基 于光波導(dǎo)的光電傳感器

讓柔性仿生機(jī)械手感知物體形狀與材質(zhì)

●創(chuàng)新點(diǎn)

由于其連續(xù)和自然運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，流體動(dòng)力軟驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)在一系列機(jī)器人應(yīng)用中顯示出了強(qiáng)大的潛力。盡管有這些優(yōu)勢(shì)，使用這些驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人仍需要植入可伸縮傳感器，從而具備更加復(fù)雜的功能。目前，可伸縮傳感器通常依賴于帶有電氣性能的材料和用于測(cè)量信號(hào)的復(fù)合材料。很多這樣的傳感器都有滯后、制造復(fù)雜、化學(xué)性能不穩(wěn)定、材料與驅(qū)動(dòng)器不相容等缺點(diǎn)。如果帶有光學(xué)性能的材料被用于信號(hào)傳導(dǎo)，那么上述的很多問題都能解決。美國康奈爾大學(xué)機(jī)械和航天工程系的研究人員通過將可伸縮的光波導(dǎo)用于人工手的應(yīng)變傳感，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

●方法和結(jié)果

該研究團(tuán)隊(duì)采用四步軟光刻工藝和3D打印模具制造纖芯（光會(huì)通過纖芯傳輸）和覆層（波導(dǎo)的外表面）。當(dāng)其一端裝配發(fā)光二極管（LED），而另一端為光電二極管時(shí)，這種基于彈性體光波導(dǎo)的傳感器可用于監(jiān)測(cè)任何變形（拉伸、彎曲與壓縮）對(duì)光傳播的影響。將傳感器整合在機(jī)械手內(nèi)部，就能探測(cè)通過其身體傳送進(jìn)來的力度，以及執(zhí)行各種任務(wù)，如抓取、探測(cè)形狀和紋理等。由于光波導(dǎo)傳感器以及驅(qū)動(dòng)器主體共享材料庫，使得更多的傳感器可被整合于驅(qū)動(dòng)器，甚至取代驅(qū)動(dòng)器主體，以實(shí)現(xiàn)更高的傳感器密度。

應(yīng)用前景

這項(xiàng)研究突顯了柔性光波導(dǎo)作為傳感器的通用性。由于光波導(dǎo)傳感器輸出信號(hào)極其精確且可重復(fù)，可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將輸入映像到輸出，或通過收集大量數(shù)據(jù)以執(zhí)行更微妙的對(duì)象辨識(shí)。未來，這項(xiàng)技術(shù)將被應(yīng)用到假肢、關(guān)懷機(jī)器人、工業(yè)抓手等眾多領(lǐng)域。

Source：Huichan Zhao, Kevin O’Brien, Shuo Li, et al.Optoelectronically innervated soft prosthetic hand via stretchable optical waveguides[J].Science Robotics, 2016, 1(1): eaai7529.

實(shí) 驗(yàn)室成功生成造血干細(xì)胞

可用于治療白血病或其他血液疾病

●創(chuàng)新點(diǎn)

血液細(xì)胞的生發(fā)和轉(zhuǎn)化，要靠造血干細(xì)胞，它是所有血細(xì)胞的原始細(xì)胞。造血干細(xì)胞產(chǎn)生于胚胎發(fā)育期間，成年人的造血干細(xì)胞存在于骨髓之中，并負(fù)責(zé)補(bǔ)充紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的供應(yīng)量。當(dāng)這些細(xì)胞不能正常工作時(shí)，血紅細(xì)胞的供應(yīng)就會(huì)受到影響?？梢哉f，大部分白血病都直接或間接地與造血干細(xì)胞異常相關(guān)?；加羞@些疾病的人需要通過來自健康捐獻(xiàn)者的骨髓進(jìn)行治療（用造血干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)治療），而找到匹配的骨髓很困難，陌生人之間骨髓的匹配概率僅為百萬分之一。2017年5月，美國哈佛大學(xué)附屬波士頓兒童醫(yī)院喬治·戴利（George Daley）團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中成功培育出了造血干細(xì)胞，這對(duì)白血病等血液疾病的治療有重要的意義。

●方法和結(jié)果

戴利的團(tuán)隊(duì)以成人皮膚細(xì)胞和其他細(xì)胞作為原材料。他們先通過現(xiàn)有的方法將細(xì)胞重新編程，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導(dǎo)型多能干細(xì)胞（iPSC）。通過干預(yù)形態(tài)素（Morphogen）信號(hào)通路將多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為生血內(nèi)皮細(xì)胞，然后通過ERG、HOXA5、HOXA9、HOXA10、LCOR、RUNX1 以及SPI1這7個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，生血內(nèi)皮細(xì)胞被誘導(dǎo)成造血干細(xì)胞樣細(xì)胞。這些造血干細(xì)胞都具有分化成為髓系、B細(xì)胞和T細(xì)胞的能力，與人體中天然存在的造血干細(xì)胞非常相似。

應(yīng)用前景

如果上述研究成果可以順利轉(zhuǎn)化為臨床治療方法，就為我們提供了一種產(chǎn)生數(shù)量上足以進(jìn)行臨床移植的正常干細(xì)胞的途徑，這有助于我們最終治愈遺傳性或獲得性血液疾病。同時(shí)，這一研究成果對(duì)于解決當(dāng)今骨髓庫骨髓緊張、配型困難等問題具有非常積極的意義。此外，這也讓通過獲取萬能供血者的細(xì)胞無限制地供應(yīng)造血干細(xì)胞和血液成為可能。

Source：Ryohichi Sugimura,Deepak Kumar Jha, Areum Han, et al.Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells[J].Nature, 2017，545：432～438.