基於2D材料的新一代人工視網膜

科學家們報告說，他們已經成功開發並測試了世界上第一個超薄人造視網膜，這將可以大大改善盲人現有的植入式視覺技術。這種基於非常薄的2D材料的靈活的設備，有朝一日可能會讓數百萬視網膜疾病患者恢復視力。通過一些修正，該設備就可用於跟蹤心臟和大腦活動。

今天，研究人員在第256屆美國化學學會（ACS）全國會議暨博覽會上展示了他們的研究成果。

「這是第一次證明可以使用少量石墨烯和二硫化鉬來成功製造人工視網膜，」Nanshu Lu博士說。 「雖然這項研究還處於起步階段，但使用這些材料來恢復視力是一個非常激動人心的起點。」她補充說，這種裝置也可以植入身體的其他部位，以監測心臟和大腦的活動。

視網膜位於眼睛後部，包含特殊的稱為視桿和視錐細胞的專用感光細胞，可將入射光轉換為神經信號。這些脈衝通過視神經進入大腦，並被解碼成視覺圖像。

諸如黃斑變性、糖尿病性視網膜病和色素性視網膜炎等疾病可損害或破壞視網膜組織，導致視力喪失或完全失明。許多這些疾病是無法治癒的，但硅基視網膜植入物已經為一些人成功恢復了視力。

然而，Lu說這類器件通常是剛性的，扁平的並且易碎，使得它們難以複製視網膜的自然曲率。結果，基於硅的視網膜植入物經常產生模糊或扭曲的圖像，並且可能導致周圍眼組織（包括視神經）的長期應變或損傷。

來自德克薩斯大學奧斯汀分校的Lu和她在首爾國立大學的合作者Dae-Hyeong Kim博士尋求開發更薄，更柔韌的替代方案，以更好地模仿天然視網膜的形狀和功能。

研究人員們使用二維材料，包括石墨烯和二硫化鉬，以及金，氧化鋁和硝酸硅的薄層，以創建柔韌、高密度和彎曲的感測器陣列。該器件類似於扁平足球或二十面體的表面，符合天然視網膜的大小和形狀，而不會對其造成干擾。

在實驗室和動物研究中，器件上的光電探測器很容易吸收光線並將其通過柔軟的外部電路板。電路板封裝有許多電子元件，這些電子元件用於對光進行數字處理，刺激視網膜和從視覺皮層獲取信號。

基於這些研究，研究人員們確定這種人造視網膜原型具有生物相容性，並成功模仿人眼的結構特徵。他們說這可能是開發下一代軟生物電子視網膜假體的重要一步。

更進一步地，Lu正在探索將這項技術整合到機械和光學上難以察覺的電子紋身的方法，這些紋身層壓在皮膚表面以收集實時健康信息。Lu表示，該團隊計劃在這些透明的電子紋身上添加晶體管，以幫助放大大腦或心臟的信號，以便更容易監控和治療大腦和心臟。

這些超薄感測器和電極也可以植入心臟表面以檢測心律失常。Lu說，醫生可能會對這些感測器進行編程，使其像小型心臟起搏器一樣，通過心臟發出電脈衝來糾正問題。

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