원격 온도 모니터링

이 연구에서 연구자들은 근섬유의 휴식 전위가 -90mV에 도달할 수 있으므로 막 전위차를 극대화할 수 있다고 생각했습니다. 그들은 자체 구동 바이오센서 기술 구현의 타당성을 평가하기 위해 단독 근육 섬유의 막 잠재력을 활용하는 방법을 조사했습니다. 관심 온도의 생물학적 매개변수를 측정할 수 있는 무선 통신 시스템을 설계하기 위해 예비 LTspice 시뮬레이션이 사용되었습니다. 이를 위해 연구원들은 발진 주파수가 세포 온도에 따라 달라지는 RLC 회로를 모델링하고 최적화했습니다. 이를 통해 다양한 실험 조건에서 발바닥 근섬유로 직접 구동되는 온도 센서를 제작하고 테스트할 수 있어 전반적인 효율성과 신뢰성을 평가할 수 있습니다.

생체발전기 및 에너지 수확 회로

연구원들의 실험 설정을 통해 커패시터 C1의 변화를 활용하여 다양한 온도에서 감쇠된 발진 주파수를 활용할 수 있습니다. 골격근 섬유는 포유류 몸 전체에 존재하기 때문에 연구진의 방법을 사용하면 자가 전력 온도 센서를 인체 어느 곳에나 이식할 수 있습니다. 이를 통해 세포내 온도 변동에 대한 모니터링 및 이해가 용이해지며, 이는 악성 유방 종양의 확산-또는 표적 약물 전달을 위한 바이오{6}}로봇 통합과 같은 다양한 생물학적 과정에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

실험 설정

연구원들은 또한 생물학적 세포에서 생성되는 에너지에 대한 실험적 테스트를 수행했습니다. 그들은 생쥐에서 가자미 근육을 분리하고 단일 섬유에 세포내 전극을 삽입하여 세포막에서 전기 에너지를 직접 수확할 수 있는 가능성을 입증했습니다. 테스트하는 동안 그들은 -60mV의 전압과 2μJ의 전기 에너지를 수집했으며, 이는 1mF 커패시터에 저장되어 궁극적으로 수동 감지 장치에 전력을 공급하는 데 사용되었습니다. 연구자들은 골격근이 이전 연구에서 사용된 난모세포보다 훨씬 더 나은 성능을 발휘한다는 것을 입증했습니다.

가자미 근육 섬유를 통해 커패시터 충전

연구원들은 실험 결과를 RLC 회로 모델과 비교하여 측정된 데이터와 이론적 예측이 잘 일치함을 보여주었습니다. 그러나 광섬유에서 수집된 저전압은 무선 통신용 저전력 전자 인터페이스를 구현하는 데 문제가 될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 본 연구에서 제안하는 자율 온도 센서는 바이오{3}}생성 에너지 발전기에 연결된 특별히 선택된 저장 커패시터를 활용하고 근거리(10mm)에서 외부 수신기와 통신할 수 있습니다.

이 온도 센서는 일단 교정되면 실온부터 생물학적으로 관련된 온도(30도 ~ 50도)까지 160Hz 대역폭으로 온도 데이터를 전송합니다. 향후 소형화를 통해 더 높은-온도 감지 주파수가 가능해질 수 있지만 이를 위해서는 기생 저항과 추가 에너지 소실을 최소화하기 위해 전자 회로의 에너지 효율성을 신중하게 설계해야 합니다.