震泽镇派出所:科学家在人类器官仿生领域获得较大突破(图)

　　据国外媒体8月29日报道，伴随着科学技术的飞速发展，人类仿生技术已日臻完善。近期科学家在人类器官仿生领域获得较大突破，以下是2011年15项人体仿生器官重大技术突破：

　　1、DARPA研制的大脑控制机械手臂

　　美国国防部高级研究计划局(DARPA)研制的机械富有传奇色彩，这是一项持续多年的研究项目，斥资1亿美元，但就目前取得的成果来看这项研究计划还是“物有所值”的。这种先进机械手臂可模拟手臂、肘部、手腕和手掌27种不同的自然运动，其中包括：旋转、弯曲和伸展。这项技术的精髓之处在于如何控制机械手臂：美国国防部高级研究计划局希望将微小的芯片植入大脑，将感观和测量到神经束信息，然后将信号传输至机械手臂，整个过程将瞬间内完成。

　　从基本原理上讲，这是一种大脑意识控制的机械手臂。其设计是依据“卢克”机械手臂进行改进的，卢克机械假肢是由狄恩-卡门(赛格威电力代步车的发明者)研制的，但是这种思维控制系统远远超越了卢克机械手臂的脚踏控制系统。如果要将自己打造“组装”成一个全新的机械人，使用受大脑思维控制的超人强劲机械手臂是上选之策。

　　当前状况：今年2月份，美国国防部高级研究计划局加强跟踪这项计划的进度，目前将中断多年以来的研发周期，但依据评据仍需要4-5年时间才能真实使用这款令人惊诧的机械手臂。

　　2、德国奥托博克公司机械手臂

　　2011年5月份，一位叫麦洛的塞尔维亚男子远程来到德国奥托博克假肢公司希望安装一个假肢，他已将瘫痪无知觉的右手切除，并安装上了一个机械手臂。据悉，十几年前他在一次可怕的摩托车事故中受伤，摩托车碰撞之后整个身体在路面侧滑一段距离，他的肩部首次撞在街灯柱上，对于他的伤势并非通过美容化妆能弥补，经过多次手术治疗，他发现自己的右手仍处于瘫痪麻木状态。今年，他最终决定通过手术将这只无用的手臂置换成为一个机械手臂。

　　像美国国防部高级研究计划局(DARPA)研制的机械手臂一样，德国奥托博克公司宣称研制的仿生手臂能够自然控制移动。在这种情况下，人们甚至不必从手臂至手掌建立神经连接，放置在前臂的两个传感器非常灵敏，足以捕捉到信号，获得神经刺激的方式非常类似于自然手臂。奥托博克公司宣称这款机械手臂具有三种移动范围：旋转、弯曲和伸展。同时，可以实现完全手指攥握，目前这款机械手臂还有改进余地，例如：视频显示和提升手臂实际操作能力。

　　麦洛并不是第一位安装奥托博克机械手臂的体验者，1年前澳大利亚奥斯卡尔-阿兹曼(Oskar Aszmann)博士对帕特里克的坏死手臂进行了类似手术，帕特里克的手臂由于遭受电击导致瘫痪麻木，与麦洛的情况十分相似。据悉，麦洛进行的假肢手术也是由阿兹曼操作完成的。目前，帕特里克使用机械手臂可以系鞋带，还能打开酒瓶。

　　当前状况：可安装使用。

　　3、触摸仿生学手指

 　　德国奥托博克公司研制的机械手臂是人们理想的假肢，但出于让假肢保持血肉手掌和机械手指的需求，奥托博克公司的机械手臂已落伍。目前，触摸仿生公司最新研制“领先手指”，这种机械手指只能替换个别手指，而不是整个手掌。但是它们却可以带来惊喜!

