材料名家鲍哲南：能给神经传导触觉的人工皮肤

美国斯坦福大学华裔女科学家鲍哲南，无疑是世界上材料科学领域冉冉升起的一颗明星。她曾就读于南京大学，并在芝加哥大学获得博士学位，然后就在大名鼎鼎的贝尔实验室开始了自己的独立研究生涯，期间研究成果给人惊喜不断，虽曾涉“舍恩造假事件”但最终获得清白，并在后来直接被斯坦福大学化工系聘为终身教授。她不断有重大研究成果问世，例如，用印刷技术制出了第一例高性能有机晶体管，并创造了世界上第一例用有机晶体管驱动的全新结构的电子纸。据汤森路透统计，她是2000-2010十年中全球100名最顶尖的材料科学家之一。

鲍哲南教授。图片来源：news.stanford.edu

在最近的《Science》杂志上，以鲍哲南为首的研究团队，再次向大家展示了一种新的神奇技术：利用碳纳米管、有机电子材料和光控基因技术等前沿科技的整合，她们研发出了一种新型人造皮肤，可以响应压力变化，并可以向神经细胞发送信号，更接近人皮肤触觉的真实机制。

图片来源：news.stanford.edu

在这种人造皮肤中，微结构电阻式压力传感器、柔性的印刷有机电子电路、含有光激活离子通道的神经细胞相互连接。

微结构电阻式压力传感器由碳纳米管与弹性体的复合材料构成，这种材料被做成微小的金字塔结构，并被涂覆到人造皮肤的表面。这种压力传感器能够将作用于其上的压力转化为导电性的改变。事实上这个团队先前也已经作出过类似的电容式传感器，但这种新的电阻式传感器能够更好地在人体皮肤压力的范围内产生感应信号。

每个传感器都连接到了由有机材料打印的柔性电路板上。这种柔性有机电路板是在施乐公司的帕洛阿尔托研究中心（PARC）的帮助下制成。该柔性电路板将传感器产生的压力信号转换成一系列的电脉冲，并根据压力的增加，而提高响应脉冲的频率。“这种电路制造起来相对容易，”鲍哲南说。“它可以为我们的传感器提供完美的电信号输出。”

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鲍哲南的团队并没有在这里停下，他们希望研究大脑组织是否能够接收由传感器传来的这些信号。通常情况下，这样的实验一般会把金属电极植入实验动物大脑并监测其反应，但电极植入会让大脑组织很快受损，使后续实验不可能完成。于是鲍哲南的团队和斯坦福大学Karl Deisseroth团队合作，通过基因工程手段构建了小鼠对蓝光响应的躯体感觉皮质（somatosensory cortex）组织，鲍哲南的团队将传感器带来的电脉冲转换为发光二极管（LED）的蓝光脉冲，并通过光纤传输到小鼠的大脑切片（生理功能可保持数小时）。结果显示，大脑切片中的神经细胞可通过一种叫做离子通道视紫红质（channelrhodopsin）的转基因蛋白吸收光信号，并将其转化为神经的电信号，从而完成神经信号的传递。

该工作“以前所未有的水平模仿人类皮肤的功能，是人造皮肤材料发展的一个重要的进步，”加州大学伯克利分校研发电子皮肤的专家Ali Javey说。“这可能对更智能假肢的发展具有重要的意义。”

“这仅仅是研发全面集成的人造皮肤的初步阶段，”鲍哲南说。她的团队接下来希望能够模仿人类皮肤的其它传感功能，如感受热的能力，并将它们整合到这个新的人造皮肤的技术平台。

那就让我们期待鲍哲南教授更加精彩更加全面的人造皮肤早日问世！

1. http://www.sciencemag.org/content/350/6258/313

2. http://news.sciencemag.org/health/2015/10/sensors-may-soon-give-prosthetics-lifelike-sense-touch