મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી તેના પ્રકારનું પ્રથમ છે જે ન્યુરલ પેશીઓને સીધા ઉત્તેજિત કરવામાં સક્ષમ છે.
સંશોધકોએ લાંબા સમયથી મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક્સ ⎯ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવાની ઉપચારાત્મક સંભવિતતાને ઓળખી છે જે ફેરવી શકે છે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રો ⎯ ન્યુરલ ટીશ્યુને ન્યૂનતમ આક્રમક રીતે ઉત્તેજીત કરવા અને ન્યુરોલોજીકલ ડિસઓર્ડર અથવા ચેતા નુકસાનની સારવારમાં મદદ કરવા.
જો કે, સમસ્યા એ છે કે ચેતાકોષોને આ રૂપાંતરણના પરિણામે ઇલેક્ટ્રિક સિગ્નલના આકાર અને આવર્તનનો પ્રતિસાદ આપવામાં મુશ્કેલી પડે છે.
રાઇસ યુનિવર્સિટી ન્યુરોએન્જિનિયર જેકબ રોબિન્સન અને તેમની ટીમે સૌપ્રથમ મેગ્નેટોઈલેક્ટ્રીક મટીરીયલ ડીઝાઈન કર્યું જે આ સમસ્યાનું નિરાકરણ લાવે છે અને સમાન સામગ્રી કરતા 120 ગણી ઝડપથી ચુંબકીય-થી-ઈલેક્ટ્રીક રૂપાંતરણ કરે છે.
અનુસાર એક અભ્યાસ નેચર મટિરિયલ્સમાં પ્રકાશિત, સંશોધકોએ દર્શાવ્યું હતું કે સામગ્રીનો ઉપયોગ ચોક્કસ રીતે ચેતાકોષોને દૂરથી ઉત્તેજીત કરવા અને ઉંદરના મોડેલમાં તૂટેલી સિયાટિક ચેતાના અંતરને દૂર કરવા માટે કરી શકાય છે.
રોબિન્સને જણાવ્યું હતું કે સામગ્રીના ગુણો અને પ્રદર્શન ન્યુરોસ્ટીમ્યુલેશન સારવાર પર ઊંડી અસર કરી શકે છે, જે નોંધપાત્ર રીતે ઓછી આક્રમક પ્રક્રિયાઓ બનાવે છે. ન્યુરોસ્ટીમ્યુલેશન ડિવાઇસ ઇમ્પ્લાન્ટ કરવાને બદલે, સામગ્રીની થોડી માત્રા ઇચ્છિત સાઇટ પર ઇન્જેક્ટ કરી શકાય છે.
વધુમાં, કમ્પ્યુટિંગ, સેન્સિંગ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક્સની એપ્લિકેશનની શ્રેણીને જોતાં, સંશોધન અદ્યતન સામગ્રી ડિઝાઇન માટે એક માળખું પૂરું પાડે છે જે નવીનતાને વધુ વ્યાપક રીતે ચલાવી શકે છે.
"અમે પૂછ્યું, 'શું આપણે એવી સામગ્રી બનાવી શકીએ કે જે ધૂળ જેવી હોય અથવા એટલી નાની હોય કે શરીરની અંદર તેનો માત્ર એક છંટકાવ મૂકીને તમે મગજ અથવા નર્વસ સિસ્ટમને ઉત્તેજીત કરી શકો?'" કહ્યું. જોશુઆ ચેન, એક રાઇસ ડોક્ટરલ ભૂતપૂર્વ વિદ્યાર્થી જે અભ્યાસ પર મુખ્ય લેખક છે.
"તે પ્રશ્નને ધ્યાનમાં રાખીને, અમે વિચાર્યું કે મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી ન્યુરોસ્ટીમ્યુલેશનમાં ઉપયોગ માટે આદર્શ ઉમેદવારો છે. તેઓ ચુંબકીય ક્ષેત્રોને પ્રતિસાદ આપે છે, જે સરળતાથી શરીરમાં પ્રવેશ કરે છે અને તેમને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં રૂપાંતરિત કરે છે ⎯ એક ભાષા કે જે આપણી નર્વસ સિસ્ટમ પહેલાથી જ માહિતીને રિલે કરવા માટે વાપરે છે.
સંશોધકોએ મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીથી શરૂઆત કરી હતી પીઝોઇલેક્ટ્રિક ના સ્તર લીડ ઝિર્કોનિયમ ટાઇટેનેટ બે વચ્ચે સેન્ડવીચ ચુંબકીય પ્રતિબંધક મેટાલિક ગ્લાસ એલોયના સ્તરો, અથવા મેટગ્લાસ, જે ઝડપથી ચુંબકીય અને ડિમેગ્નેટાઈઝ થઈ શકે છે.
ગૌરી ભાવે, રોબિન્સન લેબમાં ભૂતપૂર્વ સંશોધક જે હવે કામ કરે છે ટેકનોલોજી બેલર કોલેજ ઓફ મેડિસિન માટે ટ્રાન્સફર, સમજાવ્યું કે ચુંબકીય ક્ષેત્રની અરજી સાથે ચુંબકીય પ્રતિબંધક તત્વ વાઇબ્રેટ થાય છે.
"આ કંપનનો અર્થ છે કે તે મૂળભૂત રીતે તેનો આકાર બદલે છે," ભાવેએ કહ્યું. "પીઝોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી એવી વસ્તુ છે જે, જ્યારે તે તેનો આકાર બદલે છે, ત્યારે વીજળી બનાવે છે. તેથી જ્યારે તે બંનેને જોડવામાં આવે છે, ત્યારે તમે જે રૂપાંતરણ મેળવી રહ્યાં છો તે એ છે કે તમે શરીરની બહારથી જે ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરી રહ્યાં છો તે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં ફેરવાય છે."
