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人造视网膜项目人造视网膜项目自2014年5月份正式启动以来,历经1年左右的调研和筹备,基本完成微加工、材料制备、电生理等平台的建设,至2016年7月完成了126分辨率的人造视网膜植入体原理样机的设计、加工和组装,并验证了小动物的体内、体外电刺激算法和大动物(家猪)植入手术,预计2017年进行型式检验、生物兼容性试验、动物试验等,2018年申请进入临床。

主要技术进展包括植入体、体外电子、电生理及生物材料等各部分。


1. 植入体的研发

● 完成了126及1024电极的设计、加工和工艺改进,并设计、加工了其高密度机电测试的接口和自制平台,完成初步机电测试(图1a)

● 开发了若干种新型的Pt电极表面电镀工艺进行刺激电极的表面纳米修饰,大幅降低了电化学阻抗,提升了电荷存储能力,且长期稳定性表现优秀。

● 完成了128通道IC的仿真、设计、流片和功能测试,初步实现了高密度、低功耗SoC的模拟电路,可灵活配置刺激电流输出

● 完成了陶瓷及硅基的高密度植入体封装关键技术验证,攻克了一系列材料气密性和生物兼容性连接的困难,成功完成了多次封装方案的设计和加工迭代。在此基础上,完成了植入体各部分的组装、集成和硅胶注塑,正在进行联调及各类测试

2. 体外电子

● 完成了视频的实时处理,并将进一步开发多种高级处理功能及人工智能算法。

● 完成了双频的无线能量和数据传输

3. 电生理

● 完成了体外及体内电刺激的动物试验,多个层面上验证了电刺激的有效性,并进一步研发优化的刺激策略

● 完成了猪眼植入的手术验证,成功在家猪眼内植入126及1024通道的电极阵列,验证了人工视网膜植入手术的可行性。

4. 生物材料

在人造视网膜的植入式器件中柔性电极阵列是唯一植入眼球内的模块,它是通过与视网膜壁直接贴合进行电刺激。为实现人造视网膜的高分辨率,需要在刺激电极的表面增加更多的刺激点,但首先要面对的一个问题则是柔性刺激电极与视网膜界面曲率匹配问题。另外,刺激电极需要长期植入到体内,而由于人体内组织环境较为复杂,同时人体组织会对外来物出现各种排异反应,这就对植入材料生物相容性以及长期稳定性提出了更高要求。

人造视网膜植入体部分示意图(左)及柔性电极阵列(右)


我们通过将温敏材料接枝到聚酰亚胺(PI)薄膜表面,由于温敏材料的相转变温度近人体体温,即可实现柔性电极衬底PI在近人体体温的溶液中实现了曲率改变。与此同时,为了验证温敏材料的抗疲劳特性,我们通过调节水溶液的温度可以实现PI薄膜的可逆卷曲长达10次以上。相关研究成果发表在生物材料国际知名会议EMBC上。

温敏材料在近人体体温的水溶液中发生自动卷曲


温敏材料在25 ℃与40 ℃水溶液中发生可逆卷曲及其循环曲线


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