En ny generation af kunstige nethinder baseret på 2-D materialer

Forskere rapporterer, at de med succes har udviklet og testet verdens første ultratynde kunstige nethinde, der kunne forbedre den eksisterende implanterbare visualiseringsteknologi til blinde. Den fleksible enhed, baseret på meget tynde 2-D materialer, kunne en dag genoprette synet for de millioner af mennesker med nethindesygdomme. Og med nogle få ændringer, enheden kunne bruges til at spore hjerte- og hjerneaktivitet.

Forskerne præsenterer deres arbejde i dag ved det 256. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

"Dette er den første demonstration af, at du kan bruge få-lags grafen og molybdændisulfid til med succes at fremstille en kunstig nethinde, "Nanshu Lu, Ph.D., siger. "Selvom denne forskning stadig er i sin vorden, det er et meget spændende udgangspunkt for brugen af ​​disse materialer til at genoprette synet, " hun siger, tilføjer, at denne enhed også kunne implanteres andre steder i kroppen for at overvåge hjerte- og hjerneaktiviteter.

Nethinden, placeret på bagsiden af ​​øjet, indeholder specialiserede fotoreceptorceller kaldet stave og kegler, der omdanner indkommende lys til nervesignaler. Disse impulser rejser ind i hjernen via synsnerven, hvor de afkodes til visuelle billeder.

Sygdomme som makuladegeneration, diabetisk retinopati og retinitis pigmentosa kan beskadige eller ødelægge nethindevæv, fører til synstab eller fuldstændig blindhed. Der er ingen kur mod mange af disse sygdomme, men silicium-baserede nethindeimplantater har gendannet en vis grad af syn for nogle individer. Imidlertid, Lu siger, at disse enheder er stive, flad og skrøbelig, gør det svært for dem at kopiere den naturlige krumning af nethinden. Som resultat, siliciumbaserede retinale implantater producerer ofte slørede eller forvrængede billeder og kan forårsage langvarig belastning eller skade på omgivende øjenvæv, inklusive synsnerven. Lu, som er på University of Texas i Austin, og hendes samarbejdspartner Dae-Hyeong Kim, Ph.D., der er på Seoul National University, søgte at udvikle en tyndere, mere fleksibelt alternativ, der bedre ville efterligne formen og funktionen af ​​en naturlig nethinde.

Forskerne brugte 2-D materialer, herunder grafen og molybdændisulfid, samt tynde lag guld, aluminiumoxid og siliciumnitrat for at skabe en fleksibel, højdensitet og buet sensorarray. Enheden, som ligner overfladen af ​​en fladtrykt fodbold eller icosahedron, tilpasser sig størrelsen og formen af ​​en naturlig nethinde uden at forstyrre den mekanisk.

I laboratorie- og dyreforsøg, fotodetektorer på enheden absorberede let lys og førte det gennem et blødt eksternt printkort. Printpladen rummede al den elektronik, der er nødvendig for digitalt at behandle lys, stimulere nethinden og tilegne sig signaler fra den visuelle cortex. Baseret på disse undersøgelser, forskerne fastslog, at denne prototype af kunstig nethinde er biokompatibel og med succes efterligner det menneskelige øjes strukturelle træk. De siger, at det kunne være et vigtigt skridt i stræben efter at udvikle den næste generation af bløde bioelektroniske nethindeproteser.

Går fremad, Lu udforsker måder at integrere denne teknologi i mekanisk og optisk umærkelige elektroniske tatoveringer, der er lamineret på hudoverfladen for at indsamle sundhedsoplysninger i realtid. Lu siger, at holdet planlægger at tilføje transistorer til disse gennemsigtige e-tatoveringer for at hjælpe med at forstærke signaler fra hjernen eller hjertet, så de lettere kan overvåges og behandles. Disse ultratynde sensorer og elektroder kan også implanteres på overfladen af ​​hjertet for at detektere arytmier. Lu siger, at læger potentielt kan programmere dem til at fungere som små pacemakere, sende elektriske impulser gennem hjertet for at rette op på problemet.