　　目前，“领先手指”是全定制化产品，人们无法在商店里购买，每副假肢是依据用户的特殊需求而定制的。像奥托博克机械手臂一样，它们的手指是通过肌电传感器触发，在手臂和手掌上能够响应瞬间肌肉变化，“领先手指”能够挤压和紧握物体。内置的传感器能够显示机械手指什么时候闭合。

　　当前状况：目前“领先手指”已成功应用于几十例手术，安装费用大约5.7万-7.3万美元。

　　4、动力脚BiOM

 　　休-黑尔(Hugh Herr)是美国麻省理工媒体实验室机械组主管，他不仅是“动力脚BiOM”的研发者，还是该机械假肢的使用者。动力脚BiOM是令人惊异的机械前腿。据悉，在黑尔17岁新罕布什尔州徒步旅行时脚部受伤，经过数次外科手术治疗，霜冻和受损组织过于严重，导致黑尔不得不低位截肢，双腿膝盖以下部分进行截肢。

　　失去的腿部更加鞭策黑尔挑战“高度”，在进入麻省理工媒体实验室之前获得了哈佛大学和麻省理工学院的学士学位，之后他工作的新任务就是研制新型假肢，使他能够重新站立起来，继续完成自己的登山愿望。“动力脚BiOM”并不仅仅是一个弹簧装置，它能使人们感知自然环境，并相应地作出反应，在实时适应地形变化状况下，可以反馈100%生物肢体能量。使黑尔现在可以顺利地攀登山脉。

　　当前状况：动力脚BiOM处于市场发行早期阶段，但现已明显地有效投入市场。

　　5、范德比尔特大学膝-踝关节协调假肢

 　　这种假肢是由美国范德比尔特大学研制的，实际上它是首款与仿生脚踝同步响应的假肢膝盖。美国国家科学基金会和国家健康学会投资花费了7年时间制造出这款假肢，它是在传统“被动式”假肢基础上进行技术升级改造。

　　当前状况：目前没有公开销售，当前型号正处于测试。

　　6、视网膜植入患者眼内重见光明

 　　视网膜移植目前仍是一个重大研究课题，现在首次重大成功已见分晓。在过去十年里，我们看到一些成功的研究计划能够将摄像机植入大脑中，但是这种应用受到摄像机较小的限制，所应用的范围较小。目前，德国图宾根市眼科临床大学研究员最新研制一种生化眼，现已成功地植入11位患者。

　　依据芯片植入患者眼睛的差异性，相应的视网膜移植与众不同，完成这项工作视网膜正常地需要实现以下功能：将射入眼睛的光线转换成为电子脉冲，再将这些电子脉冲信号反馈至视觉神经组织。一位芬兰患者植入眼科临床大学最新研制的生化眼芯片之后，能够看到文字，看清时钟，甚至可以分辨拼错的姓名。

　　当前状况：目前这项技术正在进行升级，研究人员正在研制高分辨模式的生化眼，将在皮肤之下植入电源装置。

　　7、人造肌肉可以眨眼让患者恢复视力

 　　目前，科学家最新研制一种电流驱动聚合物人造肌肉(EPAM)，人造肌肉和电池都可藏在人体太阳穴的凹位，从外表很难进行观测。人造肌肉在通电时会呈现舒张状态，断电之后就会收紧使眼睑闭合，再次通电就可再打开眼睑，因此通过开关便能使眼睑开合。专家指出，眨眼可以清洁眼部，湿润眼睛，因此由于中风、受伤、先天或者后天疾病导致永久不能眨眼的病人，很容易出现角膜溃疡致使失明，最新技术可以保住此类病人的视力。研究人员目前正在改良技术，估计五年之内可应用于病人。

　　现在不能正常眨眼的病人主要通过两种技术帮助眨眼，第一种是从腿部移植肌肉纤维到面部;第二种是在眼睑放入细小的黄金制重物，借助地心吸力帮助眨眼。但是第一种方法手术时间较长，又会伤害身体其它部分，年长和虚弱病人不一定适用;用第二种方法的病人大多眨眼速度缓慢，两眼也不能同步眨动。

　　当前状况：目前是第一代产品，进一步的研发仍在进行之中，预计5年之内可应用于患者治疗。

　　8、智能手机代理人工耳蜗处理器

 　　自2007年苹果公司推出iPhone手机后，智能手机已经变成现代人们生活中一个不可缺少的部分。目前，美国FDA已经批准iPhone和iPad 成为医疗影像诊断放射学的辅助产品，智能手机已经全面进入医疗检测领域，并发挥重要作用，比如开始用于阅读CT或者MRI检测结果和分析报告;将iPhone连上显微镜便能用于远程皮肤疾病的诊断等。令科学家们倍加关注的是，美国德克萨斯州大学人工耳蜗实验室研究人员正在研制如何利用智能手机来替代人工耳蜗处理器。

