3D列印的仿生眼原型：未來有望幫助盲人復明！

09-01

導讀

近日，美國明尼蘇達大學的研究團隊首次在半球面上完全由3D列印製造出光接收器陣列。這項研究發現標誌著朝著創造「仿生眼」的目標邁出了重要的一步。有朝一日，這種仿生眼將幫助盲人復明或者提高正常人的視力。

背景

如果一個人失去手指，意味著他將無法通過觸摸感知東西，這的確是一件很痛苦的事情。但是，創新技術卻可以幫助到這樣的人。之前，筆者曾為大家介紹過，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科研人員創造出了一種仿生指尖，它可以連接到截肢人群的上肢神經，讓他們實時感覺到物體表面的粗糙或光滑，從而讓他們的手指恢復部分的觸覺。

（圖片來源：Hillary Sanctuary / EPFL）

雖然失去手指會給人帶來巨大的痛苦，然而眼睛對於人類的意義似乎顯得更重要，正如海倫凱勒在其名著《假如給我三天光明》中所描述的：

「我自小就只能用指尖去『看』人家的臉，只能覺察歡喜、悲痛，以及其他明顯的情緒變化。我須借觸摸朋友的臉去認識他們。視力正常，便一下子能看到眼前的人微妙的表情變化、肌肉的輕顫、手的擺動，從而更容易了解對方，那是多麼令人愉悅的事啊。」

為此，科學家們一直都努力探索研發「

仿生眼

」，讓失明者重見光明。例如，筆者曾介紹的一種

仿生眼

：「Argus II 視網膜假體系統」。它是美國 FDA 批准的世界上第一個用於因重度視網膜變性而失明的人恢復視覺功能的系統。此技術通過在眼球視網膜植入晶元，戴上特別的眼鏡，讓因視網膜色素 / 黃斑變性而導致的失明患者重見光明。

（圖片來源：Second Sight）

創新

今天，讓我們繼續來看一個探索開發「仿生眼」的新的研究案例。近日，美國明尼蘇達大學（

University of
Minnesota

）的研究團隊

首次在半球面上完全由3D列印製造出光接收器陣列

。這項發現標誌著朝著創造「仿生眼」的目標邁出了重要的一步。

有朝一日，這種仿生眼將幫助盲人復明或者提高正常人的視力。

（圖片來源：明尼蘇達大學，McAlpine 研究小組）

8月28日

，這項研究成果在材料科學的同行評審期刊《先進材料（

Advanced Materials

）》上發表。論文作者也持有這種3D列印的半導體器件的專利權。

論文的合著者之一、

明尼蘇達大學機械工程系副教授

Michael
McAlpine

表示：「仿生眼通常被認為是科幻，但現在我們採用多材料3D印表機，比以往任何時候都更加接近這一目標。」

技術

研究人員從一個

半球形玻璃穹頂入手，演示了他們是如何克服在曲面上列印電子器件所面臨的挑戰。他們利用定製的3D印表機，從銀粒子基油墨開始研究。施加的油墨會待在原地，均勻地變干，而不是從曲面上流淌下來。然後，研究人員採用半導體聚合物材料來列印光電二極體，將光線轉化為電力。整個過程花費約1小時。

McAlpine

及其團隊因為在單個平台上集成3D列印、電子學和生物學而出名。幾年前，他們就因為列印了一個「仿生耳」而受到了國際關注。從那時起，他們就已經3D列印了

外科實踐

所用的栩栩如生的仿生器官、作為「仿生皮膚」使用的電子織物，

直接在活動的手掌上的電子器件，以及可以幫助脊髓損傷患者恢復某些功能的細胞與支架。

McAlpine 創造仿生眼的動機稍微有點出於私人考慮，她說：「我媽媽一隻眼失明，每當我談起我的工作，她就會說，『你什麼時候能幫我列印一隻仿生眼？』」。

價值

McAlpine 表示，這項工藝最令人驚喜的部分就是，他們通過完全由3D列印製造的半導體實現了達25%的光電轉化效率。

McAlpine 表示：「我們要常規地列印有源電子器件還有很長的路要走，但是我們3D列印的半導體正在開始顯示，它們的效率有望比得上微細加工設備中製造出的半導體器件。此外，我們可以在曲面上輕易地列印半導體器件，而他們不能。」

未來

McAlpine 表示下一步將會創造一個原型，它將具有更多、更加高效的光接收器。他們也想要找到一個能在柔軟的半球狀材料上進行列印的方法，這種柔軟的半球狀材料可以植入到真實的眼睛中。

關鍵字

3D列印
、半導體、仿生學

參考資料

【1】https://twin-cities.umn.edu/news-events/research-brief-researchers-3d-print-prototype-bionic-eye

【2】Sung Hyun Park,
Ruitao Su,
Jaewoo Jeong,
Shuang‐Zhuang Guo,
Kaiyan Qiu,
Daeha Joung,
Fanben Meng,
Michael C. McAlpine.

3D Printed Polymer Photodetectors

. Advanced Materials, 2018 DOI: 10.1002/adma.201803980

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