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智能紡織品--擁有果凍狀的柔性、具有生物相容性的智能皮膚
集萃印花網(wǎng)  2022-08-03

【集萃網(wǎng)觀察】

在尋求建立模仿自然皮膚傳感能力的智能皮膚的過程中,離子皮膚顯示出了顯著的優(yōu)勢。它們由柔韌的生物相容性水凝膠制成,與塑料和金屬制成的智能皮膚相比,水凝膠具有天然皮膚的柔軟性。這為安裝它們的假肢或機器人手提供了更自然的感覺,并使它們佩戴舒適。

這些水凝膠在被觸摸時可以產(chǎn)生電壓,但科學(xué)家們并不清楚如何產(chǎn)生電壓——直到不列顛哥倫比亞大學(xué)的一組研究人員設(shè)計了一個獨特的實驗。

“水凝膠傳感器的工作原理是,它們對壓力或觸摸等刺激做出反應(yīng),產(chǎn)生電壓和電流——我們稱之為壓電效應(yīng),”該研究的主要作者森英士·多巴希說,他在UBC大學(xué)攻讀生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位時開始了這項工作!拔覀儾恢肋@些電壓是如何產(chǎn)生的!

在UBC研究人員約翰·麥登博士的指導(dǎo)下,Dobashi設(shè)計了水凝膠傳感器,其中含有不同大小的正負(fù)離子鹽。他和UBC大學(xué)物理系和化學(xué)系的合作者應(yīng)用磁場來精確跟蹤當(dāng)壓力施加到傳感器上時離子是如何運動的。

“當(dāng)對凝膠施加壓力時,它會以不同的速度將液體中的離子分散開,從而產(chǎn)生電信號,”Dobashi說。往往較小的正離子比較大的負(fù)離子移動得快。這會導(dǎo)致不均勻的離子分布,從而產(chǎn)生電場,這就是壓電傳感器的工作原理!

這項研究的主要作者,森英士·多巴西,作為他在UBC大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位的一部分,開始了這項工作。

研究人員表示,這一新知識證實了水凝膠的工作方式與人類檢測壓力的方式類似,也是通過移動離子來響應(yīng)壓力,激發(fā)了離子皮膚的潛在新應(yīng)用。

研究人員使用果凍甜點來演示離子如何在水凝膠中運動。

“明顯的應(yīng)用是創(chuàng)造直接與細胞和神經(jīng)系統(tǒng)互動的傳感器,因為電壓、電流和響應(yīng)時間就像細胞膜上的一樣,”UBC應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的電子和計算機工程教授馬登博士說!爱(dāng)我們將傳感器連接到神經(jīng)時,它會在神經(jīng)中產(chǎn)生信號。反過來,神經(jīng)激活肌肉收縮。

“你可以想象一個覆蓋著離子皮膚的假肢。皮膚通過觸摸或壓力感知物體,通過神經(jīng)將信息傳遞給大腦,然后大腦激活舉起或握住物體所需的電機。隨著傳感器皮膚和與神經(jīng)接口的進一步發(fā)展,這種仿生接口是可以想象的!

另一個應(yīng)用是佩戴在皮膚上的柔軟水凝膠傳感器,它可以監(jiān)測患者的生命體征,同時完全不引人注目,并產(chǎn)生自己的能量。

“我們可以想象未來膠狀‘離子電子學(xué)’被用于人體植入,”馬登說。“可以植入人工關(guān)節(jié),不用擔(dān)心人體內(nèi)部的排斥。離子設(shè)備可以作為人工膝關(guān)節(jié)軟骨的一部分,增加一個智能傳感元件。例如,壓電離子凝膠植入物可能會根據(jù)它感應(yīng)到的壓力釋放藥物!

他補充說,智能皮膚的市場估計為45億美元,并且還在繼續(xù)增長。

“智能皮膚可以集成到衣服中,也可以直接放在皮膚上,離子皮膚是可以進一步發(fā)展的技術(shù)之一。

來源:NTMT紡織新材料

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