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薄膜熱電冷卻器恢復(fù)病人幻肢冷感

2023-08-01 09:03:13  |  來 源:科技日報(bào)  點(diǎn)擊:
科技日報(bào)北京7月30日電 (記者張佳欣)據(jù)最新發(fā)表在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上的論文,美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研究人員開發(fā)了世界上最小、強(qiáng)度最大、速度最快的制冷設(shè)備之一——可穿戴式薄膜熱電制冷器(TFTEC),并與神經(jīng)科學(xué)家合作,幫助截肢者通過他們的幻肢感知溫度。

研究人員表示,當(dāng)一個(gè)人失去部分肢體時(shí),殘肢內(nèi)的神經(jīng)可能會(huì)導(dǎo)致其感覺擁有幻肢?;謴?fù)溫度感覺有實(shí)際應(yīng)用,比如鑒別飲料是冷飲還是熱飲,還有可能改善假肢的情感體現(xiàn)。

由此,TFTEC應(yīng)運(yùn)而生,其速度和強(qiáng)度足以匹配人體快速感知溫度變化的能力?,F(xiàn)在,截肢者可利用TFTEC告知幻肢的哪個(gè)部位能感受到溫度。

TFTEC只有約1毫米的厚度,重量只有0.05克,類似于一條膠帶,可在不到1秒的時(shí)間內(nèi)提供高強(qiáng)度冷卻。它的能源效率比當(dāng)今最常見的熱電設(shè)備高出兩倍,用于制造發(fā)光二極管的半導(dǎo)體工具也可輕松制造這種設(shè)備。

為了測試TFTEC的功效,研究人員繪制了4名截肢者假肢的熱感覺圖。在寒冷探測任務(wù)中,TFTEC在所有參與者的幻肢中都會(huì)產(chǎn)生涼爽的感覺,而傳統(tǒng)的熱電技術(shù)只在其中一半的人中做到這一點(diǎn),且TFTEC的速度快了8倍,強(qiáng)度提高了3倍。此外,TFTEC使用的能源是目前熱電設(shè)備的一半。

這為各種應(yīng)用提供了新的可能,例如改進(jìn)假肢、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的觸覺模式以及用于疼痛管理的熱療法。其還具有各種潛在的工業(yè)應(yīng)用,如用于衛(wèi)星上的能量收集等。

以前有觀點(diǎn)認(rèn)為,幻肢是一種心理問題,是患者對自身身體認(rèn)識不清,或失去部分肢體后否認(rèn)自己有殘缺。但后來核磁共振告訴人們,當(dāng)患者感覺幻肢在移動(dòng)時(shí),腦皮層相應(yīng)區(qū)域也在活動(dòng),就和真的肢體移動(dòng)的情況是一樣的。在本文的研究中,最新設(shè)備生成了真實(shí)且信息豐富的信號,讓截肢者有了“感知”。當(dāng)殘肢內(nèi)的神經(jīng)仍在那里時(shí),他們或許無法拿起一杯熱水,但應(yīng)該能感受到杯壁的溫度。