જો કે, મેગ્નેટોઈલેક્ટ્રીક્સના ઈલેક્ટ્રિક સિગ્નલો ચેતાકોષો શોધવા માટે ખૂબ જ ઝડપી અને સમાન છે. પડકાર એ નવી સામગ્રીને એન્જીનિયર કરવાનો હતો જે ઇલેક્ટ્રિક સિગ્નલ પેદા કરી શકે જે ખરેખર કોષોને પ્રતિસાદ આપી શકે.
"અન્ય તમામ મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીઓ માટે, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર વચ્ચેનો સંબંધ રેખીય છે, અને અમને જે સામગ્રીની જરૂર હતી તે એવી સામગ્રીની હતી જ્યાં તે સંબંધ બિનરેખીય હતો," રોબિન્સને કહ્યું. "અમે આ ફિલ્મ પર કઈ પ્રકારની સામગ્રી જમા કરી શકીએ તે વિશે વિચારવું પડ્યું જે તે બિનરેખીય પ્રતિસાદ બનાવશે."
સંશોધકોએ પ્લેટિનમ, હેફનિયમ ઓક્સાઇડ અને ઝીંક ઓક્સાઇડનું સ્તરીકરણ કર્યું અને મૂળ મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક ફિલ્મની ટોચ પર સ્ટેક કરેલી સામગ્રી ઉમેરી. તેઓ જે પડકારોનો સામનો કરતા હતા તેમાંથી એક સામગ્રી સાથે સુસંગત ફેબ્રિકેશન તકનીકો શોધવાનું હતું.
"200 નેનોમીટરથી ઓછા આ અત્યંત પાતળા સ્તરને બનાવવા માટે ઘણું કામ કરવામાં આવ્યું છે જે અમને ખરેખર વિશિષ્ટ ગુણધર્મો આપે છે," રોબિન્સને કહ્યું.
મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક નોનલાઇનર મેટામેટરિયલ્સ અગાઉ ઉપયોગમાં લેવાતી ચુંબકીય સામગ્રી કરતાં 120 ગણી ઝડપી ન્યુરલ પ્રવૃત્તિને ઉત્તેજિત કરે છે. છબી ક્રેડિટ: રોબિન્સન લેબ/રાઇસ યુનિવર્સિટી
ભાવે ઉમેરે છે કે, "આનાથી સમગ્ર ઉપકરણનું કદ ઘટાડી દેવામાં આવ્યું છે જેથી ભવિષ્યમાં તે ઇન્જેક્ટ કરી શકાય.
વિભાવનાના પુરાવા તરીકે, સંશોધકોએ સામગ્રીનો ઉપયોગ ઉંદરોમાં પેરિફેરલ નર્વ્સને ઉત્તેજીત કરવા માટે કર્યો અને ન્યુરોપ્રોસ્થેટિક્સમાં ઉપયોગ માટે સામગ્રીની સંભવિતતા દર્શાવીને દર્શાવ્યું કે તે વિચ્છેદિત ચેતામાં કાર્ય પુનઃસ્થાપિત કરી શકે છે.
"અમે આ મેટામેટરીયલનો ઉપયોગ તૂટેલી ચેતાના અંતરને દૂર કરવા અને ઝડપી ઇલેક્ટ્રિક સિગ્નલ ગતિને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે કરી શકીએ છીએ," ચેને કહ્યું.
“એકંદરે, અમે તર્કસંગત રીતે એક નવી મેટામેટરિયલ ડિઝાઇન કરવામાં સક્ષમ હતા જે ન્યુરોટેકનોલોજીમાં ઘણા પડકારોને દૂર કરે છે. અને વધુ અગત્યનું, અદ્યતન સામગ્રી ડિઝાઇન માટેનું આ માળખું ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સેન્સિંગ અને મેમરી જેવી અન્ય એપ્લિકેશનો પર લાગુ કરી શકાય છે."
રોબિન્સન, જેમણે નવી સામગ્રીના એન્જિનિયરિંગમાં પ્રેરણા માટે ફોટોનિક્સમાં તેમના ડોક્ટરલ કાર્ય પર દોર્યું, જણાવ્યું હતું કે તેમને "ખરેખર રોમાંચક લાગે છે કે આપણે હવે પ્રકૃતિમાં મર્યાદિત રહેવાને બદલે પહેલા ક્યારેય અસ્તિત્વમાં ન હોય તેવી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને ઉપકરણો અથવા સિસ્ટમો ડિઝાઇન કરી શકીએ છીએ."
"એકવાર તમે નવી સામગ્રી અથવા સામગ્રીનો વર્ગ શોધી કાઢો, મને લાગે છે કે તેના માટેના તમામ સંભવિત ઉપયોગોની અપેક્ષા રાખવી ખરેખર મુશ્કેલ છે," રોબિન્સન, ઇલેક્ટ્રિકલ અને કમ્પ્યુટર એન્જિનિયરિંગ અને બાયોએન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર જણાવ્યું હતું. "અમે બાયોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે, પરંતુ મને આશા છે કે આ ક્ષેત્રની બહાર ઘણી એપ્લિકેશનો હોઈ શકે છે."
સોર્સ: રાઇસ યુનિવર્સિટી
