科學家以石墨烯開發出人工視網膜

病變的視網膜(圖:Thammanoon Khamchalee/Shutterstock.com)

近日,一組研究人員於美國化學學會全國會議暨博覽會(National Meeting & Exposition of the American Chemical Society)上發表其研究結果,表示已成功開發出新一代的人工視網膜(artificial retina)。

這種人工視網膜以石墨烯(graphene)等二維材料為基礎所製成,比過去使用的人工視網膜更具有彈性,並更符合人體眼球構造,有望恢復世上數百萬的視網膜疾病患者的視力,且稍經修正後,也能應用於大腦及心臟的生理狀態追蹤。

視網膜

視網膜位於眼球的後方,具有特殊的光感受器——視錐細胞(cones cells)及視桿細胞(rods cells),能夠將外界的光訊號轉為神經訊號,並透過視神經(optic nerve)傳遞至大腦解讀。而黃斑部病變( macular degeneration )、糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy)、視網膜色素病變(retinitis pigmentosa)等疾病,會造成視網膜組織的損害,使得視力退化甚至失明。

這些疾病至今仍沒有完全治癒的醫療方法,雖然一些病例能以人工矽基視網膜晶片稍微恢復視力。但人工矽基視網膜晶片的彈性較差,無法完全模仿人體視網膜的曲度。往往造成視覺的影像模糊,甚至對眼球周圍造成壓力而損害周遭組織。

人工視網膜

美國德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)的魯南姝博士(Nanshu Lu)及韓國首爾大學(Seoul National University)的金大鉉博士(Dae-Hyeong Kim),以石墨烯、二硫化鉬(molybdenum disulfide)及單層的金、鋁、氮化矽(silicon nitrate),開發出類似二十面體(icosahedron)表面曲度的人工視網膜感測晶片,能夠完美的貼合人體眼球的構造。

研究人員以動物實驗及電路測試裝置上的光接受器訊號轉換效果。實驗結果顯示,此原型晶片具有與人體視網膜相近的性能,且成功模仿人體視網膜構造。

未來發展

研究團隊也正在發展此晶片的其他用途,試圖將其應用於能貼於皮膚表面的「電子刺青」(e-tattoo)。這種晶片能蒐集人體的即時生理資訊,加入電晶體後,能放大大腦和心臟的神經訊號,以便更容易監控和治療。

魯博士表示,未來醫師可在晶片上編寫程式。當晶片在心臟接收到不尋常的心律失調訊號時,能夠如同心律調節器(pacemakers)一樣給予電流刺激,以便及時治療。

 

參考資料:

  1. A new generation of artificial retinas based on 2D materials. (n.d.). ACS
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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