Neuroprotetyki to urządzenia przywracające utraconą funkcjonalność poprzez interakcję z układem nerwowym, które oferują obiecujące możliwości poprawy jakości życia. Jako przykład podaje się implant ślimakowy, który przetwarza dźwięk na sygnały elektryczne w celu stymulacji nerwu słuchowego u osób z poważnym uszkodzeniem słuchu.
Pojawiło się pytanie, czy to samo można zrobić z ludzkim okiem, aby przywrócić wzrok osobom z uszkodzonymi fotoreceptorami (czopkami i pręcikami, komórkami odpowiedzialnymi za wykrywanie światła i koloru)? Naukowcy z UNSW Sydney wpadli na rewolucyjny pomysł, który może odmienić życie chorych na zaburzenia wzroku.
Panele słoneczne przywrócą wzrok – dosłownie
Dr Udo Roemer z UNSW jest inżynierem specjalizującym się w fotowoltaice, czyli panelach słonecznych. Osoby cierpiące na takie schorzenia, jak retinopatia barwnikowa i zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD), doświadczają stopniowej utraty wzroku w miarę pogarszania się stanu ich fotoreceptorów.
Dr Roemer proponuje nowatorskie podejście do ominięcia uszkodzonych fotoreceptorów poprzez wykorzystanie fotowoltaiki do zamiany światła wpadającego do oka na energię elektryczną, co ułatwia przekazywanie informacji wzrokowych do mózgu.
Od dawna uważano, że implanty w siatkówce mogą zastąpić uszkodzone fotoreceptory. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest użycie elektrod do wytworzenia napięcia, który może umożliwić ludziom dostrzeżenie maleńkiej plamki. Przeprowadzono już próby tej technologii. Problem w tym, że wymagają wprowadzenia przewodów do oka, co jest skomplikowane. Dr Udo Roemer
Pomysłem dr Roemera jest podłączenie do gałki ocznej maleńkiego panelu słonecznego, który przekształca światło w impulsy elektryczne, interpretowane przez mózg jako bodźce wzrokowe. Taki implant byłby naturalnie zasilany i przenośny, co wyeliminowałoby potrzebę umieszczania kabli i przewodów w oku.
Podczas gdy poprzednie badania dotyczyły integracji ogniw słonecznych w celu przywracania wzroku, obecnie uwaga dr Roemera skupia się na materiałach półprzewodnikowych, takich jak arsenek galu (GaAs) i fosforek galu-indu (GaInP). Materiały te oferują większą elastyczność w dostrajaniu właściwości w porównaniu z konwencjonalnymi urządzeniami na bazie krzemu. Są również stosowane w całej branży fotowoltaicznej do produkcji znacznie wydajniejszych paneli słonecznych, chociaż nie są tak tanie jak uniwersalny krzem.
Aby pobudzić neurony, potrzebne jest wyższe napięcie niż to, które uzyskuje się z jednego ogniwa słonecznego. Jeśli wyobrażamy sobie, że fotoreceptory to piksele, to naprawdę potrzebujemy trzech ogniw słonecznych, aby wytworzyć napięcie wystarczające do przesłania go do mózgu. Zastanawiamy się więc, jak ułożyć je jeden na drugim, aby to osiągnąć. W przypadku krzemu byłoby to trudne, dlatego przeszliśmy na arsenek galu, gdzie jest to znacznie łatwiejsze. Dr Udo Roemer
Obecne badania znajdują się na etapie weryfikacji koncepcji, a wstępne eksperymenty wykazały pomyślne ułożenie dwóch ogniw słonecznych na dużej powierzchni w laboratorium. Następna faza obejmuje miniaturyzację tych komórek w piksele umożliwiające przywrócenie wzroku, a następnie integrację dodatkowych ogniw słonecznych w celu zwiększenia napięcia wyjściowego.
Roemer przewiduje, że przyszłe wersje tej technologii będą miały rozmiar około 2 mm2 i wymiary pikseli ok. 50 mikrometrów. Jeszcze daleka droga, zanim technologia ta będzie możliwa do wszczepienia w siatkówki osób cierpiących na zwyrodnieniowe choroby oczu. Co więcej, wyzwania związane z intensywnością światła słonecznego wymagają dodatkowych urządzeń, takich jak gogle lub inteligentne okulary, które wzmacniają sygnały słoneczne w celu niezawodnej stymulacji neuronów.