皮膚是人體最大的器官，它不僅肩負(fù)著防止“外敵”入侵的使命，還承擔(dān)防止體內(nèi)水分、電解質(zhì)等其他物質(zhì)丟失的任務(wù)。一般情況下，如果皮膚受到較輕的損傷都可以自我恢復(fù)，但如果遭遇橫禍，比如大面積或深度的燒傷、燙傷等，皮膚的自愈能力往往無(wú)法快速發(fā)揮作用，需要植皮。

事實(shí)上，即便是植皮，也需要經(jīng)歷痛苦的過程才能完成。況且皮膚移植的方式是“拆東墻，補(bǔ)西墻”，即把患者身上健康的皮膚取下來(lái)移植到燒傷部位，但這種方法會(huì)引起新的傷疤。特別是遇到身體大面積的燒傷，正常皮膚所剩無(wú)幾時(shí)，植皮也顯得困難非常。而且在恢復(fù)期間，創(chuàng)口也容易發(fā)生感染，且如果沒有皮膚的保護(hù)，重度燒傷者會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重脫水。

為了應(yīng)對(duì)這種情況，減輕皮膚大面積損傷者的痛苦，科學(xué)家開始想辦法尋找自體皮膚的替代品。

人造皮膚與電子皮膚

皮膚看起來(lái)是薄薄的一層，里面卻富含血管、淋巴管，并含有汗腺、皮脂腺等附屬器官。所以皮膚的替代品也需要擁有這些功能，更重要的是，它還能夠促進(jìn)自身肌肉與皮膚的生長(zhǎng)。

20世紀(jì)50年代，上海第二醫(yī)科大學(xué)的外科專家張滌生教授開始著手研究人造皮膚。1961年，他和學(xué)生們率先發(fā)明了一種人造皮膚。它使用極細(xì)的絹紡制成，在一種特制的藥水中浸泡后，配上特制的藥膏，然后敷在病人傷口上，取得了良好的效果。幾乎同時(shí)，美國(guó)一位叫白克的醫(yī)師與麻省理工學(xué)院的亞諾斯教授合作，前后花了20年時(shí)間試驗(yàn)，終于發(fā)明了人造皮膚。它由硅橡膠薄膜和膠原-硫酸軟骨素多孔材料制作而成。其中，硅橡膠薄膜起到臨時(shí)表皮的作用，其表面還模仿皮膚的毛孔制作了一定數(shù)量的微孔，讓空氣自由出入。而膠原和硫酸軟骨素則分別來(lái)自牛腱和鯊魚軟骨，能夠支持皮膚細(xì)胞的生長(zhǎng)。

經(jīng)過不斷完善，白克的研究不僅救活了許多燒傷的病人，也開創(chuàng)了燙傷醫(yī)學(xué)的新時(shí)代?，F(xiàn)在的人造皮膚包括兩層：表層和里層。表層是由一種硅橡膠薄膜制成的，能阻擋細(xì)菌的進(jìn)攻。里層是一種特殊的培養(yǎng)基，能幫助受傷的皮膚生長(zhǎng)。

“比較而言，電子皮膚其實(shí)是種可延展柔性傳感器材料?！闭憬髮W(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系教授馬列這樣解釋，電子皮膚的應(yīng)用領(lǐng)域也更傾向于可穿戴設(shè)備和機(jī)器人。

最早在2003年，日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用低分子有機(jī)物——并五苯分子制成薄膜，通過其表面密布的壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了電子皮膚感知壓力。對(duì)比人造皮膚，它的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可被加工成各種形狀，能像衣服一樣附著在設(shè)備表面，能夠讓機(jī)器人感知到物體的地點(diǎn)和方位以及硬度等信息。

除了柔軟的特性以外，電子皮膚想要模擬、還原甚至取代機(jī)體皮膚，還要具備感覺和觸覺，即與人體皮膚一樣感知不同外界壓力，暢通傳導(dǎo)觸覺信號(hào)的最基本功能。例如，由中國(guó)研究人員使用碳納米管傳感器制成的高靈敏度皮膚，甚至可感知到20毫克螞蟻的重量。同時(shí)，研究人員也在電子皮膚的延展性上進(jìn)行開拓研究，并渴望這種材料不僅滿足機(jī)器人，也能滿足人類自己。

電子皮膚或?qū)⒏淖兾覀兊纳?/p>

前不久，美國(guó)華人學(xué)者鮑哲南帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于塑料的“電子皮膚”，不僅可以區(qū)分握手的輕與重，而且還能把這種感覺傳遞給大腦。如果可以大范圍應(yīng)用，那么很多依靠假肢生活的人或許有一天可以通過它獲得真實(shí)的觸感。

看似薄薄的一片，實(shí)際上電子皮膚上密布著電子線路。如果把這種材料運(yùn)用到機(jī)器人身上，輕輕拿起一只雞蛋不捏碎就會(huì)成為可能。如果運(yùn)用到醫(yī)學(xué)上，可以制成檢測(cè)器，為癌癥病人準(zhǔn)確區(qū)分硬的癌細(xì)胞和軟的健康細(xì)胞，從而保障切除癌細(xì)胞手術(shù)的快速準(zhǔn)確。如果用在汽車方向盤上，當(dāng)駕駛?cè)艘蚶Х蜃呱瘢治辗较虮P松動(dòng)時(shí)，感應(yīng)器就會(huì)及時(shí)提醒。

