Ученые создали прототип бионического глаза

Группе исследователей из Университета Миннесоты впервые удалось с помощью 3D-биопринтера напечатать массив фоторецепторов, аналогичных светочувствительным сенсорным нейронам сетчатки глаза, на полусферической модели, имитирующей глазное яблоко. Их изобретение станет значительным шагом на пути к созданию бионического протеза глаза, который подарит возможность слепым людям обрести зрение, а зрячим – видеть гораздо лучше.

Впечатляющие результаты эксперимента ученых были опубликованы в свежем номере авторитетного научного журнала Advanced Materials, посвященного материаловедению. Отмечается, что один из авторов исследования ранее уже запатентовал технологию 3D-печати полупроводниковых приборов.

«Обычно, когда речь заходит о бионических глазах, на ум приходит научная фантастика. Но сейчас, используя 3D-принтер, способный одновременно работать с разными материалами, мы как никогда близки к тому, чтобы сделать их реальностью, – говорит соавтор исследования, доцент кафедры механической инженерии Миннесотского университета Майкл Мак‘Алпайн.

Человеческий глаз фиксирует свет при помощи расположенных на его сетчатке взаимосвязанных между собой светочувствительных нейронов, которые преобразуют видимые лучи света в нервные импульсы. В напечатанной учеными 3D-модели в роли этих рецепторов выступили полупроводниковые диоды, трансформирующие свет в электрический сигнал. Расположить ряд таких диодов на полукруглой заготовке, по признанию исследователей, оказалось сложной инженерной задачей, решить которую им помог специально сконструированный для этих целей 3D-биопринтер.

Сначала ученые создали стеклянную полусферу, размером и формой соответствующую обратной стороне живого глаза, чтобы продемонстрировать, как они справятся с задачей напечатать микроэлектронную схему на неровной поверхности. С помощью биопринтера они нанесли на внутреннюю часть подложки слой краски, содержащей серебряные наночастицы. Несмотря на выпуклость корпуса, краска сразу после распыления не стекла вниз и равномерно высохла. После этого исследователи слой за слоем наносили на полученную основу электропроводящие полимеры, печатая таким образом фотодиоды. На все манипуляции им понадобилось около часа времени.

По словам Мак‘Алпайна, показатель эффективности, с которой созданные при помощи трехмерной печати фотодиоды трансформировали солнечный свет в электрический сигнал, составил 25%. Этот результат превзошел ожидания исследователей, что стало для них приятным сюрпризом. «Мы еще далеки от того, чтобы сделать биопечать электронных устройств повседневной практикой, но наш опыт с напечатанными на 3D-принтере полупроводниками показал, что последние в перспективе могут составить достойную конкуренцию аналогичным устройствам, созданным на производстве, – отметил ученый. – К тому же, наши полупроводники легко могут быть нанесены на вогнутую поверхность, а промышленные – нет. И в этом одно из ключевых преимуществ нашей технологии».

Попытки создать функциональный бионический глаз ученые предпринимали в течение нескольких лет. Некоторые из предложенных образцов даже прошли успешные испытания на людях, но главным неудобством было то, что все они производились ручным способом, это занимало много времени и требовало немало средств. Новая же технология с использованием трехмерной печати, если ученым удастся довести ее до совершенства и запатентовать, сможет за счет удешевления производства сделать бионические протезы глаз доступными гораздо большему числу людей, которые в них нуждаются.

Команда Мак‘Алпайна известна тем, что создала уникальную платформу, объединившую 3D-печать, электронные устройства и биологию. Всемирное признание ученые получили несколько лет назад, после того как напечатали бионическое ухо, применив имитирующий хрящ материал. С того времени, используя технологию трехмерной биопечати, они создали несколько искусственных органов, аналогичных живым, управляемый микроэлектроникой материал, который может быть использован как бионическая кожа, и скаффолды – трехмерные матрицы, основная функция которых состоит в обеспечении механического каркаса для клеток. Последние призваны помочь людям с серьезными повреждениями спинного мозга вернуть отдельные жизненно важные функции и улучшить качество жизни.

По признанию Мак‘Алпайна, драйва в работе над бионическим глазом ему придает личный интерес. «Моя мама слепа на один глаз. Каждый раз, как я рассказываю ей о том, чем занимаюсь, она спрашивает: «Ну, и когда ты, наконец, напечатаешь мне новый глаз?!» – говорит ученый.

Следующая задача, которую ставят перед собой американские исследователи, – создать усовершенствованный прототип с еще большим количеством фотодетекторов, который будет эффективнее преобразовывать световые лучи в электрический сигнал. Кроме того, они намереваются изыскать возможность печатать фотодиоды не на стекле, как сейчас, а использовать для этой цели мягкий материал, который можно будет впоследствии имплантировать в живой глаз.

Конечная цель ученых – создать полностью функциональный бионический протез глаза, который сможет подарить незрячим людям способность видеть.