仿生技术大革命( 二 )
双腿
仿生腿能站能动能骑车
德国奥拓博客医疗公司将Wii游戏机的速度与方向遥控技术运用到新型Genium仿生腿中 。Genium采用碳材质,售价5万英镑,重2.9磅(约合1.32公斤),内置7个传感器,另有1个陀螺仪和1个加速器 。这些元件采用先进的计算机信息处理技术,可检测到使用者在运动速度和方向上的微小变化 。这使得它比那些需要改变膝关节硬度的假肢要好,能够提供更好的平衡性和稳定性 。
此外,Genium仿生腿的智能装置可准确判断人的各种运动状态 。它既可以完成基本的站立和移动动作,也可在液压阀装置的帮助下,在10种复杂运动状态间(包括骑车、越野滑雪、打高尔夫球等)轻松切换 。
让人体器官重生
作为世界人口最多的国家,中国也是生物材料和器械的需求大国,这给医用仿生材料构建了巨大的发展空间 。
目前临床应用的人造血管主要为涤纶和膨体聚四氟乙烯(epTFE)两种 。膨体聚四氟乙烯的组织相容性极佳,与自体组织切实“融”为一体,手感柔软而富有弹性,还非常牢固,不会被拉长或被撕裂 。迄今为止世界上400万例膨体聚四氟乙烯植火手术,没有发生一例对该材料的过敏及排斥反应 。美国莱斯大学已开发出一种新型聚氨酯材料,可用于直径小于6毫米的人造血管,在生理状态下,这种聚氨酯释放的一氧化氮可以防止血液的凝结 。
到目前为止,许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤 。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片,上面还盖着薄薄的、模仿“表皮”的制品 。如今,科学家已研制出多种人工真皮,如透明质酸膜、聚乳酸膜等,可诱导自体的组织细胞生长,形成新的、结构规则的真皮样组织,从而重建真皮层 。
假肢材料过去多用铝等硬金属材料制造,随着化学工业的发展,硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯酸树脂3种化学物质成为常用的假肢材料 。这些化学材料制造工艺简化,能使假肢制品更符合生理、力学的要求,同时大大减轻了假肢的质量 。
过去对严重的器官损伤的现有治疗方法之一是活体移植,这又带来两个问题:一是排斥作用,二是供应器官的人太少 。现在,生物医学专家希望利用模仿人体组织的仿生材料,用人工的办法培养出人体需要的正常器官 。另外,器官是人体物质和能量交换的重要场所 。人工器官要进行物质的交换,膜是重要的介质 。人工胰采用的高分子膜材料很多,比较成功的有聚赖氨酸-海藻酸体系、聚丙烯酸酯体系、壳聚糖-海藻酸体系等
当人们因为遭受病痛或伤害失去了部分重要器官时,灵巧、敏感、逼真的仿生器官能够“接力顶上”,将最大程度弥补病痛给患者造成的伤害 。科学家的终极目标当然是,让仿生器官与人体最终做到“无缝对接” 。仿生器官技术发展到今天,已经不仅限于义肢、人造心脏等“大部件”,更加精密、细小的仿生器官有望在不久的未来“随取随用”,造福大众医疗 。
仿生技术治“怪病”
上下楼梯、快速步行是每一天每个人都会做的举动,或许,你还会一手拿着一杯提神用的咖啡,一手抓着一份当天的报纸去上班,并在过人行道的同时,躲避其他行色匆匆的行人向你撞来 。
这是身体健康、视听正常的人们司空见惯的世界 。我们眼中的世界方正、平稳,不像有些纪实电影用DV拍摄出来的画面一般摇摇晃晃令人晕眩,何其幸运 。说幸运,是因为世界上还存在着另一些人,由于丧失了自己的平衡感,连上述简单的举动都无法做到 。
人体与生俱来的平衡感不是无端存在的,让人保持平衡、让人的视线与步伐保持一致,源自位于人内耳道中的“前庭系统” 。前庭可以感受到人体头位、体位的变化,可以随时调整人身体的姿势,达到身体平衡 。最能让一般人了解前庭作用的例子是,有些人会出现晕车、晕船的症状,就是因为前庭出现了短暂的功能失衡 。
然而,有时候由于使用抗生素不当、外伤、病毒感染、基因疾病等原因,前庭系统会出现病变,最后导致失灵 。
“如果你失去了双耳内前庭的知觉,那每当你踏上地面,你眼中的世界都是颠簸的 。”美国约翰斯霍金斯大学前庭神经工程实验室的主管查尔斯.德拉.桑提纳说 。
想象一下无时无刻不在晕车的感觉 。患者将无法开车,甚至无法正常行走 。而目前的医疗水平对这一症状却束手无策 。
“对丧失平衡功能的成年病患,我们现在能做的只是为他们进行物理治疗,”作为医生的桑提纳介绍说,他们会建议病人在行动时努力盯紧一个固定点以保持平衡,“但前庭系统在极短时间内调整人体平衡的效果,是无法用这样的方式予以替代的 。”
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