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【工业之美】3D打印“仿生眼”或帮助失明者复明

“仿生眼”的光电转换率已经达到25%。

图片来源:视觉中国

“黑暗使人更加懂得视力之可贵,寂静教育人懂得声音的甜美。”海伦·凯勒在《假如给我三天光明》中写到。对于失明的人,没有什么比复明更能感到欣喜。

为了帮助失明患者增强视力,研究人员正在研制拥有视力的“仿生眼”。近日,美国明尼苏达大学(University of Minnesota)的研究团队宣布了他们在“仿生眼”研究上的突破,首次使用3D打印技术在半球面上制造出了光接收器阵列。

图片来源:明尼苏达大学网站

如何在曲面上完成打印是研究的难点之一。为此,研究人员启用了一台特制的3D打印机。在打印过程中,他们先在一个半球形玻璃体上用银粒子油墨打印一层底座,这种特制的油墨会在曲面上均匀地变干,而不是顺着曲面流下来。随后,研究人员用半导体聚合材料在底座上打印出能够将光线转变成电信号的二极管。整个仿生眼的打印过程需花费约一个小时的时间。

论文的合著者之一、明尼苏达大学机械工程系副教授McAlpine教授迫切期待“仿生眼”研究的成功。他在明尼苏达大学发布的消息中表示,“我妈妈有一只眼失明,每当我谈起我的工作,她就会说,‘你什么时候能帮我打印一只仿生眼?’”。

McAlpine表示,“在多数人的概念中,‘仿生眼’并不存在于真实世界,但是借助多材料3D打印技术,它比以往任何时候都接近真实。”据他介绍,在最新研究中,“仿生眼”的光电转换率已经达到25%。作为参照,目前1微米厚薄膜太阳能电池的最高光电转换率仅为22.4%。

但是,由于质感坚硬,这种“仿生眼”暂时还无法应用于人体。现在,研究人员正尝试寻找在软体半球状材料上进行打印的方法,以便将其植入眼眶。同时,研究人员尝试增加更多的光受体来增强“仿生眼”的光电转换效率。

事实上,早在2012年已经有人成功植入了“仿生眼”。但此前的“仿生眼”往往需要借助一个装有摄像装置的外置设备。

据《每日邮报》报道,因遗传性视网膜色素变性而视力受损的澳大利亚人戴安·亚施沃斯,通过植入“仿生眼”恢复了部分视力。该“仿生眼”由澳大利亚仿生视觉(Bionic Vision Australia)设计、制造。

这个拥有24个电极的装置,被植入眼睛视网膜附近的脉络膜中,通过刺激视网膜将信号传输到大脑并形成影像。研究人员称,借助该装置,失明者可恢复轻度视力,区分光和黑色物体的明暗对比及边缘。

2013年,美国加利福尼亚州第二视觉公司(Second Sight)研制出的Argus® II视觉恢复系统,获得美国食品药品管理局(FDA)认证,可用于重度视网膜变性。

Argus® II内置装置 图片来源:Second Sight
Argus® II外置设备 图片来源:Second Sight

该系统主要由两部分设备构成:一个是视网膜植入物,包括信号接收器、电子接收盒和电极阵列;一个是体外的穿戴设备,包括一副眼镜、一个摄像头和视频处理器。摄像头捕捉到的视频图像在经过视频处理器处理后,被发送给内置的信号接收器,然后由电极阵列模拟视网膜神经,传递给大脑,并形成影像。

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