近日，美国俄亥俄州立大学助理教授和合作者研发出一款无线触觉传感系统，它由三个部件组成：

第一部分是一个平行板电容力传感器，包含一个上层二氧化硅板、一个中层二氧化硅板和两板间的空隙；

第二部分是一个微型的无线传输模块，可用于完成植入传感器、以及可穿戴信号中继单元之间的能量通信和数据通信；

第三部分是具有生物相容性和完全隔绝水汽的封装，即通过激光熔合技术，将传感器和电路完全封装在二氧化硅晶片中。

封装之后的系统尺寸为直径 6 毫米、厚度 1.7 毫米，外观是一个圆形结构。通过一个侧面皮肤切口，课题组把传感系统植入到猕猴手的指尖末节下方并缝合皮肤。

经测试发现，植入的电容传感系统的灵敏度为 0.8pF/N，且拥有良好的可重复性和动态响应。

随后，该团队在动物身上开展了针对植入式传感系统的耐受性研究。他们把一个直径 3 毫米的传感器模型植入到猕猴的指尖。结果发现创伤在 3 周内愈合，猕猴没有并发症和感染迹象，表现出了优良的耐受性，且没有出现其他不适或自伤行为的迹象。

从体外实验和体内实验来看，这款植入式电容传感器系统的外形尺寸十分适合在指尖皮下植入，并且可以准确地测量触觉力。

总的来说，本次成果为失去触觉感知能力的瘫痪病人提供了一种实现触觉和运动恢复的新途径，能在广泛的触觉压力范围之内提供优秀且稳定的敏感性。

同时，其所采用的生物兼容封装，对于可植入感知系统的研究有广泛的实用价值，尤其是将有希望改变瘫痪人群的生活。

根据全球卫生组织的估计，全球范围内有数百万人患有不同程度的瘫痪。许多人遭受永久性的手臂和手部功能障碍。这些幸存者无法执行日常生活的基本活动，而且他们中的 85% 失去了就业机会。

除了失去工作机会之外，四肢瘫痪患者的终身护理成本超过了 2 百万美元。因此，家庭和社会承担的经济负担相当巨大。

瘫痪时，脊椎神经系统的损伤或功能障碍会中断大脑和肌肉之间的通信，导致肌肉控制受损并通常伴随感觉丧失。

瘫痪患者要想恢复日常活动，就需要两方面的硬件基础，一是需要神经刺激器对肌肉进行受控刺激以诱发运动，二是需要传感器向大脑提供手与物体互动的体感反馈。

近年来，已有学者进行神经刺激器相关的研究，利用脑机接口控制的刺激，瘫痪患者可以在没有感觉的情况下恢复手的运动能力。

然而，将感觉反馈引入这些脑机接口控制的刺激仍然是一个未解决的挑战。虽然可穿戴传感器可以为传递触觉功能提供潜在解决方案，但它们也伴随着一些不足之处，如使用寿命有限、在下雨洗澡等场景下使用不便、以及美观度不佳等。

在本次研究之中等人另辟蹊径，以患者的全天候使用为前提，并把目标定为：开发首个植入式触觉传感器系统，帮助瘫痪患者实现正常人生活状态下的手部触觉。

即通过传感器将捕获的信号无线传输到脑起搏器，脑起搏器则能激活传感器对应的体感区域，从而完成与脊椎神经信号反馈相同的功能，并产生触觉。

自 2017 年立项以来，该团队逐步攻克了一个又一个技术难点，包括用于运动感知和神经刺激的可植入式微电子机械系统传感器，用于信号和能量通信的超低功耗的无线集成电路，以及神经和肌肉行为的动物实验等。

研究伊始，他们探索了如何匹配医学和工程之间的接口。将医生对于性能的要求（如尺寸符合植入需求、测量范围满足日常使用、生物可兼容）转换到具体器件上。

后来，他们从美国食品及药物管理局批准的植入式医疗系统着手寻找合适的可植入材料，考虑了加工过程与电路的可兼容性和可满足长期植入的气密性封装，通过仿真确认了满足尺寸要求的器件测量原理、量程、灵敏度。

来源：传感器专家网