斯坦福大學(xué)的工程師們構(gòu)建出了一種塑料“皮膚”，可以檢測出施加給它的壓力，及生成電信號將這種感覺輸入信號直接傳遞至活體腦細(xì)胞中。

斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授鮑哲楠（Zhenan Bao）投入了十年時(shí)間來試圖開發(fā)出一種材料，模擬皮膚能彎曲和愈合的能力，同時(shí)也可充當(dāng)傳感網(wǎng)將觸覺、溫度和疼痛信號傳送至大腦。她希望最終能夠構(gòu)建出一種植入傳感器的靈活的電子織物，可以覆蓋在假肢上，復(fù)制出皮膚的一些感覺功能。

鮑哲楠的研究工作發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》（Science）雜志上，朝著復(fù)制出觸覺的一個(gè)方面——使得我們能夠區(qū)分出無力握手和用力握手之間壓力差別的感覺機(jī)制這一目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。

鮑哲楠說：“這是第一次一種靈活的、皮膚樣的材料能夠檢測到壓力，并將信號傳送給神經(jīng)系統(tǒng)的組件。”

這一技術(shù)的核心是一個(gè)雙層的塑料結(jié)構(gòu)：頂層建立感覺機(jī)制，有一個(gè)感受器可檢測從輕微的敲指到有力握手與人類皮膚相同范圍上的壓力；底層充當(dāng)回路傳送電信號并將它們轉(zhuǎn)換為與神經(jīng)細(xì)胞兼容的生物化學(xué)刺激。

研究小組利用斯坦福生物工程系教授、光遺傳學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)Karl Deisseroth開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，證實(shí)了生物神經(jīng)元能夠識別人工皮膚發(fā)送的電信號。研究人員通過生物工程改造細(xì)胞使得它們對特定的光頻率敏感，隨后利用了光脈沖來開關(guān)細(xì)胞。

為了開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，研究人員成功改造了一系列的神經(jīng)元來模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。她們將來自人造皮膚的電壓力信號轉(zhuǎn)換為光脈沖，后者激活神經(jīng)元，證實(shí)了人造皮膚可以生成與神經(jīng)細(xì)胞兼容的感覺輸出信號。

鮑哲楠說，光遺傳學(xué)只是用來作為一種技術(shù)性驗(yàn)證測試，還有可能在真正的假肢裝置中使用其他方法來刺激神經(jīng)元。鮑哲楠研究組已與斯坦福大學(xué)化學(xué)副教授Bianxiao Cui進(jìn)行合作，并證實(shí)了利用電脈沖來直接刺激神經(jīng)元是有可能的。

鮑哲楠的研究小組設(shè)想開發(fā)出不同的傳感器來復(fù)制區(qū)別燈芯絨和絲綢，或一杯冷水與一杯熱咖啡的能力。這將需要時(shí)間。人類的手具有6種生物傳感機(jī)制，Science論文描述的實(shí)驗(yàn)成功地涉及了其中一種機(jī)制。

當(dāng)前的雙層方法意味著隨著開發(fā)新的機(jī)制，研究小組可以增加感覺。鮑哲楠說：“要將之從實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用我們還有許多工作要做。而在投入多年時(shí)間從事這項(xiàng)工作后，我看到了一條我們可以獲得人造皮膚的清晰道路。”