给假肢装上感觉

医疗器械 来源:医学界 作者:潘达君
2015
10/21
08:28
医学界
作者:潘达君
医疗器械

从16世纪起,医生们就试着为严重组织创伤者进行截肢手术,而假肢也随着装着木腿和勾手的海盗们与截肢手术一起漂浮在种种传说中。由于急救医疗的迅猛发展,越来越多的患者能够成功撑过截肢手术,时间到了现在,作为术后伴侣的假肢也越来越完善,从简单的辅助功能逐渐进化到达成替代功能。甚至,在某些方面,假肢的功能超过了正常肢体——记得残奥会上的“刀锋战士”吗?他的下肢假肢的韧性和耐久度上限是强于自然肢体的。

然而,长久以来,假肢始终有一个短板没被解决,那就是——触感。虽然说,在人工手上安装压力传感器,已经能够比较容易的让假肢佩戴者完成抓、握、按压等动作,但是让使用者感受到类似真实肢体带来的触感,还是一项比较困难的工作。

难在哪里?

人类的皮肤是一种多层的粘弹性材料,它可以从放松状态伸展扩张到125%而不损失任何一点对外界压力和温度的感知。除了这种优秀的接收性能,人体对感觉的传感机制也是精密而复杂的。比如说,人体皮肤固有的机械性刺激感受器,能把感受到的刺激转化为一波又一波的神经脉冲,感受到的压力越大,它传递的脉冲频率越高。

对“给假肢装上感觉”这个课题的研究,一直在进步。时至今日,给假肢移植感觉已经是最好的解决断肢幻痛的方式。

回顾过去对假肢触感的研究,较早的设计,只是粗糙的在肢端装上几个感受器,将压力感受传递到佩戴者的外周神经或脑神经组织,这种设计局限性很大,无法分辨压力的层次和种类。在后来的改进设计中,假肢上的感受器越来越多,触感逐渐变得有层次而细致,但是,在传感原理上不符合人体自然的生理程序。在传输感受信号的时候,只能利用单一电子信号的强度来区分感受力度,而不像自然的生理过程一般利用不同的脉冲频率来区分。也就是说,当感受到较强作用力的时候,感受器会发出相应的较强的单一信号,而这个信号还需要被传给另一个芯片,在那里被转化为可识别的神经脉冲,传送给外周神经。

攻克仿生学

受到皮肤天然的传感原理启发,斯坦福大学的研究小组决定制作能够直接大量产生脉冲信号的感受器,来省去传递中的工序。目前,研究小组为了使感受器感受到的范围更细致,把它的形状从圆柱形修改成了能够翻转的小金字塔形,这样一来,从轻轻地抚摸到强而有力地握手,感应器都能够很清楚地感应到了。他们在此采用的环形振荡器,能直接把金字塔形的感受器接触其他物体时产生的电子信号转换成脉冲信号。而就像自然的生理活动那样,当接触到更大力度时,环形振荡器会发出更高频率的脉冲信号。

解决了前端传输问题,这个小组又着手解决神经对假肢信息的接收。习惯上,传递电信号需要把金属电极接在大脑体感皮层,但是金属电极会较快的破坏大脑组织,无法维持长期功能。因此研究人员选择将脉冲信号传输到一个发光二极管,让二极管产生蓝光脉冲使实验用小鼠的大脑得以接收。实验结果让人欣喜,小鼠的大脑成功接收了假肢发来的感受信号,并予以了反射回应。这足以让截肢者获得拥有触觉的假肢的希望熊熊燃烧。

这个项目目前的应用难点在于,小鼠的大脑体感皮层可以通过基因修改而能吸收蓝光脉冲并发出回应,临床医生并不能对患者进行基因修改。因此,研究的主导者表示,会采用替代的传导方式来解决问题,比如可变有机电极也许能直接替代金属电极,成为长期稳定且安全的传输装置。

参考资料

Robert F. Service. Sensors may soon give prosthetics a lifelike sense of touch. Science 15 October 2015. DOI: 10.1126/science.aad4722

