模擬人體離子傳輸機製 仿生皮膚可進行自我愈合
一段軟質材料被刀割破,室溫條件下放置一小時後,經測試,其力學性能可恢複至原始狀態的91%……jinri,zhongguokexueyuanningbocailiaojishuyugongchengyanjiusuoshengwujigaofenzicailiaotuanduiyuhanguohanyangdaxueyijihanguozhongnandaxuedekeyantuanduigongtonghezuo,kaifachuyizhong“超靈敏且可自我修複的離子皮膚”。相關論文在線發表於《自然·通訊》上。
“這項研究成果模擬了類似生物觸覺細胞的離子信號傳輸係統,根據力的變化控製離子導體內部的離子分布,最大限度地提高觸覺感知。”論文通訊作者、中(zhong)科(ke)院(yuan)寧(ning)波(bo)材(cai)料(liao)所(suo)應(ying)鄔(wu)彬(bin)副(fu)研(yan)究(jiu)員(yuan)介(jie)紹(shao),非(fei)常(chang)有(you)意(yi)義(yi)的(de)是(shi),它(ta)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)同(tong)時(shi)恢(hui)複(fu)傷(shang)口(kou)和(he)觸(chu)覺(jiao)功(gong)能(neng)的(de)離(li)子(zi)皮(pi)膚(fu)技(ji)術(shu)的(de)新(xin)概(gai)念(nian),可(ke)用(yong)於(yu)人(ren)類(lei)義(yi)肢(zhi)皮(pi)膚(fu)或(huo)者(zhe)機(ji)器(qi)人(ren)皮(pi)膚(fu),尤(you)其(qi)是(shi)應(ying)用(yong)於(yu)可(ke)穿(chuan)戴(dai)醫(yi)療(liao)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)人(ren)機(ji)接(jie)口(kou)。
受人類皮膚感知結構的啟發,國內外科學家此前曾開發出若幹種具有離子傳輸機製的離子皮膚,並應用於遙控器、傳感器等機械設備。相關材料雖然具有高抗幹擾性、出色的空間分辨率以及對靜態和動態刺激的響應能力,但容易受到持續磨損,引起意外機械損傷,導致功能中斷或設備壽命減少。
是否可以參照人類皮膚,賦予離子皮膚自我修複能力,從而確保相應設備的穩定性和使用壽命?
應鄔彬介紹,電子皮膚2021年的市場規模為63億美元,市場預計年複合增長率為21.1%。離子皮膚是電子皮膚的下一代產品,目前還處於研發階段。
此ci次ci研yan究jiu中zhong,聯lian合he團tuan隊dui根gen據ju觸chu覺jiao細xi胞bao的de機ji械xie刺ci激ji響xiang應ying原yuan理li,模mo擬ni真zhen實shi人ren體ti皮pi膚fu的de自zi愈yu功gong能neng和he生sheng物wu離li子zi信xin號hao傳chuan遞di機ji製zhi,設she計ji合he成cheng了le一yi種zhong含han有you動dong態tai二er硫liu鍵jian功gong能neng基ji團tuan和he氯lv取qu代dai基ji的de新xin型xing熱re塑su性xing聚ju氨an酯zhi材cai料liao。
zaicijichushang,tamenyiliziyetizuoweixinhaochuanshujiezhi,tianchongruzheyiresuxingjuanzhicailiaohou,kaifachulexinxingdelizidaoti,bingyiyinnamixianweirouxingdianji,juanzhiweifengzhuangcailiao,zuzhuangchengmubiaolizipifu。
“動dong態tai二er硫liu鍵jian具ju有you鍵jian交jiao換huan作zuo用yong,哪na怕pa在zai室shi溫wen下xia也ye可ke以yi進jin行xing。材cai料liao出chu現xian破po損sun時shi,鍵jian交jiao換huan作zuo用yong會hui拉la近jin分fen子zi鏈lian的de距ju離li並bing讓rang其qi重zhong新xin堆dui疊die在zai一yi起qi,宏hong觀guan上shang也ye就jiu表biao現xian出chu自zi愈yu合he的de現xian象xiang,靈ling敏min的de觸chu覺jiao功gong能neng也ye可ke以yi隨sui著zhe傷shang口kou愈yu合he而er恢hui複fu。”yingwubinjieshao,tongguojixiecijigaibianlvqudaijiyuliziyetizhijiankenidelizioujixianghuzuoyong,nenggouyouxiaotigaojishidianronghechushidianrongdechazhi,congertigaolingmindu。
“這項工作是之前‘仿真肌肉’工作的進階,更接近人體的感受機製,離柔性的人機接口更近了一步。”應鄔彬介紹。
此前,中科院寧波材料所生物基高分子材料團隊曾開發過一種新型聚氨酯(DA-PU)材料,即“仿真肌肉”,適合用作可拉伸電子產品的彈性基體,可確保電子器件在複雜環境下仍能穩定工作。不過,“仿真肌肉”沒有用到離子傳輸機製,而是用到電子傳輸機製。電子和人體的離子不匹配,在人體的應用上有局限。
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