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人造電子皮膚破損后可自行修復(fù)

文章來源:全球醫(yī)療器械網(wǎng)發(fā)布日期:2023-06-05瀏覽次數(shù):60
核心提示:多層人造皮膚具有各自不同的功能層,每層薄至1微米,甚至更薄。10層或更多層堆疊在一起的厚度不超過一張紙。

據(jù)發(fā)表在新一期《科學(xué)》雜志上的論文報道,美國斯坦福大學(xué)研究人員展示了一種多層薄膜傳感器,這種人造電子皮膚可在愈合過程中自動重新排列。這是模仿人類皮膚的關(guān)鍵一步。這一進步預(yù)示著一個機器人和假肢新時代或?qū)⒌絹?,未來它們將擁有類似人類觸覺的自愈合成材料制造的“皮膚”。


斯坦福大學(xué)博士生克里斯·庫珀表示,人類皮膚有很多層,在愈合過程中分工相當(dāng)明確有序,每一層都會有選擇地自行愈合,以恢復(fù)整體功能。而新電子皮膚層可以模仿這一點,它也是由層組成的。它剛剛進化出免疫機制,通過涉及分子識別和信號傳遞的復(fù)雜過程,重建具有原始分層結(jié)構(gòu)的組織。


研究人員介紹說,多層人造皮膚具有各自不同的功能層,每層薄至1微米,甚至更薄。10層或更多層堆疊在一起的厚度不超過一張紙。有的層可能感覺到壓力,有的層感覺溫度,還有的層具有張力。不同層的材料可以被設(shè)計成具有感應(yīng)熱、機械或電氣變化的特性。


這種人造皮膚為何能自動重新修復(fù)?秘密就在每層的主干都是由長分子鏈組成的,這些長分子鏈通過動態(tài)氫鍵定期連接,就像將DNA鏈的雙螺旋連接在一起的分子鏈一樣,這使得材料可以重復(fù)拉伸而不會撕裂。


研究人員使用了聚丙二醇和聚二甲基硅氧烷,這兩種聚合物及其各自的復(fù)合材料是不混溶的,氫鍵使它們彼此很好地黏合在一起,從而創(chuàng)建了耐用的多層材料。


這兩種聚合物的優(yōu)點是,當(dāng)加熱時,它們會變軟并流動,但冷卻時會凝固。因此,通過加熱人造皮膚,研究人員能夠加快愈合過程。在室溫下,愈合可能需要長達一周的時間,但當(dāng)加熱到70℃時,約在24小時內(nèi)可愈合。經(jīng)過設(shè)計,這兩種材料在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)對外部應(yīng)力具有與真人皮膚一般的黏性和彈性。