　　这是未来人工耳蜗的一门新技术，具有很大的价值。试想一下，以后的患者不用在植入声处理器，只是植入电极，只需通过智能手机便能将外部的声音信号传入到耳蜗，这样不仅避免手术的风险，还能提高声音的清晰度，尤其在噪音环境下，能大大提高可懂度和交流能力。

　　当前状况：这项技术正处于美国FDA的审批之中。

　　9、内耳：前庭假体

 　　美尼尔氏综合症是一种内耳疾病，遭受该病症的患者将出现失去方向感的眩晕和呕吐恶心。通过食物治疗和药物治疗改变内耳压力可以治愈，电气和电子工程师协会(IEEE)光谱分析称，15%的美尼尔氏综合症患者将从根本上消失内耳功能。美国华盛顿大学生物医学工程师杰伊-鲁宾斯坦(Jay Rubinstein)最新研制出“前庭假体”，声称可以通过电子刺激模拟内耳正常工作。

　　美尼尔氏综合症可导致内耳液体积聚，科学家认为内耳中液体运动将触发前庭神经控制平衡能力的回转仪功能，然而这些内耳内液体并不能成功地排出，因此导致患者时常出现眩晕失去平衡的感觉。

　　前庭假体非常类似于人工耳蜗，从设计原理上是直接发送电子信号至前庭神经，迂回身体自然调控机制，鲁宾斯坦描述这项技术为“需求性起搏器”。

　　当前状况：鲁宾斯坦也是一位医生，今年初完成了首例前庭假体移植，目前在广泛推广之前还需要进行更多的测试。

　　10、测味精确率100%的电子舌头

 　　美国伊利诺斯州大学化学家最新研制一种电子舌头，具有非常高的精确率能够分辨出美国可乐和墨西哥可乐之间的差别。目前这种新型电子装置计划投向食物市场。

　　这种人造电子舌头非常神奇，当甜味接触一些硼酸时通过PH值变化能够精确地测量出甜味程度，在80%的测试当中，能够100%有效地测量出14种不同类型的甜料，这甚至比人体舌头的测味精确率更高。

　　当前状况：2010年夏季伊利诺斯州大学对电子舌头进行了演示，不久它将投入工厂进行制造。

　　11、美国防部研制“真鼻”

 　　美国国防部正在开展一项新的研究，模仿狗的灵敏嗅觉来制造一种能够分辨多种化合物的人造嗅觉探测器。这项研究如果成功将大大提高美军在战区探测化学武器的能力。虽然美军已有多种技术可以探测到生物和化学武器，但是迄今为止，任何人造的探测仪远没有比狗的灵敏嗅觉更加有效。

　　美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在研发的“RealNose”(真鼻)技术，目的就是研制出一种可以与狗的灵敏嗅觉相比甚至更为灵敏的人造探测器。虽然政府已投入数百万美元研究经费以及研究员们夜以计日的技术攻关。

　　RealNose这项研究与国防高级研究计划署上世纪九十年代后期为探测矿山而模拟狗的嗅觉研制的探测器相近。不同的是，这次是力图探测出上千种具有不同特性的化学武器。麻省理工学院过去几年研制的嗅觉感受器是用来辨别气味。RealNose研究组组长布莱恩-库克(Brian Cook)说：“通过使用感受器，研究者们可以扩大其探测不同气味的能力”。圣地亚哥的国际科学应用公司获得了近1800万美元的研究基金来研制人造嗅觉探测器，并预计在2010年底前完成。

　　当前状况：目前仍处于研制初期阶段。

　　12、新型人造心脏让死者停止心跳状态下存活5周

 　　美国出现一个“活死人”，他没了心跳脉搏，却能多活了五星期，原来这是医生为他植入了全球首个没心跳的人工心脏。全球首个没有心跳的活人，是德克萨斯州 55岁患有心脏淀粉样变( Cardiac Amyloidosis)的克雷格-刘易斯( Craig Lewis)，他的身体因为积聚异常蛋白质导致器官衰竭，今年 3月时病情已到末期。眼看即将离世，妻子琳达在无计可施下，决定冒险尝试，要求医生替丈夫植入新设计的人工心脏。

