摘要：
高分子光感受器阵列实现与单个视神经元的对接，拥有比神经元更小的光转导单元增强神经信号，并帮助盲鼠恢复视觉的光敏功能。
关键词：光电高分子；微阵列；神经元；人工视网膜；视觉
分类：微纳米；生物医学
视觉是人类最重要的感觉之一。可见光照射在我们的视网膜上，感光细胞将入射的电磁辐射转化为神经信号；视神经通路将收集的信息传导到视觉中枢形成视觉，并在头脑形成图像。如果用人工光感受器代替受损的视网膜，同样在可见光照射下产生视神经电脉冲，则可恢复盲人的视觉。以ArgusII为代表的经典人工视网膜系统在视网膜上植入金属电极阵列，需要小型摄像头捕捉图像和芯片数据处理实现外置式光-电信号转换，最后无线输入电信号刺激视神经，存在着生物组织不相容性、光学分辨率极低的问题。现代生物医学的发展，亟需构建高分辨的柔性人工视网膜实现光电转换以及与视神经系统的直接通讯。
南京大学化学化工学院的沈群东教授课题组联合冯福德教授、南通大学孙诚教授和管怀进教授，利用铁电高分子、共轭高分子和富勒烯衍生物PCBM的复合物薄膜构建了人工光感受器。光感受器可以模拟系列视觉功能，包括对不同色光有着不同的识别能力，光快速开/关下的即时响应以满足视觉对于明暗的快速切换，以及动态追踪移动光斑。
天然视网膜的感光细胞上亿个，它们与双极细胞和神经节细胞之间的连接极其复杂。传统的平面型人工视网膜很难实现与单个神经细胞的对接。为实现人工光感受器与其他神经细胞的精确对应，研究人员利用微加工技术，构建了表面凸起的光感受器微阵列，其中单个感光阵元形状为微米级的金字塔，这使得该人工视网膜拥有比神经细胞尺寸更小的光信号转导单元。高分辨率人工视网膜能够促使与之共培养的神经细胞之间形成更多的连接，同时在光照下产生更强的局部瞬态电场。神经细胞膜上的钙离子通道直接受到瞬态电场的影响，产生可传递的神经信号。叶酸对于神经系统的发育至关重要。为了更好地在人工视网膜-神经细胞层面提升信号的传递，研究人员对共轭高分子进行了叶酸基团的修饰。仿生视网膜几何结构优化和表面化学修饰的双重作用，有效地增进了人工光感受器与神经细胞间的信号转导。
视网膜色素变性是以感光细胞及色素上皮细胞功能丧失为共同表现的疾病。RCS是经典的视网膜色素变性大鼠模型。研究人员采用巩膜外手术的方法，将人工光感受器植入失明老鼠的视网膜下腔。人工视网膜植入后在视网膜下腔内贴合顺畅，没有明显的炎症和其他不良反应。电生理分析和瞳孔对光的反射实验显示盲鼠恢复了视觉的光敏功能。
这项研究为制造高分辨率的人工视网膜系统提供了新的思路，在脑机接口、人工智能等方面也具有发展潜力。相关论文在线发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces(DOI:10./acsami.0c)。南京大学化学化工学院的研究生于正航、陈炜健和南通大学的刘茜为该论文共同第一作者。研究得到国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金等项目的资助。
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