利用3d打印技术打造的人造眼睛（3D打印的仿生眼原型）

利用3d打印技术打造的人造眼睛（3D打印的仿生眼原型）（图片来源：Second Sight）为此，科学家们一直都努力探索研发“仿生眼”，让失明者重见光明。例如，笔者曾介绍的一种仿生眼：“Argus II 视网膜假体系统”。它是美国 FDA 批准的世界上第一个用于因重度视网膜变性而失明的人恢复视觉功能的系统。此技术通过在眼球视网膜植入芯片，戴上特别的眼镜，让因视网膜色素 / 黄斑变性而导致的失明患者重见光明。（图片来源：Hillary Sanctuary / EPFL）虽然失去手指会给人带来巨大的痛苦，然而眼睛对于人类的意义似乎显得更重要，正如海伦凯勒在其名著《假如给我三天光明》中所描述的：“我自小就只能用指尖去‘看’人家的脸，只能觉察欢喜、悲痛，以及其他明显的情绪变化。我须借触摸朋友的脸去认识他们。 视力正常，便一下子能看到眼前的人微妙的表情变化、肌肉的轻颤、手的摆动，从而更容易了解对方，那是多么令人愉悦的事啊。”

导读

近日，美国明尼苏达大学的研究团队首次在半球面上完全由3D打印制造出光接收器阵列。这项研究发现标志着朝着创造“仿生眼”的目标迈出了重要的一步。有朝一日，这种仿生眼将帮助盲人复明或者提高正常人的视力。

背景

如果一个人失去手指，意味着他将无法通过触摸感知东西，这的确是一件很痛苦的事情。但是，创新技术却可以帮助到这样的人。之前，笔者曾为大家介绍过，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科研人员创造出了一种仿生指尖，它可以连接到截肢人群的上肢神经，让他们实时感觉到物体表面的粗糙或光滑，从而让他们的手指恢复部分的触觉。

（图片来源：Hillary Sanctuary / EPFL）

虽然失去手指会给人带来巨大的痛苦，然而眼睛对于人类的意义似乎显得更重要，正如海伦凯勒在其名著《假如给我三天光明》中所描述的：

“我自小就只能用指尖去‘看’人家的脸，只能觉察欢喜、悲痛，以及其他明显的情绪变化。我须借触摸朋友的脸去认识他们。 视力正常，便一下子能看到眼前的人微妙的表情变化、肌肉的轻颤、手的摆动，从而更容易了解对方，那是多么令人愉悦的事啊。”

为此，科学家们一直都努力探索研发“仿生眼”，让失明者重见光明。例如，笔者曾介绍的一种仿生眼：“Argus II 视网膜假体系统”。它是美国 FDA 批准的世界上第一个用于因重度视网膜变性而失明的人恢复视觉功能的系统。此技术通过在眼球视网膜植入芯片，戴上特别的眼镜，让因视网膜色素 / 黄斑变性而导致的失明患者重见光明。

（图片来源：Second Sight）

创新

今天，让我们继续来看一个探索开发“仿生眼”的新的研究案例。近日，美国明尼苏达大学（University of Minnesota）的研究团队首次在半球面上完全由3D打印制造出光接收器阵列。这项发现标志着朝着创造“仿生眼”的目标迈出了重要的一步。有朝一日，这种仿生眼将帮助盲人复明或者提高正常人的视力。

（图片来源：明尼苏达大学，McAlpine 研究小组）

8月28日，这项研究成果在材料科学的同行评审期刊《先进材料（Advanced Materials）》上发表。论文作者也持有这种3D打印的半导体器件的专利权。

论文的合著者之一、明尼苏达大学机械工程系副教授 Michael McAlpine 表示：“仿生眼通常被认为是科幻，但现在我们采用多材料3D打印机，比以往任何时候都更加接近这一目标。”

技术

研究人员从一个半球形玻璃穹顶入手，演示了他们是如何克服在曲面上打印电子器件所面临的挑战。他们利用定制的3D打印机，从银粒子基油墨开始研究。施加的油墨会待在原地，均匀地变干，而不是从曲面上流淌下来。然后，研究人员采用半导体聚合物材料来打印光电二极管，将光线转化为电力。整个过程花费约1小时。

McAlpine 及其团队因为在单个平台上集成3D打印、电子学和生物学而出名。几年前，他们就因为打印了一个“仿生耳”而受到了国际关注。从那时起，他们就已经3D打印了外科实践所用的栩栩如生的仿生器官、作为“仿生皮肤”使用的电子织物，直接在活动的手掌上的电子器件，以及可以帮助脊髓损伤患者恢复某些功能的细胞与支架。

McAlpine 创造仿生眼的动机稍微有点出于私人考虑，她说：“我妈妈一只眼失明，每当我谈起我的工作，她就会说，‘你什么时候能帮我打印一只仿生眼？’”。

价值

McAlpine 表示，这项工艺最令人惊喜的部分就是，他们通过完全由3D打印制造的半导体实现了达25%的光电转化效率。

McAlpine 表示：“我们要常规地打印有源电子器件还有很长的路要走，但是我们3D打印的半导体正在开始显示，它们的效率有望比得上微细加工设备中制造出的半导体器件。此外，我们可以在曲面上轻易地打印半导体器件，而他们不能。”

未来

McAlpine 表示下一步将会创造一个原型，它将具有更多、更加高效的光接收器。他们也想要找到一个能在柔软的半球状材料上进行打印的方法，这种柔软的半球状材料可以植入到真实的眼睛中。

关键字

3D打印、半导体、仿生学

参考资料

【1】https://twin-cities.umn.edu/news-events/research-brief-researchers-3d-print-prototype-bionic-eye

【2】Sung Hyun Park Ruitao Su Jaewoo Jeong Shuang‐Zhuang Guo Kaiyan Qiu Daeha Joung Fanben Meng Michael C. McAlpine. 3D Printed Polymer Photodetectors. Advanced Materials 2018 DOI: 10.1002/adma.201803980