　　琳达称，在植入新款人工心脏后刘易斯由昏迷状态醒转，可以坐起来，甚至和家人交谈，他没有心跳。我听到他胸口只发出嗡嗡低鸣声，很神奇。他想活下去，我们也不想失去他。你永远不知道你可以活多久，但手术是值得的。

　　刘易斯植入人工心脏五星期后，因为肾脏和肝脏衰竭，家人才被迫关掉人工心脏，让他安详死去。无脉搏的刘易斯虽然只活了五周，但医生称人工心脏运行非常“完美”。

　　这个人工心脏以两个心室辅助装置接驳而成，可以取代整个心脏，由德克萨斯州心脏研究所的比利-科恩(Billy Cohn)和布德-弗雷泽(Bud Frazier)医生研发，他们以聚酯纤维、玻璃纤维和硅制造而成，比传统人工心脏工艺更轻巧耐用。科恩表示，人工心脏要做到每年跳动 3,500万次有很大困难，新设计则避过这个难题。他们先在 39只小牛身上做实验，结果证实可行，新人工心脏以旋转模式令血液运行，也减低引起血管栓塞和中风等问题。

　　当前状况：这种无脉动人工心脏目前仅成功地一次进行治疗，尽管治疗成功，但仍需进一步进行测试和改进。

　　13、能够呼吸的人工肺

 　　近期，美国凯斯西保留地大学的科学家们设计出了一款人工肺装置，它可以在植入人体后向人体血液输送氧气，但目前为止输入的氧气必须是纯氧而不能是普通的空气。该设备的大小和真正的肺部类似，内置氧气和二氧化碳的交换膜和血管微流体通道，这为未来肺癌等患者的人工肺移植手术铺平了道路。

　　目前该技术仅限于一些能提供纯氧环境的重症监护病房中使用，未来他们还将继续研发可利用环境空气的人工肺，来真正打开这套系统的价值。

　　当前状况：目前正在对其它动物进行测试，这种人工肺比传统人工肺高效3-5倍。研究小组认为未来十年内将投入市场使用。

　　14、实验室培育出人工肠道

 　　今年夏天，美国洛杉矶沙邦儿童医院研究协会研究人员在实验室内成功培育出老鼠小肠，这对于再生医学是一项重大技术突破。在此前科学家已成功再生兔子骨骼和腿部肌肉，但此次能够在实验室内培育出老鼠肠道令科学家印象深刻。

　　负责这项研究的科学家指出，肠道是部分再生器官，在动物体整个生命历程中肠道细胞持续损失并生长补充。目前培育出的人工肠道是从老鼠肠道每层细胞中采集样本形成的，其中包括：肌肉和上皮细胞，然后将它们移植在老鼠腹部的聚合物层上。它们将受刺激生长成高增长因子蛋白质。

　　当前状况：目前研究小组继续测试人工肠道，着眼于儿科医学治疗，尤其是治疗出生婴儿肠道疾病。

　　15、自身干细胞培育人工气管

 　　今年6月份，意大利干细胞专家保罗-马基亚利尼领导的国际研究小组在瑞典对一名患气管癌的36岁男子实施了人造气管移植手术。当时该患者处于癌症晚期，气管已被完全堵塞，由于没有合适移植配型，只能利用患者自身干细胞培育移植所需气管组织，来进行移植手术。

　　前期准备工作中，科学家们建立了一个支架和一个用于培育病人干细胞的生物反应器，当新细胞成长起来后，科学家将其“种植”在支架上，两天后再将其移植入病人体内。医院方面表示，由于气管使用病人自己的干细胞制成，因此没有发生排斥反应，病人也无需要服用免疫抑制药物。这例移植手术意味着需要移植气管的患者无需等待他人捐赠器官，如在患病初期接受这种治疗，治愈率将显著提高。另外，这种疗法对儿童气管病患者更具意义，因为儿童气管捐赠资源稀少。专家指出，人造结构可被用来制造气管、食管等简单器官，但要想在实验室制造出肾脏或心脏等更复杂的器官，可能还有一定差距。

　　当前状况：完全投入临床应用。