शोधकर्ताओं को उच्च इलेक्ट्रोएक्टिव-ईए चरण के साथ माइक्रोस्फीयर का उत्पादन करने के लिए एक ड्रॉपलेट माइक्रोफ्लुइडिक्स तकनीक मिली है जिसका उपयोग अनुकूल अनुप्रयोगों के लिए ऐसे पीजोइलेक्ट्रिक उपकरणों के निर्माण में किया जा सकता है, जो विभिन्न शारीरिक संकेतों की निगरानी के लिए स्व-संचालित सेंसर के रूप में काम करते हैं।
अपने बढ़े हुए सतह क्षेत्र और बढ़ी हुई इंटरफ़ेस क्षमताओं के लिए उल्लेखनीय पॉलिमर माइक्रोस्फीयर्स ने पर्याप्त रुचि आकर्षित की है। हालाँकि, उनके उत्पादन के वर्तमान तरीकों में आकार की अनियमितताएं और उच्च ऊर्जा आवश्यकताओं जैसी कमियां हैं। इन कमियों को दूर करने के लिए ऐसी माइक्रोफ्लुइडिक तकनीकें उभरी हैं, जो ट्यूनेबिलिटी, आकार और आकार नियंत्रण, दक्षता आदि जैसे लाभ प्रदान करती हैं। पिछले वर्षों में, माइक्रोफ्लुइडिक्स के माध्यम से पीवीडीएफ के माइक्रोस्फीयर का उत्पादन किया गया है लेकिन उनमें उच्च ईए चरण की उपस्थिति एक चुनौती बनी हुई है।
विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग के एक स्वायत्त संस्थान, नैनोविज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (इंस्टीट्यूट ऑफ नैनो साइंस एंड टेक्नोलॉजी-आईएनएसटी), मोहाली के शोधकर्ताओं ने उच्च ईए चरण का निर्माण (इंजीनियर) करने के लिए ट्यूनेबल पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ) माइक्रोस्फियर को संश्लेषित करने के लिए ऑफ-चिप थर्मल पोलीमराइजेशन तकनीक के साथ मिलकर ड्रॉपलेट माइक्रोफ्लुइडिक्स तकनीक प्रस्तुत की है। प्राप्त सूक्ष्ममंडलों (माइक्रोस्फीयर्स) ने संकीर्ण आकार के वितरण के साथ एकरूपता और एकरूपता प्रदर्शित की।
माइक्रोस्फीयर के उच्च ईए चरण को माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस में तेल और पॉलिमर समाधान की प्रवाह दर के माध्यम से इंजीनियर किया गया था और माइक्रोस्फीयर की पीजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया को सत्यापित करने के लिए व्यापक लक्षण वर्णन किया गया था।
टीम सूक्ष्ममंडलों (माइक्रोस्फीयर्स) में एकरूपता और आकार नियंत्रण (126-754 µm) लेकर आई। प्रवाह दर को समायोजित करके और प्रतिक्रिया तापमान को अनुकूलित करके, ईए चरण को लगभग 82% तक बढ़ाया गया था। इसके अतिरिक्त, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) का उपयोग माइक्रोस्फीयर व्यास और चरणों के लिए सटीक पूर्वानुमानों को सक्षम करने में एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में किया गया था, जिससे माइक्रोफ्लुइडिक्स में ड्रॉपलेट उत्पादन से पहले व्यापक प्रयोगशाला अनुकूलन की आवश्यकता कम हो गई। यह कार्य हाल ही में केमिकल इंजीनियरिंग जर्नल, एल्सेवियर में प्रकाशित हुआ था।
अवधारणा के प्रमाण के रूप में, शोधकर्ताओं ने एक लचीले पीजोइलेक्ट्रिक उपकरण के विकास में पीवीडीएफ माइक्रोस्फीयर के अनुप्रयोग का पता लगाया, जो प्रयोग के अनुकूल वस्तुओं के माध्यम से मानव शरीर के विभिन्न हिस्सों जैसे कोहनी, घुटने आदि के साथ सहजता से एकीकृत हो सकता है। इसमें शरीर की विशिष्ट गति के आधार पर अलग-अलग दरों पर संपीड़न की अलग-अलग अवस्था (डिग्री) से गुजरना पड़ता है, जिससे शरीर की गतिविधियों से उस उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग होता है जो अन्यथा बर्बाद हो जाती है। यह उत्पन्न विद्युत प्रतिक्रिया पर्याप्त सिद्ध हुई, जिससे कम-शक्ति वाले उपकरणों को संचालित करने के लिए पर्याप्त आउटपुट वोल्टेज (लगभग 23V) प्रदान किया गया।
अनुप्रयोग अनुकूल उपकरणों में इस तकनीक का एकीकरण मानव गति से कुशल ऊर्जा संचयन के लिए नए रास्ते खोलता है, जिससे टिकाऊ और आत्मनिर्भर पहनने योग्य उपकरणों का मार्ग प्रशस्त होता है। यह विधि सरलता, लागत-प्रभावशीलता, उच्च दक्षता और नियंत्रण सहित कई लाभ प्रदान करती है, जो इसे जैवचिकित्सकीय (बायोमेडिकल) क्षेत्र, स्व-संचालित उपकरणों और उससे आगे के अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण बनाती है। यह अनुसंधान बुद्धिमान सामग्रियों के विकास को बढ़ावा देने वाले माइक्रोफ्लुइडिक्स, पॉलिमर विज्ञान और एआई की सहयोगात्मक क्षमता पर प्रकाश डालता है।
चित्र: निष्पादित समग्र कार्य और उसके योजनाबद्ध अनुप्रयोग
चित्र: ऑफ-चिप थर्मल पोलीमराइजेशन तकनीक का उपयोग करके एक माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस में पीवीडीएफ माइक्रोपार्टिकल्स की योजनाबद्ध प्रसंस्करण योजना
चित्र: डिजिटल छवियां (ए) माइक्रोचैनल की दृश्यता बढ़ाने के लिए रंजक (डाई) से युक्त एक माइक्रोरिएक्टर और (बी) पीवीडीएफ माइक्रोपार्टिकल्स को दर्शाती हैं
