्छा समझौता सामने आया। हालाँकि, फाइबर से प्राप्त कम वोल्टेज वायरलेस संचार के लिए कम शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस को लागू करने में चुनौतियाँ पैदा कर सकता है। फिर भी, इस अध्ययन में प्रस्तावित स्वायत्त तापमान सेंसर जैव ऊर्जा जनरेटर से जुड़े एक विशेष रूप से चयनित भंडारण संधारित्र का उपयोग करता है और नजदीकी सीमा (10 मिमी) पर एक बाहरी रिसीवर के साथ संचार कर सकता है।
यह तापमान सेंसर, एक बार कैलिब्रेट होने के बाद, कमरे के तापमान से लेकर जैविक रूप से प्रासंगिक तापमान (30 डिग्री से 50 डिग्री) तक 160 हर्ट्ज बैंडविड्थ पर तापमान डेटा प्रसारित करता है। भविष्य में लघुकरण उच्च आवृत्ति तापमान संवेदन को सक्षम कर सकता है, लेकिन इसके लिए परजीवी प्रतिरोधों और आगे ऊर्जा अपव्यय को कम करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की ऊर्जा दक्षता को सावधानीपूर्वक डिजाइन करने की आवश्यकता होती है।
तापमान सेंसर विशेषताएँ
संक्षेप में, शोधकर्ताओं ने छोटे स्तर के जैव - एम्बेडेड अनुप्रयोगों के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में जैविक कोशिकाओं की क्षमता पर प्रकाश डाला है। जीवित कोशिकाओं की कार्यप्रणाली का उपयोग करके विशेष रूप से पशु कोशिकाओं (मांसपेशियों के तंतुओं) की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है, जिससे स्वयं संचालित जैव सेंसर के विकास को सक्षम किया जा सकता है। रिचार्जेबल बैटरियों और गतिज ऊर्जा संचयन प्रौद्योगिकियों की तुलना में, यह समाधान विशिष्ट लाभ प्रदान करता है, जो जैविक प्रणालियों में जैव-एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स के भविष्य के एकीकरण का मार्ग प्रशस्त करता है। यह तकनीक जीवित जीवों के भीतर जैविक कोशिकाओं के साथ सीधे संपर्क करने में सक्षम जैव स्वायत्त सेंसर की एक श्रेणी स्थापित करने का वादा करती है। इस क्षेत्र में आगे के अनुसंधान और विकास से ऊर्जा संचयन तकनीकों में प्रगति और जैव-एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में योगदान मिलेगा।