沈臻懿

让失语者开口说话的人工喉

喇叭、麦克风等声学设备，在我们如今的生活中随处可见。从器件功能的角度来说，喇叭作为发声器件，可单向发出声音，但无法接收声音;反之，作为收声器件的麦克风，则仅仅只能感知和接收声音。这一系统功能的局限性和单一性，在人体器官上同样有着类似的反映。我们都知道，即使是喉头、声带等人体发声器官，同样只能发出声音。若是要感知声音，还必须借助于另外的听觉器官。

那么，有没有这样一种设备，可以同时将声音的发出与声音的感知集成于一体呢？这一新器件的出现，不仅可以弥补传统收、发声器件单一、分立的缺陷，对于先天失语者、喉头切除病患等残障人士来说，无疑更是一大福音！

有科学家在实验室研究中发现，多孔石墨烯的材料优势，完全可能满足新器件收、发同体的要求。此外，多孔石墨烯带给人们的惊喜还远远不止这些。现有的声学设备多采用硬质材料所制成，很难直接穿戴于人体之上。不过，多孔石墨烯具有柔性的材料特点，可用于可穿戴设备的研发。

研究人员将单层石墨烯薄膜进行组合，并采用激光直写技术制成了多孔石墨烯材料。由于多孔石墨烯的结构对于压力尤为敏感，能够对人体喉咙在发声时的轻微振动进行感应，故可利用压阻效应来接收这一声音信息。同时，多孔石墨烯还有着低热容率和高热导率的特性，这能使其利用热声效应发出一定频谱的声音。因此，通过多孔石墨烯材料发明出的“人工喉”设备，在单器件上融合了发出声音、接收声音和柔性可穿戴的三种功能。

然而，残障人士，尤其是先天失语者喉咙发出的轻微振动，与人们通常意义上的喉咙发声并不相同。考虑到不同人的喉咙振动所带来的阻值变动各不相同，“人工喉”设备在使用之前，首先需要结合失语者自身的发声特点，将不同强度、不同频率的声音进行“破译”并形成特定的编码语言。在此基础上，“人工喉”设备就能够对喉咙发出的那些振动进行感知和分析，并将原本并无含义的“特殊声音”，转换为强度、频率可控的声音，从而能够帮助失语者“说出话”。

由于“人工喉”设备的柔性特性，其加载于人体时，可以有着不同的选择模式。其一就是将“人工喉”设备直接植入人体内部。如果觉得这一方式较为烦琐，则可以选择体外穿戴的方式。具体来说，就是将“人工喉”设备做成贴片，直接贴敷在喉咙处进行使用。

可降解的内置电子植入件

对于植入式医疗，想必大部分人都不会陌生。通常有人因骨折受伤，需要植入钢板进行治疗，就属于典型的植入式医疗。除此之外，植入式电子医疗设备也同样属于植入式医疗的范畴。与传统的电子医疗设备相比，植入式的电子器件不仅体积更为小巧、使用更为方便，且能够实时对人体的健康状况进行监测。

不过，现有的植入式电子医疗器件尽管有着诸多优势，但其基本都由含金、银、铜、铝等难以降解的金属材料所制成，无论是电子医疗器件的植入，还是更换或取出，都需要借助于手术的方式来加以实现，有时难免会因手术而对人体造成二次伤害。为了消除因植入、更换及取出所引发的多次手术，避免电子器件长期滞留人体体内而带来的副作用，人们也在不断探索植入式电子医疗器件的“更新换代”。

近年来，研究人员针对生物的相容性，尝试利用蛋白质、可降解金属、DNA等可降解材料，来研发可降解的内置电子植入件。目前，一款由蛋清与可降解金属制成的电子器件已然问世。该器件的核心部分是一层鸡蛋白，上下电极则由镁、钨两种金属所制成。当这一电子医疗器件被植入人体后，可以对损伤愈合、生命体征、疾病情况进行监测和跟踪，并通过无线方式将信息发送给医生和患者。其可以反复读写百余次，在干燥条件下，器件内的信息能够保存90天左右。

人们只要将可降解的内置电子器件植入体内后，就基本不再需要考虑后续工作。当可降解内置电子植入件完成自己的监测、检查使命后，其不同于当前的植入式电子医疗设备，不需要采用手术方式进行取出。可降解内置电子植入件只需与人体体液接触后，仅仅在三天时间内，器件几乎就能完全被人体体液所溶解并吸收，最终排出体外。这一过程不仅不需要借助专门的器件取出手术，且不会给人体带来任何的负面作用。

除了前述可降解内置电子植入器件外，蛋白质、可降解金属、DNA等可降解材料还可用于更多的疾病诊断与治疗领域。值得期待的是，这一新技术一旦成熟并普及，人们不仅可以减少因仪器检查所带来的时耗与痛楚，还可更为快捷、更为精准地对自身体征进行监测和跟踪。

模仿人类皮肤的“电子皮肤”

包裹在身体表面、与外界直接相接触的皮肤，高度敏感、有弹性且活跃。皮肤中的痛觉、触觉、温度等感受，能够将外部环境的刺激，以电脉冲信号的形式传输至神经中枢，进而令皮肤能够对痛觉、触觉等进行感知。人类皮肤的这一多功能生物特性，也让科学家们看到了新的研究方向。如果能在皮肤感觉功能的基础上，研发出一种性能更佳的“电子皮肤”，无疑对于人们的社会生活等方面有着极大益处。

在诸多材料中，柔性材料与人类皮肤最为接近。因此，在研发这种新型“电子皮肤”时，研究人员也选择使用柔性材料作为基底。在此基础上，通过专门的結构网络，将各类传感器以二维、三维的方式进行多功能集成。柔性材料的可拉伸特点，使得“电子皮肤”的感知、监测范围也可在一定范围面进行拓展。同时，“电子皮肤”上的各个传感单位都可独自运作，并不会相互干扰。

“电子皮肤”所具有的可探测温度、压力及其他外界刺激的陈列和传感器，可以感知到周边环境内的诸多生物、化学、物理等方面的信号。与人类自身的皮肤相比，有着科技力量支撑的“电子皮肤”，在综合性能上已然更为强悍。其在各类传感器的“功能加持”下，可以同时实现对于湿度、温度、压力、磁场、紫外线、应变等多种外部环境刺激的感知与探测。

“电子皮肤”的自身优势，可以使其应用于具有集成功能的智能化假肢、假体之上。将具有触觉、痛觉等传感器的“电子皮肤”包裹在假肢、假体上，不仅可以令智能化假肢、假体增添感知功能，还能使其感知外部环境变化，从而更有助于残障人士的复检与日常生活。残障人士在穿戴拥有“电子皮肤”的智能化假肢、假体后，“电子皮肤”上的传感器可以与安置于皮肤上的电极相连，借助于类似神经传递信号的传感方式，将触感、疼痛感等各种感觉，通过“电子皮肤”传递给假肢、假体的穿戴者。

“电子皮肤”的未来应用前景尚不局限于此。有研究甚至尝试利用“电子皮肤”的柔性与可拉伸特点，研究出可直接贴附于人类皮肤之上的“电子文身”。这种“电子文身”可以直接替代当前手机的电子钱包，只需要扫描皮肤上的“电子文身”，就可以立即完成支付功能。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com