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美國設計出能在激光照射下收縮的肌肉細胞
閱讀：192 發布時間：2013-7-26| 提 供 商 | 上海撫生實業有限公司 | 資料大小 | 26.7KB |
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美國設計出能在激光照射下收縮的肌肉細胞
據物理學家組織網報道，美國麻省理工學院和賓夕法尼亞大學的科學家通過基因改造，設計出了能在激光脈沖照射下收縮的肌肉細胞。這種光敏組織可被用于構建關節型仿生機器人，使其在移動時也能具備和人類一樣的力量和靈活性。相關研究論文發表在《芯片實驗室》雜志上。
研究人員基于骨骼肌進行了實驗，因為其比心肌或平滑肌都要強勁有力，在人類跑步、走路或進行其他物理運動時會被用到。自然情況下，神經元會發射電子脈沖以刺激肌肉，從而引發肌肉收縮。在實驗室中，科學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。這種技術雖然有效，但很笨重，而且電極所需的電力也會使機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，希望骨骼肌細胞也能在激光的刺激下發生抽動。研究人員首先對成肌細胞進行了基因改造，使其能夠表達出光激蛋白。隨后將成肌細胞融進了較長的肌肉纖維，并用20毫秒的藍光脈沖對其進行照射。結果顯示，當大量的激光束照射在纖維束上時，所有的纖維都發生了收縮。
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行刺激測試。研究人員發現，三維肌肉也會按同樣的方式進行彎曲和收縮，因此利用小型的微機械芯片對肌肉組織的力量進行了測量。這種芯片內包含多個“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。當肌肉收縮時，其也將帶動紙片向內彎曲；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。這種技術也可為高度靈活的仿生機器人奠定基礎，其可在1毫米范圍內提供10度的自由度，在醫療設備、藥物篩選、導航和移動系統等方面能得到廣泛應用。相關裝置還可作為肌肉訓練中心，以增強肌肉組織的力度和韌度，這對因臥床不起缺乏鍛煉而導致肌肉張力下降的病患而言是個福音。