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美國設(shè)計(jì)出能在激光照射下收縮的肌肉細(xì)胞
閱讀：213 發(fā)布時間：2013-7-26| 提 供 商 | 上海撫生實(shí)業(yè)有限公司 | 資料大小 | 26.7KB |
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美國設(shè)計(jì)出能在激光照射下收縮的肌肉細(xì)胞
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道,，美國麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家通過基因改造，設(shè)計(jì)出了能在激光脈沖照射下收縮的肌肉細(xì)胞,。這種光敏組織可被用于構(gòu)建關(guān)節(jié)型仿生機(jī)器人,，使其在移動時也能具備和人類一樣的力量和靈活性。相關(guān)研究論文發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》雜志上,。
研究人員基于骨骼肌進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),，因?yàn)槠浔刃募』蚱交《家獜?qiáng)勁有力，在人類跑步,、走路或進(jìn)行其他物理運(yùn)動時會被用到,。自然情況下，神經(jīng)元會發(fā)射電子脈沖以刺激肌肉,，從而引發(fā)肌肉收縮,。在實(shí)驗(yàn)室中,，科學(xué)家通常會使用帶有微弱電流的電極作為肌肉纖維的刺激源。這種技術(shù)雖然有效,，但很笨重,，而且電極所需的電力也會使機(jī)器人陷入缺電的困境。
不同的是,，這次科研人員改用短波激光脈沖來作為外界刺激源,，希望骨骼肌細(xì)胞也能在激光的刺激下發(fā)生抽動。研究人員首先對成肌細(xì)胞進(jìn)行了基因改造,，使其能夠表達(dá)出光激蛋白,。隨后將成肌細(xì)胞融進(jìn)了較長的肌肉纖維，并用20毫秒的藍(lán)光脈沖對其進(jìn)行照射,。結(jié)果顯示,，當(dāng)大量的激光束照射在纖維束上時，所有的纖維都發(fā)生了收縮,。
另外,，他們還將肌纖維和水凝膠互相混合，形成了三維的肌肉組織,，并利用激光對這些組織進(jìn)行刺激測試,。研究人員發(fā)現(xiàn)，三維肌肉也會按同樣的方式進(jìn)行彎曲和收縮,，因此利用小型的微機(jī)械芯片對肌肉組織的力量進(jìn)行了測量,。這種芯片內(nèi)包含多個“井”，每個里面都放置了兩幅容易彎曲的紙片,。他們把肌肉條粘著在每個紙片上,，隨后用激光刺激它們。當(dāng)肌肉收縮時,，其也將帶動紙片向內(nèi)彎曲,；由于每張紙片的硬度已知，他們能通過其彎曲的角度計(jì)算出肌肉的力量大小,。
研究人員表示,，這是*借助光照成功刺激骨骼肌收縮的研究，為控制肌肉提供了新的“無線”方式,。這種技術(shù)也可為高度靈活的仿生機(jī)器人奠定基礎(chǔ),，其可在1毫米范圍內(nèi)提供10度的自由度，在醫(yī)療設(shè)備,、藥物篩選,、導(dǎo)航和移動系統(tǒng)等方面能得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)裝置還可作為肌肉訓(xùn)練中心，以增強(qiáng)肌肉組織的力度和韌度,，這對因臥床不起缺乏鍛煉而導(dǎo)致肌肉張力下降的病患而言是個福音,。