Ett team av forskare vid University of Minnesota har, för första gången, helt 3-D-utskrivna en rad ljusreceptorer på en halvsfärisk yta. Denna upptäckt markerar ett betydande steg mot att skapa ett "bionic eye" som en dag kan hjälpa blinda människor att se eller seende människor att se bättre.

Forskningen publiceras idag i Avancerade material , en peer-reviewed vetenskaplig tidskrift som täcker materialvetenskap. Författaren innehar också patentet för 3-D-tryckta halvledande enheter.

"Bioniska ögon brukar ses som science fiction, men nu är vi närmare än någonsin med en multimaterial 3-D-skrivare, sa Michael McAlpine, en medförfattare till studien och University of Minnesota Benjamin Mayhugh Docent i maskinteknik.

Forskare började med en halvsfärisk glaskupol för att visa hur de kunde övervinna utmaningen med att skriva ut elektronik på en krökt yta. Med hjälp av deras specialbyggda 3D-skrivare, de började med en basfärg av silverpartiklar. Det dispenserade bläcket stannade på plats och torkade jämnt istället för att rinna nedför den krökta ytan. Forskarna använde sedan halvledande polymermaterial för att skriva ut fotodioder, som omvandlar ljus till elektricitet. Hela processen tar ungefär en timme.

McAlpine sa att den mest överraskande delen av processen var effektiviteten på 25 procent i att omvandla ljuset till elektricitet som de uppnådde med de helt 3D-tryckta halvledarna.

"Vi har en lång väg att gå för att rutinmässigt skriva ut aktiv elektronik på ett tillförlitligt sätt, men våra 3-D-tryckta halvledare börjar nu visa att de potentiellt kan konkurrera med effektiviteten hos halvledande enheter tillverkade i mikrotillverkningsanläggningar, " sa McAlpine. "Dessutom, vi kan enkelt skriva ut en halvledande enhet på en krökt yta, och de kan inte."

McAlpine och hans team är kända för att integrera 3D-utskrift, elektronik, och biologi på en enda plattform. De fick internationell uppmärksamhet för några år sedan för att trycka ett "bioniskt öra". Sedan dess, de har 3-D-tryckta naturtrogna konstgjorda organ för kirurgisk praktik, elektroniskt tyg som kan fungera som "bionic hud, "elektronik direkt på en rörlig hand, och celler och byggnadsställningar som kan hjälpa människor som lever med ryggmärgsskador att återfå en viss funktion.

McAlpines drivkraft att skapa ett bioniskt öga är lite mer personlig.

"Min mamma är blind på ena ögat, och när jag pratar om mitt arbete, hon säger, "När ska du skriva ut ett bioniskt öga till mig?" sa McAlpine.

McAlpine säger att nästa steg är att skapa en prototyp med fler ljusreceptorer som är ännu mer effektiva. De skulle också vilja hitta ett sätt att skriva ut på ett mjukt halvsfäriskt material som kan implanteras i ett riktigt öga.

McAlpines forskargrupp inkluderar University of Minnesotas maskinteknikstudent Ruitao Su, postdoktorala forskare Sung Hyun Park, Shuang-Zhuang Guo, Kaiyan Qiu, Daeha Joung, Fanben Meng, och student Jaewoo Jeong.