鮑哲南研究團(tuán)隊(duì)借助了一種名為光遺傳學(xué)的技術(shù)，研究人員改造了實(shí)驗(yàn)鼠的大腦神經(jīng)細(xì)胞，使得人造皮膚能夠向這種改造后的細(xì)胞傳遞電信號(hào)，感知壓力的變化。下一步，他們將研制可以感知溫度、痛覺等感覺的電子皮膚。

其實(shí)，電子皮膚的應(yīng)用范圍不僅僅局限于人體或假肢，機(jī)器人、手機(jī)和電腦的觸摸式顯示屏、汽車安全和醫(yī)學(xué)上都可以見到電子皮膚的身影。因?yàn)檫@種電子皮膚具備良好的自愈能力，當(dāng)其受到損傷后，幾秒內(nèi)其強(qiáng)度和導(dǎo)電性就恢復(fù)到原來(lái)的75%。30分鐘過后，它幾乎恢復(fù)如初。如果應(yīng)用到手機(jī)屏幕上，或許人們就會(huì)擁有一個(gè)屏幕摔碎也能神奇恢復(fù)的手機(jī)。

人造電子皮膚：1+1>2

“電子皮膚是像人體皮膚一樣柔軟的傳感器，可以知道溫度和濕度，但不具備修復(fù)缺損皮膚的功能。人造皮膚則更多應(yīng)用于醫(yī)學(xué)中，將其放在皮膚缺損處，會(huì)刺激皮膚新生，是基于再生醫(yī)學(xué)的原理。”馬列解釋道。

為了將兩者的優(yōu)勢(shì)疊加，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”，浙江大學(xué)的科研人員制作了人造電子皮膚?！叭嗽祀娮悠つw就是將具有傳感功能的柔性電子皮膚與具有皮膚再生功能的人造皮膚復(fù)合，形成以人造皮膚為下層、柔性電子皮膚為上層的仿皮膚雙層結(jié)構(gòu)。”馬列講解到，“人造電子皮膚再生系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)缺損皮膚的再生修復(fù)，又能在修復(fù)再生的過程中，對(duì)創(chuàng)面區(qū)溫度、濕度、壓力乃至其他化學(xué)生物信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)再生修復(fù)需要，給予必要的功能?！?/p>

這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了材料學(xué)與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉應(yīng)用，其中電子皮膚的部分負(fù)責(zé)傳遞紗布包裹下創(chuàng)口的感染、愈合等情況，省去了醫(yī)生打開紗布查看創(chuàng)面的步驟，還可以檢測(cè)人體的體溫等數(shù)值；人造皮膚的部分則負(fù)責(zé)讓皮膚再生。

浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授李石堅(jiān)根據(jù)皮膚生長(zhǎng)過程的傳感數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、皮膚阻抗、血氧變化以及心電信號(hào)等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，建立起人造皮膚生長(zhǎng)模型。電子皮膚由此“推斷”傷口狀態(tài)是“正常”、“炎癥程度”還是“生長(zhǎng)程度”，給醫(yī)生提供建議。然后，這一結(jié)果被集成到一個(gè)手機(jī)App應(yīng)用軟件中，用戶可通過此軟件監(jiān)控傷口狀況，并控制植入系統(tǒng)工作。

“人造電子皮膚的應(yīng)用前景很廣，特別是針對(duì)人體大面積或深度缺損以及特殊部位燒傷的情況?！瘪R列對(duì)記者表示。

在人體的皮膚組織中，頭面部皮膚比其他部位的皮膚組成更精細(xì)，比如眼周皮膚就比其他地方的皮膚略薄，如果只是簡(jiǎn)單的植皮，很可能讓修復(fù)過的眼周看起來(lái)并不自然。但如果是通過人造電子皮膚重生的眼周皮膚則可以避免這樣的問題。

前景可以預(yù)見

“目前，在大鼠和巴馬小型豬上進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，科研人員已經(jīng)驗(yàn)證了人造電子皮膚擁有促進(jìn)真皮組織生長(zhǎng)和皮膚再生的功能，并可以監(jiān)護(hù)和控制皮膚生長(zhǎng)的情況，然后根據(jù)監(jiān)控信息實(shí)現(xiàn)對(duì)傷口狀況的判斷。隨著傷口逐漸愈合，再生材料被不斷吸收，電子器件部分自然從傷口剝離?！瘪R列說道，“雖然在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，我們只嘗試過創(chuàng)面面積約4平方厘米的皮膚監(jiān)測(cè)與修復(fù)，但如果應(yīng)用在人體大面積皮膚修復(fù)中，或可以采用多個(gè)材料‘打補(bǔ)丁’的形式解決。”

作為交叉學(xué)科的研究，人造電子皮膚結(jié)合了人造皮膚與電子皮膚的優(yōu)勢(shì)，為人類皮膚創(chuàng)傷修復(fù)提供了更好的選擇。目前，人造電子皮膚依然在研究階段。“我們研究的關(guān)鍵是將再生系統(tǒng)與柔性傳感系統(tǒng)有機(jī)地整合，并確保在復(fù)雜的再生修復(fù)創(chuàng)面，系統(tǒng)的再生功能與傳感執(zhí)行功能都運(yùn)作無(wú)誤?！瘪R列說道，“而且，這套人造電子皮膚再生系統(tǒng)是首個(gè)將組織再生材料與柔性電子技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，對(duì)未來(lái)發(fā)展一系列集合生物、材料、信息等多種技術(shù)的電子生物混合系統(tǒng)具有重要的啟示?！?/p>