Polina Anikeeva, Ryan A. Koppes. Restoring the sense of touch. Science 16 October 2015:Vol. 350 no. 6258 pp. 274-275.DOI: 10.1126/science.aad0910

来源:医学界   作者:潘达君

为你推荐

拜耳首次获发国产医疗器械注册证,本地化生产跑出“北京加速度”资讯

拜耳首次获发国产医疗器械注册证,本地化生产跑出“北京加速度”

今日(6月17日),拜耳宣布,公司影像诊断业务旗下MEDRAD® Stellant D-CE高压注射系统及附件获得北京市药品监督管理局(以下简称“北京市药监局”)颁发的国产医疗器械注册证。

2025-06-17 19:56

免疫药新锐小路生物获数千万美元天使投资,刘勇军领衔开发第三代疗法资讯

免疫药新锐小路生物获数千万美元天使投资,刘勇军领衔开发第三代疗法

本轮融资由元生创投、齐济投资共同领投,元禾控股、高瓴、苏创投、博荃资本、北京生命科学园、合肥产投等多家知名机构跟投

2025-06-17 15:49

柏全生物完成超 2 亿元 A 轮融资,加速创新靶点抗肿瘤药物研发进程资讯

柏全生物完成超 2 亿元 A 轮融资,加速创新靶点抗肿瘤药物研发进程

本轮融资由龙磐投资领投,上海科创基金、浦东创投跟投,原有股东上实资本、凯风创投继续追加投资。

2025-06-17 15:34

Precisio Biotix获资助开发细菌性阴道病(BV)新型工程裂解酶疗法资讯

Precisio Biotix获资助开发细菌性阴道病(BV)新型工程裂解酶疗法

今日(6月17日),美国生物技术公司Precisio Biotix Therapeutics, Inc (简称Precisio,靶抗生物)今日宣布获得盖茨基金会的资助,用于研发针对细菌性阴道病(BV)相关致病...

2025-06-17 12:50

1.98万/针,国内首款干细胞药品商业化落地资讯

1.98万/针,国内首款干细胞药品商业化落地

在获批半年后,首款干细胞药品正式开启商业化落地。

2025-06-17 09:44

国家药监局支持创新药发展,拟30个工作日内完成临床试验申请的审评审批资讯

国家药监局支持创新药发展,拟30个工作日内完成临床试验申请的审评审批

纳入创新药临床试验审评审批30日通道的申请,应当为中药、化学药品、生物制品1类创新药。

2025-06-16 22:04

诺和诺德与阿里健康启动战略合作,助力慢病管理数字化升级资讯

诺和诺德与阿里健康启动战略合作,助力慢病管理数字化升级

2025年6月16日,诺和诺德与阿里健康宣布达成战略合作。在国家持续推进“体重管理年”行动的背景下,双方将依托诺和诺德百余年深耕慢病领域的专业经验和创新治疗方案,以及阿里健...

2025-06-16 14:58

治疗阿尔茨海默病国产新药断货与思考资讯

治疗阿尔茨海默病国产新药断货与思考

近日,许多患者家属反映买不到治疗阿尔茨海病的新药甘露特钠胶囊,经过了解,也证实该药在许多医院和药店确实“断货”,作为中国治疗阿尔茨海默病处方量最大的药物之一,也是目...

文/上海市精神卫生中心肖世富 广州医科大学附属第二医院刘军 北京和睦家医院李慧英 2025-06-16 11:35

连续第四年,2025年纠正医药购销领域和医疗服务中不正之风工作要点发布资讯

连续第四年,2025年纠正医药购销领域和医疗服务中不正之风工作要点发布

发挥穿透式审计监督优势,加强医药行业专项审计。打通从原材料采购、药品耗材生产、招标采购的监管通路,将监管重点向生产端覆盖。探索建立药品生产加工到流通使用全过程可追溯...

