全球每30秒就有人因糖尿病而被截肢整條腿。這些患者通常患有神經病變，下肢喪失知覺，無法覺察到由不合適的假體造成的損傷，最終慘遭截肢。

據麥姆斯咨詢報道，加拿大科學家利用支持微流控的柔性機器人技術開發的新型假肢，有望大大減少腳踝到膝關節間截肢患者的皮膚潰瘍和疼痛。該項研究以“Air microfluidics-enabled soft robotic transtibial prosthesis socket liner towards dynamic management of residual limb contact pressure and volume fluctuation”為題發表于美國物理聯合會出版社（AIP Publishing）出版的《生物微流體》（Biomicrofluidics）期刊。

基于微流控的柔性機器人假肢制造過程示意圖

全球超過80%的患者下肢截肢是由糖尿病足潰瘍引起的，眾所周知，糖尿病并發癥會引起下肢不確定時間的水腫，使其體積增大10%或更多。

用于下肢截肢者的微流控柔性機器人假肢原型的概念驗證圖（左）和原型照片（右）（來源：滑鐵盧大學滑鐵盧微流控實驗室）

通常，截肢后使用的假肢含織物和硅膠襯墊，患者可通過增加或移除它們來提高其貼合度。截肢者需要手動更換襯墊，但神經病變導致感覺不靈敏，使更換襯墊變得困難，這可能導致殘肢部位更多的損傷。

該論文的合著者、滑鐵盧大學（University of Waterloo）的Carolyn Ren說：“我們并不是創造了一種新型的假肢承窩，而是用集成了柔性流體致動器的單層襯墊取代了傳統的硅、織物假肢襯墊，該新型襯墊作為接口層。這些致動器是根據殘肢的解剖學結構設計的，在不同的壓力下充氣，以減輕假肢佩戴者的疼痛感并防止壓瘡。”

科學家們從一種最近開發的裝置著手，該裝置使用氣動致動器來調節假肢承窩的壓力。這個原始裝置相當笨重，限制了其在現實場景中的應用。

為了解決這個問題，該科研團隊開發了一種使致動器小型化的方法。他們設計了一個帶有10個集成氣動閥門的微流控芯片來控制每個致動器。整個系統由一個微型氣泵和兩個向微流控芯片提供空氣的電磁閥控制。該控制箱小且輕，可以作為假肢的一部分佩戴。

該團隊包括在假肢裝置方面擁有豐富經驗的醫務人員，他們提供了一份假肢承窩所需壓力的詳細圖解。研究小組對每個致動器提供的接觸壓力進行了廣泛的測量，并將這些數據與可以正常使用的假肢所需的壓力進行了比較。

研究發現，10個致動器均能產生預期范圍內的壓力，這表明新設備將在現實場景中運行良好。未來的研究工作，將在更逼真的生物模型上測試該方案。

該科研團隊計劃進行進一步研究，將壓力傳感器直接集成到假肢襯墊中，可能會使用含有壓力傳感材料的新型柔軟針織織物。

論文鏈接：
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0087900

審核編輯 ：李倩