Video: Künstliche Haut Sendet Berührende Signale An Nervenzellen
Sensoren übertragen Druckänderungen auf Neuronen und können dazu beitragen, dass sich Prothesen wirklich fühlen.
Prothetische Gliedmaßen können die Fähigkeit eines Amputierten wiederherstellen, zu gehen oder Gegenstände zu greifen, aber sie konnten den Tastsinn einer Person noch nicht wiederherstellen. Forscher der Stanford University sind dieser Art von Prothese einen Schritt näher gekommen, indem sie eine elektronische Haut geschaffen haben, die auf Druckänderungen reagiert und Signale über Nervenzellen überträgt, ähnlich wie es die menschliche Haut tut.
Zhenan Bao und Mitarbeiter stellten die künstliche Haut her, indem sie drei Komponenten miteinander verbanden: mikrostrukturierte Widerstandsdrucksensoren, flexibel gedruckte organische elektronische Schaltkreise und Nervenzellen mit lichtaktivierten Ionenkanälen (Science 2015, DOI: 10.1126 / science.aaa9306).
Die Drucksensoren bestehen aus einem Kohlenstoff-Nanoröhren-Elastomer-Verbundwerkstoff, der zu winzigen Pyramidenstrukturen geformt ist, die auf eine Oberfläche aufgetragen werden. Der Sensor ändert die Leitfähigkeit in Reaktion auf den angelegten Druck. Bao stellte zuvor ähnliche kapazitive Sensoren her, aber die neuen Widerstandssensoren erfassen den von der menschlichen Haut erfassten Druckbereich besser.
Jeder Sensor ist mit einem organischen Schaltkreis verbunden, der mithilfe von Forschern des Palo Alto Research Center (PARC) von Xerox gedruckt wurde. Die Schaltung wandelt das Drucksignal in eine Reihe elektrischer Impulse um und erhöht die Impulsfrequenz als Reaktion auf steigenden Druck. "Diese Schaltung ist relativ einfach zu bauen", sagt Bao. "Es dient als perfekte elektrische Anzeige für unsere Sensoren."
Die Forscher verwendeten die elektrischen Impulse, um die Frequenz einer Leuchtdiode zu modulieren. In ihrer Proof-of-Concept-Studie sendeten sie Licht von der LED durch eine optische Faser, um Neuronen in Maushirnschnitten zu stimulieren. Die Nervenzellen in diesen Proben wurden mit manipulierten Channelrhodopsinen dekoriert, die sich als Reaktion auf Licht öffnen und Nervenzellen zum Feuern auslösen.
Die Arbeit stellt „einen wichtigen Fortschritt bei der Entwicklung hautähnlicher Materialien dar, die die Funktionalität der menschlichen Haut auf einem beispiellosen Niveau nachahmen“, sagt Ali Javey, der elektronische Haut an der University of California in Berkeley entwickelt. "Es könnte wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung intelligenterer Prothesen haben."
"Dies ist nur der Anfang des Weges zum Aufbau einer vollständig integrierten künstlichen Haut", sagt Bao. Als nächstes hofft ihr Team, andere Wahrnehmungsfunktionen der menschlichen Haut, wie die Fähigkeit, Wärme zu fühlen, nachzuahmen und sie in die neue Plattform zu integrieren.
