據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月24日?qǐng)?bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一種集壓力感應(yīng),、生化檢測(cè),、太陽(yáng)能發(fā)電于一體的“超級(jí)皮膚”,。研究人員稱,，這種人造材料除能“感覺(jué)”到極為輕微的觸摸外,，還能檢測(cè)到化學(xué)和生物分子，并能借助其上的太陽(yáng)能電池涂層為上述傳感器提供電力,。由于這種“超級(jí)皮膚”柔軟并具有一定的延展性,，預(yù)計(jì)未來(lái)在服裝、機(jī)器人制造以及義肢設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,。
“超級(jí)皮膚”一專多能
2月20日負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的美國(guó)斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授鮑哲南,，在美國(guó)華盛頓召開(kāi)的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上公布了這一研究成果。據(jù)鮑哲南介紹,，制造這種人工皮膚的原料是有機(jī)晶體管的一種，主要由柔性高分子材料和碳基材料組成,。為了使其具有觸覺(jué),，該晶體管中有一層極薄的高彈性橡膠層，從微觀視角看,，它們由無(wú)數(shù)個(gè)微型倒金字塔按網(wǎng)格結(jié)構(gòu)排列而成,。
當(dāng)遇到壓力時(shí)，該橡膠層的厚度會(huì)發(fā)生變化,，從而使通過(guò)晶體管的電流發(fā)生改變,。根據(jù)敏感度水平的不同，該傳感器每平方厘米上都有從幾十萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)個(gè)這樣的微型倒金字塔,。研究人員稱這種傳感器極為敏感,，即便一只蒼蠅落在上面也能夠被準(zhǔn)確感知。此外研究人員還為該傳感器增加了生化檢測(cè)和太陽(yáng)能供電功能,。
如果要對(duì)特定的生物分子進(jìn)行檢測(cè),，就需在晶體管表面涂上一種能與其相互結(jié)合的另一種分子。這種涂層只需要1-2納米厚即可,。同樣的方法也能用于化學(xué)物質(zhì)檢測(cè),。對(duì)晶體管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，“超級(jí)皮膚”便可以檢測(cè)出環(huán)境中特定的氣體或液體,。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同,，還可對(duì)傳感器及相關(guān)半導(dǎo)體材料進(jìn)行調(diào)整,。
此外，鮑哲南和她的團(tuán)隊(duì)還證實(shí)了以這種方法對(duì)某種DNA進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)想,，并正在研究拓展這項(xiàng)技術(shù),，使其可以檢測(cè)蛋白質(zhì)，為醫(yī)療診斷提供依據(jù),。研究人員解釋稱,，對(duì)于大多數(shù)疾病來(lái)說(shuō)，通常都有一個(gè)或多個(gè)特定的蛋白質(zhì)（即所謂生物標(biāo)志物）與其相關(guān),，因此,，根據(jù)所檢測(cè)到的蛋白質(zhì)便可推斷出所患疾病。
為了解決供電問(wèn)題,，研究人員利用這種涂層技術(shù)使電子皮膚具有了發(fā)電的功能,，這使“超級(jí)皮膚”的移動(dòng)更輕便、結(jié)構(gòu)上也更為簡(jiǎn)單,。和普通的柔性太陽(yáng)能電池相比,，新研究成果還具有拉抻延展的功能，在保證正常工作的前提下可沿兩個(gè)水平方向拉伸,。這種太陽(yáng)能電池可被拉伸到原有長(zhǎng)度的1.3倍且能迅速恢復(fù)原狀,，而且整個(gè)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生任何的損壞或斷電。
能屈能伸“百折不撓”
我們知道,，在身體的很多運(yùn)動(dòng)部位——例如肘部和膝蓋,，無(wú)論是皮膚還是衣服都會(huì)有一定的褶皺。這些特殊的結(jié)構(gòu)其實(shí)發(fā)揮著十分重要的作用,。試想一下,，如果用于這些位置的材料，只具有柔性而不能延展,，在移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)就極有可能發(fā)生破裂,。
這種“超級(jí)皮膚”擁有延展性的原因在于，在“超級(jí)皮膚”中的微型單位具有與波浪類似的結(jié)構(gòu),，就像手風(fēng)琴一樣,，可以在一定程度內(nèi)拉長(zhǎng)或縮短。置于其中的液態(tài)金屬電極則可以在整個(gè)過(guò)程中保持穩(wěn)定運(yùn)行,。即便處于延展?fàn)顟B(tài),，超級(jí)皮膚上的太陽(yáng)能電池也能持續(xù)提供電能。因此,，除服裝外,，這些材料未來(lái)還可以在汽車、鏡頭以及建筑中獲得應(yīng)用。
鮑哲南說(shuō),，在她看來(lái)超級(jí)皮膚遠(yuǎn)比完全模擬皮膚功能的人工皮膚強(qiáng)大的多,，它可以讓機(jī)器人或其他設(shè)備來(lái)執(zhí)行超越人體皮膚功能的任務(wù)。例如,，當(dāng)一個(gè)具有蛋白檢測(cè)功能的機(jī)械手接觸到某個(gè)人時(shí),，它就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)人患有某種疾病?；蛘?，當(dāng)其接觸到某個(gè)人的汗水時(shí)，它就會(huì)說(shuō),，“哦,，這個(gè)人一定喝醉了。”（生物谷Bioon.com）