2025-06-13 22:55

国家卫健委:人间传染的高致病性病原微生物实验活动审批管理办法资讯

国家卫健委:人间传染的高致病性病原微生物实验活动审批管理办法

本办法适用于三级、 四级实验室从事《人间传染的病原微生物目录》 规定的应当在三级、 四级实验室开展的人间传染的高致病性病原微生物或者疑似高致病性病原微生物实验活动的审批。

2025-06-13 22:34

半年融资超2亿元,美创医疗攻克“卡脖子”技术资讯

半年融资超2亿元,美创医疗攻克“卡脖子”技术

此次融资将加速美创医疗在医用植入级ePTFE材料产线建设、创新产品研发及商业化推广上的布局,助推中国高端医疗器械真正实现进口替代。

2025-06-13 13:22

拟再易主,派林生物或变为央企控股企业资讯

拟再易主,派林生物或变为央企控股企业

日前,派林生物发布公告称,中国生物技与派林生物控股股东共青城胜帮英豪投资合伙企业(简称“胜帮英豪”)签署收购框架协议,拟受让后者持有的21 03%股份。若本次交易顺利推进...

2025-06-13 12:43

依视路®星趣控®亮相Vision China 2025,重磅发布依视路®星趣控®2.0镜片资讯

依视路®星趣控®亮相Vision China 2025,重磅发布依视路®星趣控®2.0镜片

在2025年视觉健康创新发展国际会议(Vision China)期间,儿童青少年近视管理品牌依视路®星趣控®重磅发布全“星”一代儿童青少年解决方案——依视路®星趣控®2 0镜片

2025-06-13 11:28

景嘉航完成数千万元天使轮融资,专注新型靶向放射性药物开发资讯

景嘉航完成数千万元天使轮融资,专注新型靶向放射性药物开发

近日,杭州景嘉航生物医药科技有限公司(AB-RayBio Therapeutics,简称“景嘉航”)完成数千万元人民币的天使轮融资,由杭实资管领投,正

2025-06-13 10:53

CDE:已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如何申请组合包装?资讯

CDE:已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如何申请组合包装?

已取得药品批准文号的两种或者两种以上具有独立的适应症和用法用量的化学药品,如申请组合包装,应通过什么途径提出申请,申报资料有什么要求?

2025-06-12 21:44

赛诺菲加速尼塞韦单抗全球发货,提前数月助力医务工作者应对今年RSV流行季资讯

赛诺菲加速尼塞韦单抗全球发货,提前数月助力医务工作者应对今年RSV流行季

赛诺菲将于2025年第三季度初启动尼塞韦单抗的全球发货工作,以确保在2025-2026年呼吸道合胞病毒流行季来临前,实现广泛供应。

2025-06-12 17:31

瑞辅达医疗完成数千万元B轮融资,加速国产辅助生殖技术创新与全球化布局资讯

瑞辅达医疗完成数千万元B轮融资,加速国产辅助生殖技术创新与全球化布局

由中金资本管理的基金领投,连云港经济技术开发区产业基金跟投

2025-06-12 16:16

因诺惟康完成数千万元A+轮融资,深耕基因递送技术临床转化与平台创新资讯

因诺惟康完成数千万元A+轮融资,深耕基因递送技术临床转化与平台创新

由天创资本领投,新投资人及老股东跟投

2025-06-12 15:51

CDE发布《先进治疗药品的范围、归类和释义(征求意见稿)》资讯

CDE发布《先进治疗药品的范围、归类和释义(征求意见稿)》

本文件所称先进治疗药品,是指符合药品相关管理规定,按照药品的路径进行研制、生产、经营、 使用和监管,且经体外操作生产并在人体内发挥预期功能的细胞治疗药品、基因治疗药...

2025-06-11 22:06

安图生物注销了一控股子公司资讯

安图生物注销了一控股子公司

近日,安图生物发布公告称,公司控股子公司安图莫比已完成注销手续,该公司是安图生物与Mobidiag Oy(以下简称Mobidiag)在6年前成立的合资企业,伴随着注销,如今正式落幕。

2025-06-11 15:25