新型電子皮膚可自修復(fù)5000多次用于假肢修復(fù)

北京時間 12 月 1 日消息，據(jù)國外媒體報道，目前，專家指出，現(xiàn)已研制出一種結(jié)實、有彈性、靈敏度較高的人造皮膚，可以自修復(fù) 5000 多次，未來可用于假肢修復(fù)。

它被稱為 “電子皮膚”，是由沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(xué)研制的。研究小組稱，未來這種電子皮膚可用于監(jiān)控人體健康或者建造飛機(jī)，因為它和人類皮膚一樣敏感。雖然這不是科學(xué)家第一次嘗試以電子方式復(fù)制人類皮膚，但之前的嘗試都無法與該產(chǎn)品相媲美。

電子皮膚可以感知 20 厘米范圍內(nèi)的物體，在 0.1 秒內(nèi)做出反應(yīng)，并自修復(fù) 5000 多次。研究報告作者蔡宜辰（音譯）稱，理想狀態(tài)下的電子皮膚應(yīng)該具有人類皮膚的許多自然功能，包括實時感知溫度和觸覺。

蔡宜辰說：“然而，要制造既能完成如此精細(xì)的任務(wù)，又能承受日常生活摩擦的柔性電子產(chǎn)品是一項重大挑戰(zhàn)，而且使用的每種材料都必須經(jīng)過精心設(shè)計?！?/p>

之前科學(xué)家復(fù)制人類皮膚的嘗試結(jié)合了活性納米材料傳感器層和附在皮膚上的彈性層，但是這兩層之間的連接通常太弱或者太強(qiáng)，很大程度上降低了耐用性、敏感性和靈活性，使電子皮膚更容易斷裂破損。

蔡宜辰稱，電子皮膚產(chǎn)品的發(fā)展日新月異，2D 傳感器的出現(xiàn)加速了這種原子結(jié)構(gòu)細(xì)薄、機(jī)械強(qiáng)度高的材料集成至具有功能性、耐用性的人造皮膚。

為了解決這個問題，研究人員使用一種由二氧化硅納米顆粒增強(qiáng)的水凝膠來創(chuàng)建它們的 “彈性表面”，并使用高導(dǎo)電納米線將其與 2D 碳化鈦 MXene 傳感器結(jié)合起來。研究報告合著作者沈杰（音譯）博士說：“水凝膠中 70% 以上是水，這使得它們與人類皮膚組織非常兼容?！?/p>

他們發(fā)現(xiàn)通過向所有方向預(yù)先拉伸水凝膠，然后應(yīng)用一層納米線并控制其釋放，他們創(chuàng)造了通往傳感器層的通路，即使該材料被拉伸至原來的 28 倍，傳感器層也不會受到破壞影響。研究人員稱，這種電子皮膚原型可以感知 20 厘米范圍內(nèi)的物體，并在 0.1 秒內(nèi)對相關(guān)刺激做出反應(yīng)。

與此同時，電子皮膚還具有較高的靈敏度，能區(qū)分在其表面書寫的筆跡，并承受 5000 多次變形，在大約 0.25 秒內(nèi)恢復(fù)。沈杰博士稱，電子皮膚在反復(fù)使用后還能保持韌性，這是一個驚人成就，可以模仿人類皮膚的彈性快速恢復(fù)。

這項最新發(fā)明可能有助于制造可監(jiān)測血壓變化在內(nèi)多種生物信息的假肢，這些信息可以通過無線網(wǎng)絡(luò)共享并存儲在云端平臺。研究報告合著作者董文華（音譯）說：“電子皮膚廣泛應(yīng)用的一個障礙在于高分辨?zhèn)鞲衅鞯臄U(kuò)大，然而激光輔助增材制造提供了新的應(yīng)用前景。”

然而，激光輔助增材制造提供了新的應(yīng)用前景，雖然電子皮膚第一個應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)療，但電子皮膚還將受益范圍更廣的產(chǎn)品，其中包括：監(jiān)測家具、飛機(jī)和建筑物的感應(yīng)帶。蔡宜辰說：“我們認(rèn)為這項技術(shù)的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止生物學(xué)，還將投入到許多領(lǐng)域。”
責(zé)任編輯：YYX