Forskare rapporterar att de framgångsrikt har utvecklat och testat världens första ultratunna konstgjorda näthinna som avsevärt kan förbättra befintlig implanterbar visualiseringsteknik för blinda. Den flexibla enheten, baserad på mycket tunna 2D-material, kan en dag återställa synen för de miljoner människor med näthinnesjukdomar. Och med några ändringar, enheten kan användas för att spåra hjärt- och hjärnaktivitet.

Forskarna presenterar sitt arbete idag vid 256:e National Meeting &Exposition of the American Chemical Society (ACS).

"Detta är den första demonstrationen att du kan använda fålagers grafen och molybdendisulfid för att framgångsrikt tillverka en konstgjord näthinna, "Nanshu Lu, Ph.D., säger. "Även om den här forskningen fortfarande är i sin linda, det är en mycket spännande utgångspunkt för användning av dessa material för att återställa synen, " hon säger, tillägger att den här enheten också kan implanteras någon annanstans i kroppen för att övervaka hjärt- och hjärnaktiviteter.

näthinnan, ligger på baksidan av ögat, innehåller specialiserade fotoreceptorceller som kallas stavar och kottar som omvandlar inkommande ljus till nervsignaler. Dessa impulser reser in i hjärnan via synnerven där de avkodas till visuella bilder.

Sjukdomar som makuladegeneration, diabetisk retinopati och retinitis pigmentosa kan skada eller förstöra näthinnevävnad, leder till synförlust eller fullständig blindhet. Det finns inget botemedel mot många av dessa sjukdomar, men kiselbaserade retinala implantat har återställt en del av synen för vissa individer. Dock, Lu säger att dessa enheter är styva, platt och ömtåligt, vilket gör det svårt för dem att replikera den naturliga krökningen av näthinnan. Som ett resultat, kiselbaserade retinala implantat ger ofta suddiga eller förvrängda bilder och kan orsaka långvarig påfrestning eller skada på omgivande ögonvävnad, inklusive synnerven. Lu, som är vid University of Texas i Austin, och hennes samarbetspartner Dae-Hyeong Kim, Ph.D., som är vid Seoul National University, försökte utveckla en tunnare, mer flexibelt alternativ som bättre skulle efterlikna formen och funktionen hos en naturlig näthinna.

Forskarna använde 2D-material, inklusive grafen och molybdendisulfid, samt tunna lager av guld, aluminiumoxid och kiselnitrat för att skapa en flexibel, högdensitet och böjd sensoruppsättning. Enheten, som liknar ytan på en plattad fotboll eller icosahedron, anpassar sig till storleken och formen på en naturlig näthinna utan att mekaniskt störa den.

I laboratorie- och djurstudier, fotodetektorer på enheten absorberade lätt ljus och ledde det genom ett mjukt externt kretskort. Kretskortet rymde all elektronik som behövs för att digitalt bearbeta ljus, stimulera näthinnan och få signaler från synbarken. Baserat på dessa studier, forskarna fastställde att denna prototyp av artificiell näthinna är biokompatibel och framgångsrikt efterliknar det mänskliga ögats strukturella egenskaper. De säger att det kan vara ett viktigt steg i strävan att utveckla nästa generation av mjuka bioelektroniska retinalproteser.

Går framåt, Lu undersöker sätt att integrera denna teknik i mekaniskt och optiskt omärkliga elektroniska tatueringar som är laminerade på hudytan för att samla in hälsoinformation i realtid. Lu säger att teamet planerar att lägga till transistorer till dessa genomskinliga e-tatueringar för att hjälpa till att förstärka signaler från hjärnan eller hjärtat så att de lättare kan övervakas och behandlas. Dessa ultratunna sensorer och elektroder kan också implanteras på hjärtats yta för att detektera arytmier. Lu säger att läkare potentiellt kan programmera dem att agera som små pacemakers, skickar elektriska impulser genom hjärtat för att rätta till problemet.