已知皮膚是(shì)人體最大的器官,有保溫、感知溫度和壓力、排汗等功能,富有彈性,還為人體(tǐ)提供一道屏障,隔絕(jué)多數有(yǒu)害的細菌、病毒、紫外線(xiàn)輻射等。目前科學家們正在努(nǔ)力研製出具有這些(xiē)功(gōng)能的人造皮膚,希望最終用於人(rén)類假肢或機器人身上,今天小編(biān)就帶大(dà)家具體了解下人造皮膚的初衷由來與目前和人體皮膚相似的材料都有哪些。
前言:
為什麽科學家們要努力研製出具有這些功能的人造皮膚?初衷是什麽?
①幫助(zhù)改善人類健康:通過研製人造皮膚,可以提供更好的醫療解決方(fāng)案,如(rú)用於藥(yào)物測試、促進傷口(kǒu)愈合、疾病治療等方麵,可以(yǐ)幫助(zhù)科學(xué)家們更好地了解皮膚的功能和疾病(bìng)發展機製(zhì),從而改善人(rén)類(lèi)健康狀況。
②推動科(kē)學技術發(fā)展(zhǎn):研製人造皮膚需要跨學科合作,推動材料科學、生物學、醫學等領域的發展,促進(jìn)科學技(jì)術的進步。
③保健產品開發:人造皮膚可以用(yòng)於(yú)測試化妝品、護(hù)膚品等保健產品的(de)安全性和有效性,有助於開發更加安全、有效的產品。
④保護環境和(hé)動物:減(jiǎn)少對動物皮膚的需求,有助(zhù)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(kě)以(yǐ)幫助科學家們更深(shēn)入地了(le)解皮膚的(de)功(gōng)能和機製,探(tàn)索人體和生物的(de)奧秘。
研究(jiū)人造(zào)皮膚的案例(lì):
美國斯坦福大學教授鮑哲南(nán)在2012年曾推出了第一個多層且能自愈的合成電子皮膚,這項研究成果(guǒ)被認為是一項重要的突(tū)破。但效果不夠理想。其後,該校的科學(xué)家們又研發出(chū)一(yī)款擁有高(gāo)度自我修複能力的人造皮膚,它由有機矽膠(PDMS)、聚丙二醇(PPG)材料(liào)製成,可以像人類皮膚(fū)一樣伸展有彈性,且不容易撕裂。該研究成果發表在《科學》雜誌上。
麻省理工學院(MIT)的研究團隊:他們開發了一(yī)種可伸縮的人造(zào)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。
歐洲研究團隊:他們研究了一種具有自愈功能的人造皮膚材料,能夠在受損後自行修複,延長使用壽命。
加州(zhōu)大學伯克利分校(xiào)的研究團隊:他們開發了一種可延展並具有高度敏感性的人造皮膚(fū),可以模擬人類皮膚(fū)的觸覺感知功能。
這些研究團隊在人造皮膚領域做出了重要貢獻,推動了該領域的發展和創新(xīn),他們的研究成果為未來的醫療、機器人技術、仿生學等領域提供了新的可能性和(hé)應用前景!
目前與人體皮膚相似的材料:
與人體皮膚相似(sì)的材料有許多種(zhǒng),常見的包括熱塑性彈性體(tǐ)(TPE)、矽膠(jiāo)、氫凝膠(jiāo)、聚(jù)合物等(děng)。這些材(cái)料在人造皮膚領域具有不同的特性(xìng)和應用,它(tā)們各(gè)有優缺點,具體如下:
①TPE:質地柔軟,觸感自然,耐(nài)磨性好,環保,防水性能(néng)好,具有良好的彈(dàn)性,能夠適(shì)應不同的溫度和濕度變化
缺點:耐溫性有限,使用壽命相對較短
②矽膠:矽膠具有良好的柔軟性和耐用性,可以模(mó)擬人體皮膚的(de)柔軟感覺,並且耐溫性防水性能好。
缺點:矽膠材料相對(duì)較硬,環保性差不透氣,彈性(xìng)不如真實皮膚,長時間使用可能會導致局部過熱(rè)、不舒適等問題。
③有機矽膠(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,可以像人類皮膚一樣伸展有彈性,不容易撕裂
缺點:可能需要添加少量的異氰酸苯酯和異(yì)佛爾酮(tóng)二異氰酸酯(IU)來(lái)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,能夠模擬人體皮膚的觸感和變形性,適用於仿生皮膚(fū)、醫療等領域。
缺點:氫(qīng)凝膠材料吸水性強,可(kě)能導致材料變形或損壞,需要特殊處理以提高穩定性。
⑤聚合物:聚合物材料種類繁(fán)多,可以根據需求設計不(bú)同性能的人造(zào)皮膚,如高彈性、自愈功能等,適用於多種應用(yòng)場景。
缺點:部分(fèn)聚合(hé)物材料可能存在耐磨(mó)性差、易老化等問題,需要進一步改進以提高穩定性和耐(nài)用性。
這些材(cái)料都具有類似(sì)橡膠的電氣和機械性能,以及生(shēng)物相容性,能夠適應不同的環境條件,並且在一定(dìng)程(chéng)度上模仿(fǎng)了人類皮膚(fū)的特性(xìng)。
總的來說,與人體皮(pí)膚(fū)相似的材料各有優缺點,科學家們在不斷研究(jiū)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、機器人技術等領域提供更好的解決方案。
PS:
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