Elektrik-Elektronik

Gerinimi Ölçen, Renk Değiştiren Kompresyon Bandajı

Kompresyon uygulaması; venöz ülserler* ve damarların alt ekstremitelerde* kanı geri döndürmeye çalıştığı, diğer durumlardan muzdarip hastalar için standart bir tedavi şekli. Etkilenen ekstremitenin etrafına sıkıca sarılmış olan kompresyon çorapları ve bandajları kan akışını uyarmaya yardımcı olabilir. Ancak, bir bandajın belirli bir koşul için en uygun basıncı uygulayıp uygulamadığını ölçmenin açık bir yolu yoktur.

* Venöz ülseri; bacak toplardamarlarındaki yetmezlik nedeniyle genellikle ayak bileği çevresi ve bacakta açılan yaradır. Halk arasında varis yarası olarak da bilinmektedir. Bu yaralar genelde çok zor iyileşir ve tekrarlayabilir.

* Ekstremite; kollar ve bacaklar anlamına gelir. Alt ekstremiteler ve üst ekstremiteler şeklinde ikiye ayrılır.

MIT‘deki mühendisler bu sorunu çözmek için; tipik bir kompresyon bandajına dokunmuş basınç algılayıcı fotonik lifler geliştirdiler. Bandaj gerildikçe, liflerin rengi değişir. Sağlık çalışanı bir renk tablosu kullanarak, bandajı; hastanın bacağının etrafına sarmadan önce istenilen basınçla renk eşleşene kadar gerdirebilir.
Fotonik lifler, sürekli basınç sensörü olarak görev yapar. Şayet renk değişir yani, basınca uygun olan renk farklı olursa; sağlık çalışanı ya da hastalar, bandajın ne kadar gevşetilmesi veya sıkılması gerektiğini belirleyebilmek için renk şemasını baz alırlar.

MIT Makine Mühendisliği Yardımcı Doçenti Mathias Kolle: “Her yıl ABD’de yüzbinlerce hastayı etkileyen venöz ülserler de dahil olmak üzere, pek çok tıbbi rahatsızlığın tedavisinde baskıyı sağlamak, kritik önem taşıyor. Bu lifler, bandajın uyguladığı baskı hakkında bilgi sağlayabilir. Bunları, istenen belirli basınç için, elyaflarda kolayca ayırt edilebilen bir rengi yansıtacak şekilde tasarlayabiliriz.”

Kolle ve meslektaşları sonuçlarını Advanced Healthcare Materials Dergisi’nde yayınladılar.

 

Doğadan İlham

Fotonik liflerin rengi; herhangi bir intrensek pigmentasyondan (doğal yaşlanma-epidermisin kalınlaşması) değil, dikkatle tasarlanmış yapısal konfigürasyonlarından kaynaklanır. Her fiber; bir insan saçı çapının yaklaşık 10 katıdır. Araştırmacılar; jelly-roll-type (jöle rulo tipi) bir yapı oluşturabilmek için, yuvarladıkları ultra ince tabakaların saydam kauçuk malzemelerinden elyafı imal ettiler. Rulo içindeki her katman sadece birkaç yüz nanometre kalınlığındadır.

Bu yuvarlanmış konfigürasyonda, ışık; her bir katman arasındaki her bir arabirimi yansıtır. Yeterli kalın katmanları ile, bu yansımalar diğer renklerin parlaklığını azaltırken; görünür spektrumdaki bazı renkleri, örneğin kırmızıyı güçlendirmek için etkileşir. Bu, lifin içindeki tabakaların kalınlığına bağlı olarak, lifin belirli bir renkte görünmesini sağlar.

Sandt: “Yapısal renk gerçekten temiz; çünkü sadece şeffaf malzemelerin belirli düzenlemelerini kullanarak, mürekkeplerden veya boyalardan daha parlak, daha güçlü renkler elde edebilirsiniz. Bu renkler, yapı korunursa devam eder.”

Liflerin tasarımı; “enterferans” olarak bilinen bir optik fenomene dayanır. Buradaki periyodik ince ve saydam tabakalardan yansıyan ışık yığının geometrik parametrelerine ve malzeme bileşimine bağlı olarak, canlı renkler üretebilir. Optik parazit; yağlı su birikintilerinde ve sabun kabarcıkları içinde renkli kıvrımlar üreten şeydir. Tavus kuşları ve kelebeklerin tüylerinin ve kanatlarının benzer periyodik yapılardan oluşan, göz kamaştıran, değişen tonları veren de budur.

Kolle: “Benim ilgim, her zaman doğanın en göz kamaştırıcı ışık manipülasyon stratejilerinin kökeninde yatan, ilginç yapısal oluşumları almak; onları faydalı uygulamalarda yeniden yaratmayı ve bunları çalıştırmayı denemek oldu.”

MIT

Çok Katmanlı Yaklaşım

Takımın yaklaşımı; dinamik fotonik materyaller yaratmak için bilinen optik tasarım konseptlerini, yumuşak malzemelerle birleştiriyor.

