您的位置:beat365亚洲官方网站 > 生命科学 > 新技术可让“人造皮肤”有感应

新技术可让“人造皮肤”有感应

2019-11-07 09:01

新华社华盛顿2月2日电美国和加拿大两国研究人员开发出一种用新材料技术打造的感应器,有望用于制造“人造皮肤”,未来让烧伤患者和假肢使用者重新“感受”世界。

两年前,该团队在患者残留手臂内通常会把手部感官信息传递给大脑的三根主神经周围植入了一圈环状电极。每一圈环状电极包含了8个电极,它们能分别刺激不同部位的神经。这些电极经过导线与一台通过一连串电脉冲制造刺激的机器相连,再将该装置与患者已经在使用的假肢连在一起。

新技术可让“人造皮肤”有感应

现在,美国俄亥俄州退伍军人事务部克利夫兰路易斯·斯托克斯医疗中心的达斯汀·泰勒及其同事已经找到了一种方法,可以向两位在工业事故中失去手的患者传达长期有效的逼真触觉,例如接触卫生棉签或水滴的感觉。

beat365亚洲官方网站,研究人员希望该装备能帮助烧伤患者和假肢使用者等重新感知外部环境刺激,并为在高磁场环境中作业的人对可能存在的磁场辐射发出预警。

研究小组曾尝试通过向患者的残留肢体输送振动,从而人为制造出与假肢所受到的压力相同的压力感。但这种方法被证明弊大于利。人们也尝试过给残留的神经内部接上电极,但它们所产生的刺痛感只能持续数周,之后便逐渐减弱。

近日发表在美国《先进材料》杂志上的研究显示,这种由纳米粒子组成的感应器可以监测到来自外界的压力、磁场和声波及其他一些异常状况,并相应产生不同电流变化。

长期以来,多个研究团队一直试图为假肢佩戴者恢复触觉。例如,两年前,美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的研究人员报告说,通过在假手使用者的手臂外围神经中连接压力传感器从而使其获得了触觉。

皮肤能感知压力、热、冷和振动,从而帮助人们避免挤压、烫伤、冻伤等危险,这些功能经常被正常人忽略,但对于由于烧伤患者等丧失了皮肤感知功能的人而言,不能感知外界环境或刺激会导致他们无意中受伤。

为了展开进一步的研究,该研究团队试验了利用不同频率和强度的电脉冲来制造刺激的情形。在进行了相当数量的反复试验后,研究团队推断出了产生多种逼真触觉——例如手指压在圆珠笔尖上、敲击手指、用棉签轻轻摩擦皮肤,甚至水滴滴落到手背上的感觉——所需的电极刺激类型。

研究显示,硅胶管受到压力碰撞时,会产生电流变化,而行走、奔跑、跳跃和游泳等不同动作会产生不同的电流变化。另外,声波和磁场也可导致电流变化。

借助一种叫光遗传学的技术,研究人员改造了实验鼠的大脑神经细胞,使得人造皮肤能够向这种改造后的细胞传递电信号。

美国康涅狄格大学和加拿大多伦多大学研究团队使用一个用铜线包裹的硅胶管,管里填充由铁氧化物微粒组成的特殊液体,这些微粒大小只有十亿分之一米,它们在硅胶管内部摩擦从而产生电流,外部的铜线可以捕获这些电流信号。

当人体中的机械性感受器感受到压力后,它们会发送一股神经脉冲;压力越大,脉冲频率越高。而之前的触觉传感器在更大的压力下会产生更强的电信号,而不是高频脉冲流。电信号必须被发送到另一个处理芯片,该处理芯片将信号的强度转换成一个数字脉冲流,然后才被发送到周围神经或脑组织中去。

鲍哲南说,压力传感器的一个难点就是感知微小力量,而他们开发的人造皮肤连一粒大麦、一小粒食盐、一只蝴蝶造成的压力都可以感知。其工作原理是压力越大,与电极的接触面积越大,从而导电性能越好,借此可感知压力的变化。研究人员下一步将研制可以感知温度、痛觉等感觉的传感器。

据英国《新科学家》周刊网站10月8日报道,美国科学家研制的人造假肢,第一次让失去手的人能重温我们往往习以为常的自然触觉。这种感觉如此真实,以至于一名男子在戴着该装置做完试验后离开实验室时表示,这就像是把自己的手留在了实验室。

伊利诺伊大学香槟分校从事柔性电子研究的化学家JohnRogers表示:“很高兴看到此类研究朝着这个方向发展,这篇论文令人印象深刻。”

本文由beat365亚洲官方网站发布于生命科学,转载请注明出处:新技术可让“人造皮肤”有感应

关键词:

  • 上一篇:没有了
  • 下一篇:没有了