視網膜假體的開發是為了防止視網膜外層萎縮癥患者失明。迄今為止，已有數百名患者接受了視網膜植入手術。受到眼內透鏡的啟發，我們設計了一種可折疊的光伏寬視場視網膜外假體(命名為POLYRETINA)，它能夠刺激無線視網膜神經節細胞。在這里，我們展示了在46.3度的視角內，POLYRETINA植入了2215個刺激像素，其中967個位于5毫米的中心區域，它可以折疊，允許通過一個小的鞏膜切口植入，而且它的半球形與眼球的弧度相匹配。我們證明，它沒有細胞毒性，符合光學和熱學安全標準；加速老化顯示其使用壽命至少為2年。POLYRETINA在使用同一設備改善視力和視野方面取得了重大進展，而這正是該領域目前面臨的一個挑戰。

引言

全世界有3000多萬人失明，失明的定義是視力低于20/400或相應的視野缺損小于10°，視力較好的那只眼睛需要盡可能好的矯正。在北美和大多數歐洲國家，法定失明的定義是視力為20/200或視野不大于20度。在過去的十年中，人們開發了各種視覺假體，用于治療視網膜營養不良性失明，如視網膜色素變性，以及最近的老年性黃斑變性。幾項多中心臨床試驗表明，通過視網膜植入恢復粗略視力是可行的，如辨別單個字母和識別簡單物體。然而，仍有幾項挑戰尚未解決，如提高視敏度和擴大視野至失明閾值以上。提高視敏度的公認策略是增加電極密度，而擴大視野則可通過使用更大的假體來擴大視網膜覆蓋范圍來實現。

關于視野，在像素化視力下對健康受試者進行的測試表明，25×25像素、30°視角的陣列(直徑約8.5毫米)可以提供足夠的移動能力。然而，假體的尺寸通常受到最大允許鞏膜切口的限制，最大允許鞏膜切口長約6-7毫米；因此，現有的假體尺寸在1至5毫米之間。人類最大的植入電極陣列Argus II?是一個6×10陣列，電極間距為575微米，理論視野為10×18度。增大陣列尺寸有兩大挑戰：一是需要較大的鞏膜切口，二是可能不符合眼球弧度。在視網膜上放置扁平假體時，中央和外圍電極與視網膜的距離可能不一致。較大的距離必然會提高刺激閾值，并增加相鄰電極之間的串擾。設計寬視場視網膜假體的初步嘗試已經提出。然而，這些方法都基于高彈性模量(GPa)的材料(如聚酰亞胺)、極薄的基底(如10微米)和復雜的形狀(如星形)，可能會給操作、植入和固定帶來挑戰。

關于視覺敏銳度，先前的研究估計，要在日常生活中發揮作用，視網膜假體應在直徑約為5毫米的中心區域分布500個像素。最近，一項針對健康受試者的試驗表明，識別普通物體所需的像素數量約為3000-5000。盡管微細加工技術允許這樣的電極密度，但由于有源區連接軌道的布線以及與植入式電子元件/刺激器連接的扁平電纜的尺寸，仍存在一定的局限性。為了克服這些問題，在光電刺激中，投射到瞳孔中的光線通過無線方式轉換成電刺激輸送到視網膜。在首次利用硅光電視網膜下假體修復失明大鼠視力之后，利用共軛聚合物和有機半導體構建有機光電視網膜下界面又邁出了重要的一步。就后者而言，盡管植入1個月后就能改善營養不良大鼠的視力，但仍有幾個問題尚未解決。共軛聚合物暴露在視網膜下界面時具有良好的耐受性，但植入幾個月后就會開始分層，導致有機材料不可避免地降解。此外，硅和有機光電視網膜下假體的尺寸有限(1-2毫米)，除非植入多個假體，否則無法恢復較大的視野。在視網膜下植入多個裝置的相關風險(如視網膜脫離、裝置移動和裝置重疊)仍令人擔憂。因此，使用單個視網膜假體提高視力和視野大小仍是該領域尚未解決的主要難題之一。

