創新

基 于光波導的光電傳感器

讓柔性仿生機械手感知物體形狀與材質

●創新點

由于其連續和自然運動的特點，流體動力軟驅動器已經在一系列機器人應用中顯示出了強大的潛力。盡管有這些優勢，使用這些驅動器的機器人仍需要植入可伸縮傳感器，從而具備更加復雜的功能。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量信號的復合材料。很多這樣的傳感器都有滯后、制造復雜、化學性能不穩定、材料與驅動器不相容等缺點。如果帶有光學性能的材料被用于信號傳導，那么上述的很多問題都能解決。美國康奈爾大學機械和航天工程系的研究人員通過將可伸縮的光波導用于人工手的應變傳感，實現了這一目標。

●方法和結果

該研究團隊采用四步軟光刻工藝和3D打印模具制造纖芯（光會通過纖芯傳輸）和覆層（波導的外表面）。當其一端裝配發光二極管（LED），而另一端為光電二極管時，這種基于彈性體光波導的傳感器可用于監測任何變形（拉伸、彎曲與壓縮）對光傳播的影響。將傳感器整合在機械手內部，就能探測通過其身體傳送進來的力度，以及執行各種任務，如抓取、探測形狀和紋理等。由于光波導傳感器以及驅動器主體共享材料庫，使得更多的傳感器可被整合于驅動器，甚至取代驅動器主體，以實現更高的傳感器密度。

應用前景

這項研究突顯了柔性光波導作為傳感器的通用性。由于光波導傳感器輸出信號極其精確且可重復，可以利用機器學習技術將輸入映像到輸出，或通過收集大量數據以執行更微妙的對象辨識。未來，這項技術將被應用到假肢、關懷機器人、工業抓手等眾多領域。

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 驗室成功生成造血干細胞

可用于治療白血病或其他血液疾病

●創新點

血液細胞的生發和轉化，要靠造血干細胞，它是所有血細胞的原始細胞。造血干細胞產生于胚胎發育期間，成年人的造血干細胞存在于骨髓之中，并負責補充紅細胞、白細胞和血小板的供應量。當這些細胞不能正常工作時，血紅細胞的供應就會受到影響。可以說，大部分白血病都直接或間接地與造血干細胞異常相關。患有這些疾病的人需要通過來自健康捐獻者的骨髓進行治療（用造血干細胞實現治療），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，美國哈佛大學附屬波士頓兒童醫院喬治·戴利（George Daley）團隊在實驗室中成功培育出了造血干細胞，這對白血病等血液疾病的治療有重要的意義。

●方法和結果

戴利的團隊以成人皮膚細胞和其他細胞作為原材料。他們先通過現有的方法將細胞重新編程，使其轉變為誘導型多能干細胞（iPSC）。通過干預形態素（Morphogen）信號通路將多能干細胞轉化為生血內皮細胞，然后通過ERG、HOXA5、HOXA9、HOXA10、LCOR、RUNX1 以及SPI1這7個轉錄因子，生血內皮細胞被誘導成造血干細胞樣細胞。這些造血干細胞都具有分化成為髓系、B細胞和T細胞的能力，與人體中天然存在的造血干細胞非常相似。

應用前景

如果上述研究成果可以順利轉化為臨床治療方法，就為我們提供了一種產生數量上足以進行臨床移植的正常干細胞的途徑，這有助于我們最終治愈遺傳性或獲得性血液疾病。同時，這一研究成果對于解決當今骨髓庫骨髓緊張、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胞無限制地供應造血干細胞和血液成為可能。

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.