前沿科技之斯坦福大學開發出“超級皮膚”

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據美國物理學家組織網2月24日報道，美國斯坦福大學的研究人員研發出了一種集壓力感應、生化檢測、太陽能發電于一體的“超級皮膚”。研究人員稱，這種人造材料除能“感覺”到極為輕微的觸摸外，還能檢測到化學和生物分子，并能借助其上的太陽能電池涂層為上述傳感器提供電力。由于這種“超級皮膚”柔軟并具有一定的延展性，預計未來在服裝、機器人制造以及義肢設計等領域具有廣泛的應用前景。
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　　“超級皮膚”一專多能
　　2月20日負責該項目的美國斯坦福大學化學工程學教授鮑哲南，在美國華盛頓召開的美國科學促進會年會上公布了這一研究成果。據鮑哲南介紹，制造這種人工皮膚的原料是有機晶體管的一種，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，該晶體管中有一層極薄的高彈性橡膠層，從微觀視角看，它們由無數個微型倒金字塔按網格結構排列而成。
　　當遇到壓力時，該橡膠層的厚度會發生變化，從而使通過晶體管的電流發生改變。根據敏感度水平的不同，該傳感器每平方厘米上都有從幾十萬到數千萬個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確感知。此外研究人員還為該傳感器增加了生化檢測和太陽能供電功能。
　　如果要對特定的生物分子進行檢測，就需在晶體管表面涂上一種能與其相互結合的另一種分子。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物質檢測。對晶體管的結構進行調節后，“超級皮膚”便可以檢測出環境中特定的氣體或液體。根據檢測對象的不同，還可對傳感器及相關半導體材料進行調整。
　　此外，鮑哲南和她的團隊還證實了以這種方法對某種DNA進行檢測的設想，并正在研究拓展這項技術，使其可以檢測蛋白質，為醫療診斷提供依據。研究人員解釋稱，對于大多數疾病來說，通常都有一個或多個特定的蛋白質（即所謂生物標志物）與其相關，因此，根據所檢測到的蛋白質便可推斷出所患疾病。
! ]! x7 H1 t. ~* d　　為了解決供電問題，研究人員利用這種涂層技術使電子皮膚具有了發電的功能，這使“超級皮膚”的移動更輕便、結構上也更為簡單。和普通的柔性太陽能電池相比，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水平方向拉伸。這種太陽能電池可被拉伸到原有長度的1.3倍且能迅速恢復原狀，而且整個過程不會產生任何的損壞或斷電。
　　能屈能伸“百折不撓”
　　我們知道，在身體的很多運動部位——例如肘部和膝蓋，無論是皮膚還是衣服都會有一定的褶皺。這些特殊的結構其實發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，在移動或運動時就極有可能發生破裂。
　　這種“超級皮膚”擁有延展性的原因在于，在“超級皮膚”中的微型單位具有與波浪類似的結構，就像手風琴一樣，可以在一定程度內拉長或縮短。置于其中的液態金屬電極則可以在整個過程中保持穩定運行。即便處于延展狀態，超級皮膚上的太陽能電池也能持續提供電能。因此，除服裝外，這些材料未來還可以在汽車、鏡頭以及建筑中獲得應用。
　　鮑哲南說，在她看來超級皮膚遠比完全模擬皮膚功能的人工皮膚強大的多，它可以讓機器人或其他設備來執行超越人體皮膚功能的任務。例如，當一個具有蛋白檢測功能的機械手接觸到某個人時，它就會發現這個人患有某種疾病。或者，當其接觸到某個人的汗水時，它就會說，“哦，這個人一定喝醉了。”
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憤怒的小鳥

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