Растяжимые наноленты из кремния позволили создать искусственную кожу (original) (raw)
Растяжимые наноленты из кремния позволили создать искусственную кожу
| 
Протез руки, на поверхности которого размещена искусственная кожа, созданная корейскими специалистами. (кликните картинку для увеличения) | |
| -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | |
Исследователи из Кореи создали новый тип «умной» искусственной кожи на основе кремниевых нанолент. Кожа позволяет ощущать напряжение, давление, температуру и влажность. Покрытие, которое содержит растягиваемые микроэлектродные массивы, в перспективе может использоваться для протезирования и в робототехнике.
Исследовательские группы из разных точек мира добились больших успехов, создавая роботизированные руки и ноги, содержащие механические двигатели и приводы. Но еще одна важная тенденция – разработка так называемой электронной кожи и попытки соединения ее с периферической нервной системой человека, чтобы пациенты с ампутированными конечностями могли ощущать внешние раздражители. Подобные покрытия должны быть в состоянии обрабатывать данные, принимать команды из моторной коры головного мозга, а затем передавать сигналы через нервы к роботизированным конечностям. Несмотря на то, что ученые продвинулись довольно далеко в понимании нейронных цепей, воспроизводство подобных схем в искусственной коже для протезирования все еще остается сложной задачей. Поэтому большинство инвалидов с ампутированными конечностями сегодня носят протезы по чисто косметическим причинам или в качестве вспомогательного элемента для движения, а не в качестве функциональных заменителей природных конечностей.
Одной из основных проблем является то, что искусственная кожа должна быть тонкой и достаточно гибкой, чтобы хорошо оборачиваться вокруг криволинейных поверхностей, например, пальцев. Кроме того, она должна сопрягаться с мягкой биологической тканью без повреждения последней. Совмещение этих условий в одном материале чрезвычайно сложно, поскольку большинство материалов, используемых в современной электронике (таких, как кремний), довольно хрупкие и твердые.
Для преодоления технологического разрыва между настоящей и искусственной кожей уже создано множество гибких и растяжимых тактильных датчиков, основанных на различных микро- и наноматериалах. В первую очередь это чувствительные к давлению каучуки, использующиеся в качестве резистивных элементов, которые отвечают на деформации растяжения. Также стоит упомянуть транзисторы, сформированные на основе наноматериалов, несмотря на то, что они далеки от совершенства с точки зрения времени реакции на воздействие. В этом отношении наилучший результат показывают монокристаллические кремниевые датчики на эластомерах, которые уже используются для фиксации движения пальцев и запястья. Тем не менее, до сих пор ни одно из перечисленных устройств не дает возможность почувствовать пациентам давление, температуру и влажность одновременно (за счет сопряжения с электрорезистивными термическими приводами).
В отличие от перечисленных выше устройств искусственная кожа, созданная группой ученых из Seoul National University (Корея) из мягкого эластомера, содержащего массивы кремниевых нанолент и растяжимые нагревательные элементы, ведет себя практически, как настоящая. Она содержит многочисленные массивы датчиков, которые могут растягиваться так же, как это делает человеческая кожа. Некоторые фрагменты этого покрытия растягиваются всего на 1%, однако остальные тянутся до 20%.
Исследователи также показали, что созданная ими кожа может быть подключена к периферическим нервам при помощи ультратонких массивов электродов с наночастицами церия для уменьшения воспалительных реакций (это было доказано в опытах на мышах). Таким образом, протез, покрытый такой кожей, позволит пациенту по-настоящему чувствовать внешние раздражители.
Ученым уже удалось покрыть сформированной искусственной кожей протез руки, а также, как было отмечено выше, подключить сенсоры к периферическим нервам в мышечных тканях крыс. Следующим шагом будет проба технологии на более крупных животных.
Подробные результаты научной группы опубликованы в журнале Nature Communications.
Также по теме:
- Представления о плане строения тела человека, заложенные в головном мозге, можно целенаправленно изменить, или третья рука – это не просто иллюзия
- Врачи научились выращивать волокна нервной ткани!
- Наносферы помогут улучшить характеристики солнечных батарей
- Ученые создали эластичный кремний
- Наномембраны из кремния могут обеспечить восстановление утраченной чувствительности пальцев и множество интересных дополнительных функций
Источники: