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新視網膜假體工作原理類似太陽能電池

鉅大LARGE  |  點擊量:125次  |  2020年05月12日  

摘要
美國斯坦福大學醫學院開發出一種類似于太陽能電池系統的視網膜假體,可通過手術植入視網膜下面,幫助那些因退行性眼病而失明的患者恢復視力。相關論文發表在今天出版的《自然·光子學》雜志上。 老年性黃斑變性 ...

美國斯坦福大學醫學院開發出一種類似于太陽能電池系統的視網膜假體,可通過手術植入視網膜下面,幫助那些因退行性眼病而失明的患者恢復視力。相關論文發表在今天出版的《自然·光子學》雜志上。


老年性黃斑變性、視網膜色素變性等視網膜退行性病變患者,其視網膜感光細胞緩慢退化,最終會導致失明,但內部視神經基本未損,還能將來自感光細胞的信號傳輸給大腦。視網膜假體則能幫助患者重見光明。


研究人員介紹說,他們的新型視網膜假體裝置有一對專門設計的目鏡,上面裝有微型攝像機和處理視覺數據流的微型計算機,生成的圖像顯示在嵌在目鏡中的微型液晶顯示器上,顯示器發出近紅外激光脈沖將播放圖像投射在一個光電硅芯片上,芯片植入視網膜下,只有一根頭發的1/3那么薄。芯片上的光敏二極管會出現電流,引發視網膜信號傳給大腦,由此讓患者獲得視覺。


“其工作原理就像太陽能電池,把光轉化為電流,不同的是電流是在視網膜中引發?!闭撐母呒壸髡咧?、眼科學副教授丹尼爾·帕蘭克說,視網膜好比膠片或數字芯片,每個感光細胞是一個像素。他們用光敏二極管代替了這些感光細胞,每個像素就像一個小型太陽能電池,受到光照會出現電流,電流再刺激視網膜內層中的視神經元。由此出現一種瀑布效應,激活視網膜外層的神經節細胞,向大腦發出視覺信息,讓患者能夠看見。


目前已有其他類型的視網膜假體進入臨床試驗,但這些設備的移植手術非常笨重,要在眼睛里植入線圈、電纜或天線,以向植入的視網膜供電并供應信息。最新設備用近紅外光來傳播圖像,不要任何電線光纜,而且非常薄,易于植入?!笆中g只要把一個小包植入視網膜下,然后在其中放入光電電池?!迸撂m克說,而且這種光電電池還能在眼中大量排布,供應更廣闊的視域。


實驗中,研究小組制作了一個鉛筆尖大小、含有幾百個光敏二極管的芯片,并用正常小鼠和失明小鼠的視網膜作為變性視網膜模型。他們把該芯片放在視網膜下面,并在神經節細胞層上放了一個多電極陣列,以檢測電流活動。發出光脈沖后,無論是可見光還是近紅外光,都在光敏二極管中出現了電流。


正常小鼠的神經節對可見光的刺激反應和預期相同,并對近紅外光出現了類似反應。在失明小鼠視網膜中,正常光線只能引起微弱反應,近紅外光引發了強烈反應,幾乎達到了正常小鼠視網膜的水平。


初步實驗數據顯示視覺信號正在到達大腦,目前實驗仍在進行中。斯坦福大學已經為這一系統中的兩項技術申請了專利。


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