新视网膜假体工作原理类似太阳能电池

 
    本报讯 据物理学家组织网5月13日报道，美国斯坦福大学医学院开发出一种类似于太阳能电池系统的视网膜假体，可通过手术植入视网膜下面，帮助那些因退行性眼病而失明的患者恢复视力。相关论文发表在今天出版的《自然·光子学》杂志上。

    老年性黄斑变性、视网膜色素变性等视网膜退行性病变患者，其视网膜感光细胞缓慢退化，最终会导致失明，但内部视神经基本未损，还能将来自感光细胞的信号传输给大脑。视网膜假体则能帮助患者重见光明。

    研究人员介绍说，他们的新型视网膜假体装置有一对专门设计的目镜，上面装有微型摄像机和处理视觉数据流的微型计算机，生成的图像显示在嵌在目镜中的微型液晶显示器上，显示器发出近红外激光脉冲将播放图像投射在一个光电硅芯片上，芯片植入视网膜下，只有一根头发的1/3那么薄。芯片上的光敏二极管会产生电流，引发视网膜信号传给大脑，由此让患者获得视觉。

    “其工作原理就像太阳能电池，把光转化为电流，不同的是电流是在视网膜中引发。”论文高级作者之一、眼科学副教授丹尼尔·帕兰克说，视网膜好比胶片或数字芯片，每个感光细胞是一个像素。他们用光敏二极管代替了这些感光细胞，每个像素就像一个小型太阳能电池，受到光照会产生电流，电流再刺激视网膜内层中的视神经元。由此产生一种瀑布效应，激活视网膜外层的神经节细胞，向大脑发出视觉信息，让患者能够看见。

    目前已有其他类型的视网膜假体进入临床试验，但这些设备的移植手术非常笨重，要在眼睛里植入线圈、电缆或天线，以向植入的视网膜供电并提供信息。最新设备用近红外光来传播图像，不需要任何电线光缆，而且非常薄，易于植入。“手术只要把一个小包植入视网膜下，然后在其中放入光电电池。”帕兰克说，而且这种光电电池还能在眼中大量排布，提供更广阔的视域。

    实验中，研究小组制作了一个铅笔尖大小、含有几百个光敏二极管的芯片，并用正常小鼠和失明小鼠的视网膜作为变性视网膜模型。他们把该芯片放在视网膜下面，并在神经节细胞层上放了一个多电极阵列，以检测电流活动。发出光脉冲后，无论是可见光还是近红外光，都在光敏二极管中产生了电流。

    正常小鼠的神经节对可见光的刺激反应和预期一样，并对近红外光产生了类似反应。在失明小鼠视网膜中，正常光线只能引起微弱反应，近红外光引发了强烈反应，几乎达到了正常小鼠视网膜的水平。

    初步实验数据显示视觉信号正在到达大脑，目前实验仍在进行中。斯坦福大学已经为这一系统中的两项技术申请了专利。

    （常丽君）