可剥落的表皮电子设备
让纹身永远停留在身上并非好选择,能随时剥落的纹身才是人们的心头所好。今年10月份,美国伊利诺斯大学的科学家们宣布,他们新研制出了一种可剥落的表皮电路,其可像临时纹身一样附着于皮肤之上,这种小型电路也能随皮肤而弯曲和拉伸,可用来测量心率、肌肉活动、脑电波等生命体征,让医院不再需要对病人进行监护所使用的笨重电极。该装置还可用做电子绷带来加速伤口的愈合,用于烧伤以及其他皮肤疾病;它甚至还可为人造义肢带来触觉。
该装置的中层由感应器、电子原件、电源及发光元件所需要的金属、半导体和绝缘体成分组成,该设计将所有这些必需的元件挤压到一个超薄层中,其厚度大约为人的一根头发。
这种电子皮肤位于一层橡胶样的聚酯之上,它具有的力学性质与自然皮肤的力学性质非常匹配。该装置通过纯粹的吸力黏附在皮肤上,这种被称作范德华力的微弱力量是存在于相同物质分子间的引力,它不会干扰正常的皮肤运动,因此,可像临时纹身一样用于皮肤。
批量生产人造皮肤
烧伤病患和其他病人需要的皮肤要么是接受移植而来;要么剜肉补疮,从自己身体的其他组织处获得,然而,皮肤移植是个非常痛苦且危险的过程,而且效率也不高。因此,人们迫切希望能有一种可用的、容易移植的人造皮肤。现在,德国研究人员表示,他们已经找到了大量制造出这种皮肤的方法。
在德国弗劳恩霍夫表面工程与生物技术研究所,科学家们建造了一个新的皮肤工厂,该工厂每月能制造出5000块硬币大小的白色的半透明组织。科学家们表示,他们也能够制造出棕色的皮肤。整个皮肤制造过程由机器人控制,机器人监控细胞的液体培养基的情况并小心翼翼地切除色样以预防感染。
不过,到目前为止,这些物质还没有被用于皮肤移植,但科学家们表示,未来,他们可以通过简单的流水线制造出皮肤、气管等身体组织。这种皮肤目前主要用于化妆品检测。
借助其它动物生产人造皮肤
在培养皿中种植出人体组织听起来或许毫无吸引力,不过,人们正在考虑借用动物,制造出人造皮肤。
今年夏天,德国科学家提出,蜘蛛丝作为可生物兼容、可生物降解的基体胶液可用于皮肤修复。这些科学家使用金丝网蜘蛛的蜘蛛丝,在金属框架上编织皮肤模型,并使用纤维组织母细胞来孵化它们,这为身体连接组织提供了结构背景。这些研究人员在《公共科学图书馆—综合》杂志上撰文指出,通过朝这些模型中添加皮肤细胞前体,他们能制造出包含有真皮和表皮的人造皮肤。
其它动物的组织也可用作皮肤组织生长的基质,但蜘蛛丝比较简单,而且其生物降解能力强,因此,是一个很好的选择。
皮肤防弹不是梦
美国犹他州立大学的科学家兰迪·路易斯与同事最近发明了一种完全可进行商业化生产的新工艺,他们利用植入了蜘蛛基因的山羊和桑蚕,产出了“丝纤维”。
蛛丝是人们已知的最强韧的纤维,强度是钢的5倍。尽管路易斯等人制造出的“丝纤维”并没有那么柔韧,但其也比普通桑蚕纺出的丝要强韧许多。在路易斯的帮助下,荷兰艺术家贾里拉·埃塞迪进行了一项实验,用人体皮肤细胞和这种丝纤维编织出了一小片能防弹的皮肤。
埃塞迪最初想将路易斯发明的这种哺乳动物与蜘蛛的结合体身上的“怪诞因素”商业化。但路易斯没有足够多的“蛛羊丝”,于是,就给了她几卷桑蚕吐出的蚕丝,那些蚕丝是他用基因工程仿造“蛛羊”培育出的桑蚕吐出来的。
埃塞迪一开始打算将“防弹皮肤”绷在框架上,用0.22口径的子弹朝它开枪,但她最终决定将其放在荷兰法医研究所使用的一块特殊的凝胶块上来做这个实验。
她用高速相机拍下了子弹以减缓的速度穿透普通蚕丝织成的“皮肤”的过程,然后,再将路易斯给她的基因工程培育出的“蛛蚕丝”织成的一片织物嫁接在表皮与真皮之间,再进行同样的实验,结果发现,皮肤没有损伤。然后,她又用0.22口径的步枪进行同样的实验,子弹调整为正常速度,新皮肤仍毫发无损。
埃塞迪对用蛛丝制造盔甲这一念头极为入迷。她说:“如果人体皮肤能产生这种丝纤维,那我们不就可以防弹了吗?”
而路易斯则对这项研究在防弹领域的应用不那么热切,他说:“防弹马甲已经存在,这项发明更重大的意义在于医学方面。通过细胞培育可制造出大面积的人造皮肤,供外科医生用来覆盖大型伤口或治愈严重烧伤患者。”
路易斯表示,这项应用何时开始还说不准,因为还需要得到美国食品和药物管理局(FDA)的许可。但他希望在两年内进行动物实验,他也强调,此前已有科学研究证明,蜘蛛丝能够很好地与人体兼容。
路易斯表示,下一步将是制造出更多材料以测试什么细胞可以在其上生长,他说:“我们知道,有些皮肤细胞会在其上生长,但我们能让跟腱细胞和韧带细胞在其上生长吗?使用转基因丝或许更容易制造比跟腱或者韧带更好的材料。”
皮肤作为电子接口
科学家们也正在努力研究,试图将皮肤变成显示屏的接口。这些接口就像纳米粒子“纹身”一样,但不仅于此,诸如皮肤输入(Skinput)等设备将身体传感带到了另一个层次。
Skinput是由微软公司和美国卡内基梅隆大学的科学家合作研发的一种新科技,它能将手臂化为轻触式屏幕,可通过敲打皮肤,在手臂上打电话、上网及玩游戏等。
用户的手臂上会扣上设有声波感应器和影像显示器的手带。当用户触动手臂,或轻弹手指时,感应器会接收用户手臂不同位置发出的极低声波,随即透过蓝牙,将指令发至手机以及电脑等设备,影像显示器亦同时把影像投射至手臂上,令手臂摇身一变成为轻触式屏幕。
科学家们表示,正处于研发中的Skinput可用于控制音响装置、玩俄罗斯方块等简单游戏、打电话及使用简单的浏览程序。
此前,美国青蛙设计公司(Frog Design)设计出的一款名为“Dattoo”的设备可与人更加“亲密”。用户可以在自己的手臂上印上一预先设定大小的电子设备,该设备包括扬声器、麦克风、摄像头等工具。该设备也内置有用户的DNA,让人以最亲密的方式与设备相连。
科学家们认为,Dattoo设备就是一个临时性的“纹身”,其也能用于布料或其他材料的表面,但现在的问题是,它仍然还只是一个概念。
可拉伸、有触感、可传感……未来的人造皮肤可真不可小觑。不过,据10月23日的《自然·纳米技术》杂志报道,让人造电子皮肤最终拥有与人类皮肤同样的功能是鲍哲南的研究目标,但要达到这个目标,还需要增加温度、湿度等传感器,并能与神经细胞交流。她说:“现在的传感器还不能与神经细胞交流,还需要用电线与细胞连接起来,这些都是我们进一步努力的方向。”