皮肤有哪些感受器?
皮肤有冷、热、痛、触觉等感受器。每平方厘米皮肤有10个冷、热感受器 对于天气的波动,人们总是能够很敏感地表现出来,南京信息工程大学的专家告诉记者,人体对于天气变化的反应是非常敏感的,因为大约每个平方厘米人体皮肤上有10个冷觉和热觉感受器,能够感受到0.003℃的皮肤温度变化(人体的皮肤温度变化并不一定直接对应监测到的温度数据,它同时和风、湿度、温度等多个条件有关)。 通过它感知的这个变化,促使代谢发生变化,保持人体体液的平衡,比如炎热天气时,血红蛋白的含量会升高,白蛋白的含量会变低,丙种球蛋白含量变低,甲状腺活动变得迟缓,正是这样的身体调节功能,使人体能够在天气变化时能基本保持平衡,然而当这样的平衡系统一旦发生故障,某些疾病就可能在“不适”条件下发生。皮肤有触觉感受器,受到刺激会将兴奋通过神经传到大脑形成触觉。在你皮肤上的不同部位标上记号。新奇的“电子皮肤”是什么样的?
据国外媒体报道,美研究人员利用碳纳米管溶液成功研制柔软有弹性的“电子皮肤”,该电子皮肤传感器能够感受到触摸的感觉,灵敏度是以前的纳米丝为基础的电子皮肤的三倍。此技术使科学家未来有望制造成本低廉的柔软而有弹性的智能型塑料电子设备。
许多行业都希望创造出柔软而有弹性的电子产品,但要制造这类设备,首先要有合适的底板。如果将电子电路压印在柔韧和有弹性的底板上,将彻底改变一些行业,并使“智能设备”无处不在。其中已设想的应用包括,可以检测变质与否的食品包装;可以治疗感染的医用绷带;可以监视表面裂缝和其它结构损坏的涂料;可以像纸一样折叠起来的电子屏;从太阳能到起搏器,到服装,这些智能应用就是所谓的“塑料电子”:柔软而有弹性。合适的底板必须以具有成本效益的方式大规模生产。
美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人员已经开发出一种新的可行性技术,能以较低成本大规模地生产柔性底板。新技术利用半导体浓缩碳纳米管溶液生成了具有优良电属性的薄膜晶体管网。研究人员用浓缩到 99%的半导体单壁碳纳米管溶液作底层,再结合一种高弹性的聚酰亚胺聚合物作基底,基底用激光切成边长3.3毫米的六边形蜂窝图案,然后将硅和氧化铝层沉积到基底上,底板就做成了。为了证明他们的碳纳米管底板的效用,研究人员还制造了一个电子皮肤传感器,能够感受到触摸的感觉。
加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学系教授阿里·杰维(Ali Javey)说:“我们研制了柔软有弹性的底板,将完全钝化、高度统一的薄膜晶体管阵列,均匀地覆盖在约56平方厘米的底板上。这项技术再与金属喷墨打印相结合,在未来可制造成本低廉的柔韧而有弹性的电子设备。”
随着塑料电子产品的需求增加,过去十年中在这方面的研究和发展一直在紧锣密鼓地进行着。出现了单壁碳纳米管,作为塑料电子产品的顶级半导体材料,主要是因为它们具有流动性高的电子,可衡量一个半导体导电的速度有多快。然而,单壁碳纳米管可以采取半导体或金属的形式,一个典型的单壁碳纳米管包括三分之二的半导体和三分之一的金属管。这种混合产生的纳米管网显示比较低的开/关电流比率(on/off ratio ),这成为电子应用领域的重大问题。此项研究报告的首席作者塔卡哈斯(Takahashi) 说:“在电子设备中,要求开/关电流比率越高越好,这样传感器的像素就越清晰。而99%的高纯度提供了高达 100的开/关电流比率。”
为了研制底板,该研究小组采用了单壁碳纳米管的解决方案。高强度的聚合物具有卓越的柔韧灵活性,激光切割的基板,以及可拉伸的六边形孔蜂窝图案。塔卡哈斯说:“在某种程度上基板可以拉长60%。在未来,伸展性和方向性的程度,应通过改变孔的大小或优化网格设计的可调参数。”由此产生的单壁碳纳米管薄膜晶体管底板被用来创建电子皮肤。电子皮肤由96个传感器像素阵列组成,每个像素由一个单一的薄膜晶体管控制,能感知24平方厘米范围的空间压力分布。该电子皮肤可觉察0—15千帕的压力。
塔卡哈斯说:“该电子皮肤的灵敏度比该实验室去年研发的纳米线电子皮肤传感器提高了三倍,这是因为提高了单壁碳纳米管设备的灵敏度,在未来,我们应该能够提高我们的底板技术,通过添加各种传感器或其它功能组件来拓展这种底板的应用,有望研发多功能的人造皮肤。此外,单壁碳纳米管的底板可用于研制柔性显示器。”
科学家发明新型“纹身墨水”皮肤传感器的作用是什么?
麻省理工学院的科学家们发明了一种3D打印技术,它使用一种由基因编程的活细胞制成的新型墨水。这些细胞被设计为响应各种刺激而发光。当与水凝胶和营养物质混合时,细胞可以被逐层打印,形成三维的、交互式的结构和设备。
生物纹身
随后,研究小组通过打印一个“活的纹身”演示了这项技术。这是一种透明的贴片,图案上有活的细菌细胞,形状像一棵树。树的每一根分枝都衬有对不同的化学或分子化合物敏感的细胞。当贴片粘附在暴露于同一化合物的皮肤上时,树的相应区域就会亮起来。
研究团队的首席科学家是机械工程系的赵轩和(音)教授和蒂莫西-陆副教授,他们的技术可以用来制造“可穿戴式传感器和互动展示活动”的材料。这种材料可以用活细胞来设计,以检测环境化学物质和污染物以及酸碱度和温度的变化。
研究小组成员
更重要的是,利用生物工程、电气工程和计算机科学的相应技术,通过预测细胞之间的相互作用来生成一个运算模型,研究人员可以使用该模型作为设计反应性生活材料的手段。
研究小组在《先进材料》这一科学杂志上发表了他们的实验结果,论文的共同作者有研究生柳辛月(音),徐贤宇(音),林邵婷(音),以及来自德国的阿尔伯-托拉达和博士后努涅斯-凯撒-德拉富恩特等人。
科学家们认为,在不久的将来,随着生物技术和3D打印技术的发展,有望实现直接在皮肤上打印电路图,可实现多种应用,甚至取代传统的计算机。