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

创新药价格重磅文件,多部委将举办政策吹风会资讯

创新药价格重磅文件,多部委将举办政策吹风会

4月14日,国办正式对外发布备受业内关注的《关于健全药品价格形成机制的若干意见》。该文件曾在去年2月份对外发布了征求意见稿,此后1年间,业内普遍关注该《意见》何时正式落地。

2026-04-14 22:37

映恩生物拟登陆科创板,募资不超67.5亿元加码ADC研发资讯

映恩生物拟登陆科创板,募资不超67.5亿元加码ADC研发

根据公告,映恩生物-B此次科创板IPO拟发行不超过1577 9190万股人民币股份,占发行后总股本的15%(不含超额配股权)

2026-04-14 19:26

华东医药司美格鲁肽注射液减重适应症上市申请获受理,剑指GLP-1千亿蓝海资讯

华东医药司美格鲁肽注射液减重适应症上市申请获受理,剑指GLP-1千亿蓝海

公司全资子公司杭州中美华东制药江东有限公司收到国家药品监督管理局(NMPA)签发的《受理通知书》,司美格鲁肽注射液上市许可申请获得受理,适用于在控制饮食和增加体力活动的...

2026-04-14 19:03

全国首款外泌体创新药申报IND资讯

全国首款外泌体创新药申报IND

国家药监局药品审评中心(CDE)官网显示,4月13日,上海思德克索生物科技有限公司申报的STX11101注射液新药临床试验申请(IND)正式获得受理,受理号为CXSL2600403,药品类型为...

2026-04-14 18:11

安永发布《“本土药企盈利引擎”模型1.0 ——供应链与财务篇》医药白皮书资讯

安永发布《“本土药企盈利引擎”模型1.0 ——供应链与财务篇》医药白皮书

安永大中华区(后简称:安永)重磅发布《穿越盈利的迷雾:安永“本土药企盈利引擎”模型1 0 ——供应链与财务篇》医药白皮书。

2026-04-14 17:50

31款药品,第一批参照药预沟通药品信息公示资讯

31款药品,第一批参照药预沟通药品信息公示

近日,国家医保局发布第一批参照药预沟通药品信息公示。根据公示信息,此次公布的药品信息为截至3月底收到的拟纳入首次预沟通工作范围的企业申请药品名单。

2026-04-14 15:36

非法收受他人财物,数额特别巨大,毕井泉在济南被提起公诉资讯

非法收受他人财物,数额特别巨大,毕井泉在济南被提起公诉

最高人民检察院依法以涉嫌受贿罪对毕井泉作出逮捕决定,并指定由山东省济南市人民检察院审查起诉。

2026-04-14 14:27

远大医药钇[90Y]微球注射液美国临床达终点,局部肿瘤控制率达100%资讯

远大医药钇[90Y]微球注射液美国临床达终点,局部肿瘤控制率达100%

全球肝细胞癌精准诊疗再树里程碑

2026-04-13 21:17

授权许可费最高至7.45亿美元,海思科与艾伯维达成一项BD交易资讯

授权许可费最高至7.45亿美元,海思科与艾伯维达成一项BD交易

4月13日,海思科宣布日前与美国艾伯维(AbbVie Group Holdings Ltd )签订独占许可协议,授予AbbVie在除中国大陆、香港特别行政区及澳门特别行政区以外的全球范围开发、生产...

2026-04-13 16:09

东阿阿胶与昂心生物 AilsynBio签约启动项目合作资讯

东阿阿胶与昂心生物 AilsynBio签约启动项目合作

此次合作标志着人工智能(AI)与传统医药的深度跨界融合,旨在透过科技赋能生物医药创新。

2026-04-13 13:05

创业板新增第四套上市标准,无盈利要求资讯

创业板新增第四套上市标准,无盈利要求

4月10日,中国证监会发布《关于深化创业板改革 更好服务新质生产力发展的意见》,旨在优化发行上市标准提高包容性和吸引力,更好服务实体经济高质量发展,助力高科技创新。

2026-04-12 16:36

降低医疗医药行贿入罪门槛,两高《解释(二)》发布资讯

降低医疗医药行贿入罪门槛,两高《解释(二)》发布

4月10日,最高人民法院、最高人民检察院共同发布《关于办理贪污贿赂刑事案件适用法律若干问题的解释(二)》(以下简称“《解释(二)》”),这是对2016年发布《关于办理贪污贿...

2026-04-12 12:10

百济神州DLL3/CD3双抗安泰适(注射用塔拉妥单抗)附条件批准上市资讯

百济神州DLL3/CD3双抗安泰适(注射用塔拉妥单抗)附条件批准上市

4月10日,百济神州公司宣布,安泰适(注射用塔拉妥单抗)经优先审评程序获得国家药品监督管理局(NMPA)附条件批准,用于既往接受过至少2种系统性(包括含铂化疗)失败的广泛期...

2026-04-10 19:28

蔚程医药超额完成 5400 万美元 A 轮融资,全面加速肝外递送小核酸疗法临床转化资讯

蔚程医药超额完成 5400 万美元 A 轮融资,全面加速肝外递送小核酸疗法临床转化

本轮融资由启明创投与一家知名产业基金联合领投,弘晖基金、一家知名投资基金、泰福资本共同参与投资,原有投资方杏泽资本持续追加投资

2026-04-10 13:06

诠释重疾诊疗新范式,西门子医疗携创新成果亮相2026 CMEF资讯

诠释重疾诊疗新范式,西门子医疗携创新成果亮相2026 CMEF

今日,西门子医疗以“创新境,为每一个生命”为主题,重磅亮相第93届中国国际医疗器械博览会(CMEF)。

2026-04-09 15:33

磅策医疗完成亿元 B 轮战略融资,加速 AI 手术机器人与消费医疗全球化布局资讯

磅策医疗完成亿元 B 轮战略融资,加速 AI 手术机器人与消费医疗全球化布局

本轮融资由一家国际 AI 科技公司领投,联想创投等老股东持续加码跟投,资金将重点用于核心技术迭代、新产品管线研发与临床注册、商业化渠道拓展及全球化商业布局

2026-04-09 12:38

吉利德预防HIV感染新药拟纳入优先审评资讯

吉利德预防HIV感染新药拟纳入优先审评

4月7日,国家药品监督管理局药品审评中心(CDE)官网显示,吉利德科学(Gilead Sciences)来那帕韦钠片和来那帕韦钠注射液新适应症拟纳入优先审评。

2026-04-09 09:28

因药品生产存在严重缺陷,一药品被取消国家药品集采中选资格资讯

因药品生产存在严重缺陷,一药品被取消国家药品集采中选资格

近日,国家组织药品联合采购办公室发布公告,取消广州合和医药有限公司美索巴莫注射液中选资格,同时将广州合和医药有限公司和委托生产企业成都天台山制药股份有限公司列入违规...

2026-04-07 13:23

上海市药监局核发上海首张干细胞《药品生产许可证》资讯

上海市药监局核发上海首张干细胞《药品生产许可证》

近日,上海市药监局核发上海地区的首张干细胞《药品生产许可证》,上海爱萨尔生物医药股份有限公司也因此成为今年首位获该证的企业。

2026-04-07 11:56

甘李药业一款PROTAC药物完成临床试验I期首例入组资讯

甘李药业一款PROTAC药物完成临床试验I期首例入组

4月3日,甘李药业(603087 SH)发布公告称,其自主研发的GLR2037于近日成功完成Ⅰ期临床试验首例受试者给药。本次临床试验拟开展的适应症为晚期前列腺癌。

2026-04-05 19:55