让人造角膜“会眨眼” 南开大学研究团队研发具有感觉的人造智能角膜

时间: 2024-07-02 20:28:30 |   作者: 印染

  角膜是眼睛的“镜头”。据统计,全球约有上千万人因角膜疾病失明,角膜移植是治疗这类疾病的有效方法。但由于角膜供体有限,许多需要角膜移植的患者只能在黑暗里等待。近日,南开大学电子信息与光学工程学院教授徐文涛团队设计并概念验证了一种具有感觉的人造智能角膜,让人造角膜距离人类原生角膜更近了一步。

  角膜看起来薄而透明,实际上是身体神经最密集的部分,当外物触摸角膜时,会引起不自主的眼睑闭合反射(角膜反射)。近年来,研究人员开发的Boston型和MICOF型等多种类型的人造角膜已经应用于临床治疗,这些人造角膜可以承担人类原生角膜的保护和光折射等功能,但不具备触觉感知能力,无法对光或进入眼睛的异物有反应,实现角膜反射。因此,开发具有感觉的人造智能角膜,对解决角膜供体紧缺、治疗角膜疾病具有重要意义。

  徐文涛团队研发的人造智能角膜,通过人造反射弧重建“原生感觉”。团队分别以传感器振荡电路、氧化锌锡(ZTO)纤维基人造突触和电致变色器件作为感受器、处理核心和效应器,实现了对外界机械和光刺激的编码、信息处理以及透射光的调节。团队使用数字对准的ZTO纤维作为人造突触的沟道,探究出了调控长、短程突触可塑性的新方法。ZTO纤维不仅长而连续、绿色无毒、成本低廉、光学性能优异(透过率99.89%,雾度0.36%),而且晶体结构精准可调,进而可定制长、短程突触可塑性,并应用于联想学习和加密通信。

  徐文涛介绍,团队已经将人造智能角膜装备用于机器人进行概念验证,它不仅可以模仿眼轮匝肌的收缩,像人类原生角膜一样具有保护、触觉感知和光折射功能,并且拓展了光感知和环境交互能力,为眼睛在光强度不断变化的环境中提供了额外的自适应保护。

  “未来,经优化后的成熟人造智能角膜在神经修复和视觉康复方面具有广泛的应用前景。”徐文涛说。(张建新、高雨桐)