已知皮膚是人體最大的器官(guān),有保溫、感知溫度和壓力、排汗(hàn)等功能,富有彈性(xìng),還為人體提供一道屏障,隔絕多數有害的細菌、病毒、紫外線輻射等。目前科學家們正在努力研製出具有這些功能的人(rén)造皮膚,希望最(zuì)終用於人類假肢或機器人身上,今天小編就帶(dài)大家具體了解下人造(zào)皮膚的初衷由來與目前和(hé)人體皮膚相似的材料(liào)都有哪些。
前言:
為什麽科學家們要(yào)努力研製出具有這些功能的人造皮(pí)膚(fū)?初衷是什麽(me)?
①幫(bāng)助(zhù)改善人類(lèi)健康:通過研製人造(zào)皮膚(fū),可以提供更好的醫療解決方案,如用於藥物(wù)測試、促進傷口(kǒu)愈合、疾病治療等(děng)方麵,可以(yǐ)幫助科學家們更好地了解(jiě)皮膚的功能和疾病發展機製,從而改善人(rén)類健康(kāng)狀況。
②推動科學(xué)技術發展:研製人造皮(pí)膚需要跨學科合作,推動材(cái)料科學、生(shēng)物學、醫(yī)學(xué)等領域的發展,促進科學技術的進步。
③保健產品開發:人(rén)造皮膚可以用於測試化妝品、護膚品等保健產品(pǐn)的安全性和有效性,有(yǒu)助於開發更加安全、有效的產品。
④保護環境和動物:減(jiǎn)少對動物皮膚的需求(qiú),有(yǒu)助於保護動物和環境,推動可持續發展。
⑤探索未知領域:人造皮膚的研究也可以幫助科學家們更深入地了解皮膚的功能和機製,探索人(rén)體和生物的奧秘。
研究人造皮膚的案(àn)例:
美國斯坦福(fú)大學教授鮑哲南(nán)在(zài)2012年曾推出(chū)了(le)第一個多層且能自(zì)愈的合成電子皮膚,這項研究成果(guǒ)被(bèi)認為是一項重要的突破(pò)。但效(xiào)果不夠理想。其後,該(gāi)校的科學家們又研發出一款擁有高(gāo)度自我修(xiū)複能(néng)力的人造皮(pí)膚,它由有機矽膠(PDMS)、聚丙二醇(PPG)材料製成,可以像人類皮膚一樣伸展有彈性,且不容易撕裂。該研究(jiū)成果發表在《科學》雜誌上。
麻省理(lǐ)工學(xué)院(MIT)的研究團隊:他(tā)們開發了一種可伸縮的人造皮膚,可以實現高度靈活性和敏感性,適用於機器人、假肢等領域。
歐洲研究團(tuán)隊:他們研究了一種具有自愈功能(néng)的人造皮膚材料,能(néng)夠在受損後自行修複,延長使用壽命。
加(jiā)州大學伯克利分(fèn)校的研究團隊:他們開發了一種可延展並(bìng)具有高度敏感性的人造(zào)皮(pí)膚,可以模擬人類皮膚的觸(chù)覺感知功能。
這些研究團隊在人(rén)造皮(pí)膚領(lǐng)域(yù)做出了重要貢獻,推動了該領域的發展(zhǎn)和創新,他們的研究成果為未來的醫療、機器(qì)人技術(shù)、仿生學等(děng)領域提供了新的可能性和應(yīng)用前景!
目前與人體皮膚(fū)相似的材料:
與(yǔ)人(rén)體皮膚相似的材料有許多種,常見(jiàn)的包括熱(rè)塑性彈性體(tǐ)(TPE)、矽膠、氫凝膠(jiāo)、聚合物等。這些材料在人造皮膚領域具有不同的特性和應用,它們各有優缺點,具體如下:
①TPE:質地柔軟,觸感自然(rán),耐磨性好,環保(bǎo),防水性能好,具有良好的彈性,能夠適應不同的溫度(dù)和濕度變化
缺點:耐溫性有限,使用壽命相對較(jiào)短
②矽膠:矽膠(jiāo)具有良好的柔軟性和耐用性,可以模擬人體皮膚的柔軟感覺,並且耐溫性防水性能好。
缺點:矽膠(jiāo)材料相對較硬,環(huán)保性差不透氣(qì),彈性不如真實皮膚,長時間使用可能會(huì)導(dǎo)致局部(bù)過熱、不舒(shū)適等問題。
③有機(jī)矽膠(jiāo)(PDMS)和聚丙二醇(PPG)材料製成的人造皮膚:
具有高度自我修複能力,可以像(xiàng)人類皮膚一樣伸展有彈性,不容(róng)易(yì)撕裂
缺點(diǎn):可能需要添加少量的異氰酸苯酯和異(yì)佛爾酮二異氰酸酯(IU)來形成自修複薄膜。
④氫凝膠:氫凝膠具有出色的柔軟(ruǎn)性和彈性,能夠模擬人體(tǐ)皮膚的觸(chù)感和變形性,適用於仿生皮(pí)膚、醫療等領域。
缺點:氫凝膠材料吸水性強,可能導(dǎo)致材料變形或損壞,需要特殊處理以提高穩定性。
⑤聚合物:聚合物材料種類繁多,可以根據需求設(shè)計不同性能的人造皮(pí)膚,如高彈性、自愈功(gōng)能等,適用於(yú)多種應用場景(jǐng)。
缺點:部分聚合物材料可能存在耐磨性差(chà)、易老化等問題,需要(yào)進一步改進以提高穩定性和耐用性。
這些材料都具有類似橡膠的電氣和機械性能,以及生物相(xiàng)容性,能夠適應不(bú)同的環境條件,並且在一定程度上模仿了人類皮膚的特性。
總的來說,與人體皮膚相似的材料各有(yǒu)優缺點,科學家們在不斷研究和改進,以開發更加逼真、耐用和功能強大的人造皮膚,為醫療(liáo)、機器人技術等領域提供更好的解決方案。
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