香港科技大学团队打造世界上首个3D人工眼球

原创 我爱代挂网  2020-09-20 13:17:25  阅读 62 次 评论 0 条
摘要:

当我睁开眼睛,发现自己竟然什么也看不见,眼前一片黑暗时,我像被噩梦吓到一样,惊恐、悲伤极了,那种感觉让我今生永远难以忘怀。海伦·凯

香港科技大学团队打造世界上首个3D人工眼球第1张-我爱代挂网

“当我睁开眼睛,发现自己竟然什么也看不见,眼前一片漆黑时,我像被噩梦吓到一样,恐慌、悲痛极了,那种感受让我今生永远难以忘怀。”

海伦·凯勒写下的这段话是若干后天失明者久久难以忘怀的梦魇。

“若是给我三天灼烁,我会瞥见若干器械啊!”这又是若干盲者的期盼。

克日,香港科技大学范志勇团队在Nature上公布的一款3D人工眼球给瞽者带来了新的福音。该团队打造了一款完全模拟人眼结构而来的电化学眼睛(EC-EYE),直径约为2cm,与人眼巨细相当。这也是天下上首个3D人工眼球。

“除了在结构上与人眼相似外,这款半球形的人造眼球视网膜的纳米线阵列密度比人类视网膜的光感受器密度高得多,因此有可能实现更高的图像分辨率。”团队在论文中先容。

不仅如此,实验效果显示,EC-EYE具有比人眼更强的感光度和灵敏度。经由进一步提升设计,它甚至可以消除人的视野盲点。

“看诸如《星际迷航》、《机械人》等科幻电影时,我曾想过要制作出一种‘超人眼’,用于人形机械人和有视觉障碍的人。那时候,我的学生们以为这是教授的又一个疯狂主意。”现在,范志勇显然离自己的梦更近了一步。

“若是一切都按计划举行的话,那么该手艺有可能在5年内落地应用。”

每年,全球有700万人失明

对于人类来说,80%的环境信息要通过眼睛获取,足见双眼的重要性。但遗憾的是,视觉障碍现在仍然是全球范围内没有完全解决的难题。

天下卫生组织(WHO)去年公布的《天下视力讲述》指出,全球至少有22亿人正在蒙受视力受损或失明的痛苦,瞽者数目每年增添700万。其中至少10亿人本可以预防或通过需要的医疗或照顾护士服务来解决近视、远视、青光眼、白内障等问题。

WHO设在日内瓦的防盲及防聋计划主任Thylefors强调,每年在中国约有45万人失明,这意味着险些每一分钟就会泛起一个新的瞽者。

即便随着科技进步,越来越多的医疗手段正在泛起,如矫正近视的飞秒手术。但视网膜色素、老年性黄斑等永久性的功效损伤,照样会逐渐剥夺患者眼前的天下,直到漆黑一片,最好的眼科医生看着这一切的发生也无能为力。

幸亏,科学家们一直在坚持研发仿生眼,且已经取得了一些希望。

所谓仿生眼,实际上就是打造一个视网膜假体,通过一系列光电信号转化,将信号传递给视神经,并传导入大脑。随后,这些信号会被剖析为图像,仿生眼就能乐成“看”到了。

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在EC-EYE之前,一家名为Second Sight的美国医疗产物公司已经推出了仿生眼装备Argus II,并于2013年获美国食药监局(FDA)批准上市销售。

仿生眼早就有了,但一戴就得戴一套

从外观上看,Argus II是一副带有微型摄像头的眼镜。摄像头拍到的画面会传送到处理器上举行剖析,转换为大脑可以明白的信号,该信号经无线传输给植入眼球内部的人工视网膜,后者将其送往大脑。

虽然Argus II另有很大的缺憾,好比使用未便,以及使用者只能模模糊糊看到是非的轮廓和光影,就像给天下打了一层厚厚的马赛克,再好比高达15万美元的售价,但这仍让后天失明的人感受十分知足。

2015年是68岁的美国老人艾伦·泽拉德失明的第十个年头。患上严重视网膜色素的他,在10年前与妻子娶亲时,甚至没来得及看上一眼自己的新婚妻子。在被植入Argus II的人工视网膜并戴上了整套装备后,艾伦首次看到了妻子的容颜。

“亲爱的,你真美。”惊呼后,艾伦痛哭失声。

距离Argus II上市已经由去了七年,虽然科学家们一直希望能够打造一款能够直连大脑的眼球性人造眼,但苦于主流的商用电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器均为平面结构,将之组装为视网膜那样的半球形极为难题。

而只有半球形的视网膜才气由于透镜原理,实现正常聚焦的成像。

港科大突破人造视网膜

范志勇团队的3D人工眼球之所以引人关注,正是由于它是天下上第一个可以将人工视网膜制造成半球形状,从而在外观上完全仿造人眼的设计。若是能够临床应用,将能让失明者更容易、也更清晰地重新见到这个天下。

详细从构造上来看,团队通过在半球形氧化铝膜上排布高密度钙钛矿纳米线(nanowires)阵列来模拟人类视网膜上的光感受器,其后头毗邻的液态金属线用来模拟人类视网膜后的神经纤维,以此实现了人造半球形视网膜的设计。

尔后,团队将人造视网膜装入由硅聚合物做成的眼窝中,前半侧则是由铝和钨膜支持的半球形壳体,内部充满离子液,与人眼玻璃体的存在相似。

除外观外,直接排布在半球形膜层上的纳米传感器密度更高,可达4.6 x 10^8/平方厘米,是正常人眼视网膜光感受器细胞密度的40余倍,理论上完成更高分辨率的成像。

不仅如此,实验获得的数据与人眼对比的效果也给人们带来极大惊喜。一方面,EC-EYE对光的敏感度与人眼相当;另一方面,人工视网膜对光的敏感度更高。纳米线阵列受到光信号刺激后,会在19.2毫秒内响应并天生电流,是人眼反应时间的一半。

不外,EC-EYE虽有突破,却还存在很大的限制。好比生产工艺上,液态金属导线若何进一步减小直径到与其毗邻的纳米线相匹配,而这种细小零件带来的量产的贫苦也很难解决,制造成本将极为高昂。

再者,一个知识是,电化学元件性能会逐渐变弱。团队在论文中也指出,在离子液浓度较高的情况下,液体中光透射的性能会下降。因此,人工视网膜能事情多久也尚未可知。

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