Штучну фоточутливу шкіру навчили працювати від моргання

Китайські вчені розробили штучну світлочутливу шкіру, яка здатна працювати автономно за рахунок енергії коливань, наприклад, при ходьбі або при морганні очей. Такий пристрій, зібраний з полімерного композитного матеріалу, можна безпосередньо з'єднати з головним мозком і використовувати як штучну сітківку ока, йдеться в статті, опублікованій в.

Створення штучних пристроїв, які можуть замінювати органи почуттів - актуальне завдання як для медиків (при розробці протезів або штучних органів), так і в контексті розвитку електроніки, що носиться. Одна з основних складнощів при створенні таких пристроїв полягає в тому, що вони повинні крім чутливого елемента містити джерело живлення для автономної роботи і систему передачі сигналу в мозок. Зараз багато подібних технологій існують, проте в комерційне виробництво вони впроваджуються дуже повільно саме через свою складну структуру і високу ціну.

Вчені під керівництвом Синьюя Сюе (Xinyu Xue) з Північно-східного університету (КНР) розробили новий метод створення електронної світлочутливої шкіри, яку можна використовувати в якості штучної сітківки і підключати безпосередньо до мозку. Основним елементом цього пристрою став полімерний композитний матеріал, нанесений кількома шарами на мідну підкладку. Складається цей матеріал з шару діелектричного еластомера полідіметилсілоксану, вкритого шаром полімера поліпірролу, в якому зроблені круглі отвори. При згинанні матеріалу за рахунок трибоелектричного ефекту на вертикальних кордонах полідіметилсілоксану і поліпірролу відбувається поділ носіїв заряду, в результаті чого при замиканні ланцюга по ній починає текти електричний струм, який при цьому ще й змінюється при опроміненні поліпірролу світлом. Таким чином, цей елемент одночасно виконує функції і джерела енергії, і фоточутливого детектора.

Повністю світлочутливий пристрій складається з декількох таких трибоелектричних осередків, кожна з яких служить одним пікселем світлочутливої матриці розміром 4 на 4 або 8 на 8. Між собою ці «пікселі» з'єднуються за допомогою мідних елементів, після чого весь цей пристрій можна прикріпити до шкіри і приєднати за допомогою електрода до головного мозку. Така матриця може детектувати потрапляння на неї світла в ультрафіолетовій і видимій області спектра як від одного, так і від декількох джерел і потенційно може застосовуватися і для розпізнавання зображень.

Для активації пристрою в ньому необхідно запустити трибоелектричний сигнал, для якого досить невеликого механічного руху. Вчені показали, що для отримання потрібного сигналу достатньо навіть моргання очей.

Працездатність запропонованого пристрою вчені перевірили за допомогою стимулювання первинної моторної кори головного мозку миші. Для цього стимулюючий електрод, який отримував сигнал від п'яти паралельно з'єднаних пристроїв, приєднувався до потрібної точки первинної моторної кори, і інформацію про те, що сигнал від пристрою дійшов до миші, вчені отримували по руху хвоста тварини. Якщо трибоелектричний сигнал був слабким, то тварина залишалася нерухомою, однак при збільшенні інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, що потрапляє на детектор, хвіст миші піднімався вгору.

Автори дослідження відзначають, що хоча запропонована ними технологія вимагає значних доопрацювань, вона може значно знизити вартість штучної сітківки. В першу чергу, це пов'язано з простотою запропонованих пристроїв щодо тих варіантів, які впроваджують в медичні технології зараз, а також можливості автономної роботи за рахунок трибоелектричного ефекту.

Розробкою біонічних протезів сітківки вже зараз займаються кілька великих компаній. Наприклад, у 2017 році компанія Second Sight отримала право на проведення клінічні випробувань біонічних імплантатів для відновлення частково або повністю втраченого зору. Ще раніше успішні лабораторні випробування імплантатів сітківки провела компанія Pixium Vision, яка вже в 2016 році приступила до довготривалого клінічного тестування своєї технології.