Exeter Üniversitesi Biyofotonik Profesörü Pete Vukusic, son derece parlak mavi meyveler üreten tropikal bir bitki olan “margaritaria nobilis” üzerinde yaptığı çalışmalardan esinlenmiştir. Meyvenin kabuğu; periyodik bir selüloz yapısına sahip olan hücrelerden oluşur. Bu sayede ışığın yansıması metalik mavi rengin verilmesini sağlar.

“margaritaria nobilis” / useful tropical plants /mit

Kolle ve Vukusic birlikte; meyvenin fotonik mimarisini yararlı bir sentetik maddeye dönüştürmenin yollarını aradı. Sonunda; gerilebilir malzemelerden çok katmanlı elyaflar üretebildiler ve fiberlerin gerilmesinin; tek tek katmanların kalınlıklarını değiştireceğini ve liflerin rengini ayarlamasını sağladıklarını varsaydılar. Bu ilk çalışmaların sonuçları 2013 yılında Advanced Materials‘da yayınlandı.

Kolle, aynı yıl MIT fakültesine katıldığında, Sandt de dahil olmak üzere grubun çalışmaları; fotonik elyafın tasarımı ve üretimi üzerinde gelişti. Mevcut haliyle; fiberler, oldukça gerilebilir lif çekirdeklerinin etrafına sarılmış, yaygın olarak kullanılan ve yaygın olarak temin edilebilen şeffaf kauçuk tabakalardan yapılır. Sandt; her bir tabakayı, spin-kaplama kullanarak imal etti. Bu, çözelti içinde çözülmüş bir kauçuğun; bir çark üzerine döküldüğü tekniktir. Fazla malzeme çarkın dışına çekilir; ince, düzgün bir kaplama bırakılır, kalınlığı çark hızıyla belirlenebilir.

Elyaf üretimi için, Sandt bu iki tabakayı bir silikon gofret üzerinde suda çözünebilen bir filmin üzerine oluşturdu. Daha sonra, üç katmanlı su tabakasını çözmek için suya batırdı ve suyun üzerinde yüzen iki kauçuk tabakayı bıraktı. Son olarak, son renkli fotonik lifini üretmek için; iki şeffaf tabakayı, siyah bir kauçuk lifin etrafına doğru dikkatli bir şekilde yuvarladı.

MIT

Yansıtan Basınç

Ekip; fiber tasarımı için özelleştirilmiş standart optik modelleme yaklaşımlarını kullanarak, istenilen herhangi bir renk ayarını üretmek için, fiberlerin katmanlarının kalınlığını ayarlayabilir.

Renk değiştiren lifleri, teorik model kullanılarak; özel, gerilime bağlı bir renk değişkeni ile üreten ekip; daha sonra, bandaj gerildiğinde ürettiği basıncı belirlemek üzere karakterize ettiği, geleneksel kompresyon bandajın hizasında dikti.

Ekip; bandajın esnemesi ve basınç arasındaki ilişkiyi ve lif rengi ile gerinim arasındaki ilişkiyi kullanarak; lifin rengini, (belli bir miktar esneme ile üretilen) bandajın ürettiği basınca uydurmak için bir renk şeması çizdi.

Sandt ve Moudio bandajın etkinliğini test etmek için; bir çiftin üzerinde bacaklarına üç farklı kompresyon bandajı uygulamak için çalışan bir düzine öğrenci gönüllüye başvurdular: Düz bir bandaj, fotonik liflerle dişlere takılan bir bandaj ve piyasada satılan bir bandaj (desenli dikdörtgen bandaj)… Bu bandaj, optimal bir basınç uygulandığında; kullanıcıların dikdörtgenlerin kareye dönüştüğünü görecek şekilde tasarlanmıştır.

Genel olarak, fotonik liflerle dokunan bandaj; en net basınç geri bildirimini başarıyla verdi. Öğrenciler; liflerin rengini yorumlayabildiler ve renk şemasına dayalı olarak, diğer bandajlardan daha uygun olan bir basınç uyguladılar. Araştırmacılar artık fiber üretim sürecini ölçeklendirmenin yollarını arıyorlar. Şimdilerde ise; birkaç santim uzunluğunda lifler yapabiliyorlar. İdeal olarak, tek seferde bu tür liflerin metre ve hatta kilometrelerini üretmek istiyorlar.

Kolle: “Şu anda, lifler; çoğunlukla onları üretebilmek için fazla maliyetli… Malzemelerin kendileri çok fazla değil. Kilometrelerce lifleri üretmeyi göreceli olarak az iş ile çözebilseydik; o zaman daha az maliyetli olurdu.”

İleride bu tür lifler; atletik kıyafetler ve ayakkabılar gibi tekstil ürünleri ile birlikte, bandajlar halinde; egzersizler sırasında kas gerginliği için renk indikatörleri olarak da kullanılabilir. Kolle, aynı zamanda altyapı ve makine için “uzaktan okunabilir gerinim ölçer olarak da kullanılabileceğini öngörüyor.

Kaynak:
mit
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close