211service.com
Hur man bygger ett bioniskt öga
Folk tänker inte två gånger på att bära ett Bluetooth-headset för att ha konversationer på sina mobiltelefoner. Tja, en dag kanske det inte är ovanligt att bära en kontaktlins som projicerar telefonens display direkt på ögat. Forskare vid University of Washington har tagit ett viktigt första steg mot att bygga kontaktlinser som skulle kunna göra just det. Genom att integrera metallkretsar och lysdioder (LED) i en polymerbaserad lins har de skapat en funktionell krets som är biologiskt kompatibel med ögat.
Ögonen har det: Forskare byggde en biokompatibel kontaktlins med fungerande lysdioder, som visas här. De hoppas att framtida versioner av linsen kan fungera som en biomedicinsk sensor eller tillhandahålla en display som överlagras på en persons synfält.
Om du tittar på strukturen av en lins, är det bara en enkel polymer, säger Babak Parviz , professor i elektroteknik vid University of Washington. Ett antal forskare lägger elektronik i polymerer för att bygga flexibla kretsar eller displayer, till exempel. Vad vi insåg var att vi kan göra många funktionella enheter som är riktigt små, och de kan integreras i en kontaktlins för att göra mycket mer än att bara förbättra synen, säger Parviz.
Teamet skapade den elektroniska linsen med två huvudsakliga syften i åtanke, säger han. Ett av målen var att se om det skulle vara möjligt att bygga en heads-up-display som kunde lägga bilder på en persons synfält, samtidigt som hon kunde se den verkliga världen. Det skulle vara en sorts augmented reality, förklarar Parviz. (Se TR10: Augmented Reality .) Soldater kunde använda tekniken för att se information om sin miljö, insamlad från sensorer. Eller civila kan använda den elektroniska linsen som en mobiltelefonskärm, för att se vem som ringer och för att titta på videor under en pendling, även om dessa mål är långsiktiga, säger han.
En annan möjlig tillämpning är att använda linsen som en sensor som kan övervaka kemiska nivåer i kroppen och meddela användaren om de indikerar tecken på sjukdom. Även om Parviz inte kommer att gå in på detaljer om de specifika sensorerna som hans team gör, förklarar han att många hälsoindikatorer kan övervakas från ögats yta. De levande cellerna på ögat, säger han, är i indirekt kontakt med blodserum, som innehåller biomarkörer för sjukdomar. Om en sensor designad för att ta upp dessa biomarkörer var inbyggd i en lins, skulle läkare kunna ha ett helt nytt, icke-invasivt verktyg för sjukdomstester. Dessutom kan linsen kontinuerligt övervaka förändringar över tid, vilket ger en mer komplett bild av en persons hälsa.
Dessa ansökningar är visserligen år borta. Men Parviz och hans team har lagt grunden för arbetet. I en artikel som presenterades på Internationell konferens för mikroelektriska mekaniska system i Tucson, AZ, förra veckan, beskriver forskarna hur de skapade en lins med 16 fungerande lysdioder. Linsen var gjord av ett polyetentetraftalatsubstrat - den typ av plast som används i dryckesflaskor - som var täckt med metalltrådar för att ansluta lysdioderna.
Förutom ledningar använde forskarna kemikalier för att skapa cirkulära fördjupningar där lysdioderna skulle placeras. Parviz noterar att en utmaning med att bygga fungerande elektronik och optoelektronik i plast är att dessa enheter måste tillverkas med hög värme som skulle smälta plasten. För att komma runt detta problem tillverkade hans team lysdioder på ett separat substrat, vilket säkerställde att enheterna enkelt kunde tas bort och överföras till plastlinsen.
Därefter belade forskarna de färdigmonterade elektroniska linserna med polymetylmetakrylat (PMMA), ett biokompatibelt material. PMMA används också för att täcka hårda kontaktlinser, säger Parviz, vilket gör att hans linser mer liknar hårda kontakter än de mjuka kontakter som de flesta människor bär idag. I det sista steget formade forskarna plasten till formen av en lins.
När teamet testade linserna var kretsen livskraftig och lysdioderna tändes. Forskarna placerade också linsen i en kanins öga i 20 minuter och fann inga negativa effekter. Men de slog inte på elektroniken medan linsen var i kaninens öga. Jag tror att vi måste vara försiktiga med vad som händer med ögat när det tänds, säger Parviz. Det är en fungerande krets. Det kan generera lite värme. Vi måste vidta alla möjliga försiktighetsåtgärder för att säkerställa att detta är säkert. Även om det är sant att människokroppen kan motstå en rad temperaturer, måste kretsarna i slutändan designas för att förbruka ultralåga mängder ström.
Idén med att bygga en krets i en kontaktlins är intressant – det fångar uppmärksamheten, säger George Whitesides , en professor i kemi vid Harvard som inte är knuten till projektet. Det har varit något som andra säkert har pratat om, men jag har åtminstone aldrig sett någon form av implementering. Whitesides tillägger att detta är ett tidigt steg, och det finns fortfarande frågan om att ge kraft till linsen medan den är i ögat. Dessutom har University of Washingtons prototyp ingen tydlig funktion.
Ett av nästa steg för teamet kommer att vara att öka antalet lysdioder på linsen till ett par hundra, i hopp om att göra en hållbar skärm. Just nu är lysdioderna cirka 300 mikrometer i diameter, vilket uppenbarligen begränsar antalet av dem som kan sättas på en lins. Dessutom tenderar lysdioder i denna storlek att gå sönder i linsformningsprocessen. Parviz team kommer att försöka krympa lysdioderna till 30 mikrometer i framtida experiment, vilket kan göra det möjligt för linsen att visa några hundra pixlar, säger han.