方法

假體微細加工。

在硅片上制備了PDMS-光伏界面。將一層薄薄的犧牲層聚(4-苯乙烯磺酸)溶液旋轉涂覆在晶圓上(1000rpm，40 s)并烘烤(120°C，15min)。脫氣后的PDMS預聚體(堿與固化劑比例為10：1)被自旋涂覆(1000rpm，60s)，并在烤箱中(80℃，2h)固化。經過氧等離子體表面處理(30W，30s)，一層6μm厚的SU-8被自旋涂覆(3800rpm，45s)，軟焙(130℃，300s)，曝光(140mJcm?2，365nm)，后焙(90℃，1800s；60°C，2700s)，在丙二醇單甲基醚醋酸酯中顯像2分鐘，在異丙醇中沖洗，用氮氣干燥。經過氧等離子體(30W，30s)表面處理后，第二層脫氣的PDMS預聚體(10：1)被自旋涂覆(3700rpm，60s)并在烤箱(80°C，2h)中固化。PEDOT：PSS被過濾(1μm PTFE過濾器)，然后自旋涂覆(3000rpm，60s)到O2等離子體處理(30W，30s)的PDMS表面。隨后進行退火(120°C，30min)。在氬氣氣氛下的手套箱中進行了有機半導體共混物的制備。將20毫克P3HT和20毫克PCBM分別溶于1毫升無水氯苯中，在70°C下攪拌過夜。然后用0.45μmPTFE過濾器過濾溶液并混合[體積1：1]。然后以1000rpm的轉速旋轉涂覆P3HT：PCBM共混物60s。通過與SU-8模式對齊的陰影掩膜，采用直流濺射法沉積鈦陰極。經氧等離子體(30W，15s)表面處理后，脫氣的PDMS預聚物(5：1比例)的包封層(4000rpm，60s)在烘箱(80°C，2h)中固化。為了暴露陰極，進行光刻和PDMS干蝕刻。然后將晶圓置于去離子水中，使犧牲層溶解并釋放PDMS-光伏界面。最后收集浮膜并在空氣中干燥。圓頂狀的PDMS支架是用PMMA銑削模具制造的，填充PDMS預聚物(10：1)，然后在烘箱(80°C，2h)中脫氣和固化。支架從成型部件中釋放出來，用打孔機(直徑330μm)在專用于視網膜釘插入的位置穿孔。將釋放的PDMS光伏界面夾在兩個O形環之間，并與PDMS支架一起暴露在氧等離子體(30W，30s)中。由于固定膜的徑向拉伸，活化的PDMS表面接觸并允許均勻結合。通過激光切割去除用于夾緊陣列的過量PDMS。

芯片微細加工。

用于KPFM和PC/PV測量的芯片在20×24mm2玻璃基板上制造。微加工前，用去離子水、丙酮和異丙醇對玻璃屑進行超聲波清洗，各清洗15min，然后用氮氣干燥。采用射頻濺射法在玻璃芯片上沉積了ITO(200nm)。PEDOT：PSS過濾(1μm PTFE過濾器)，然后在每個芯片上以3000rpm旋轉涂覆60s。隨后在120°C下退火30分鐘。有機半導體共混物的制備如前所述進行。然后在每個芯片上以1000rpm的轉速旋轉涂覆P3HT：PCBM混合物60s。采用蔭罩熱蒸發法制備鋁陰極；采用直流濺射法制備鈦陰極。當存在時，通過旋轉鍍膜(1000rpm，60s)將脫氣的PDMS預聚體(10：1)沉積在玻璃基板上，然后在烘箱(80°C，2h)中固化。

開爾文探針力顯微鏡。

在環境條件下，使用Asylum Research Cypher S顯微鏡在表面電位成像模式下使用涂有PtIr的尖端進行KPFM表征。為了測量表面電位的變化，在黑暗和照明條件下，通過對100nm單線重復掃描來收集KPFM圖像。顯微鏡頂端和樣品上方的白色LED作為光源，手動將其100%關閉和100%打開以達到所需條件。采用Gwyddion 2.36軟件對KPFM圖像進行分析。對于每幅圖像，用光照下的表面電位減去黑暗時的表面電位(光照時的電壓，黑暗時的電壓)，得到平均表面電位變化值。

加速老化試驗。

加速老化在87°C的干燥箱中進行。樣品浸入密封的50毫升獵鷹管離心管中的生理鹽水(0.9%NaCl，pH值7.4)中。在此條件下，加速因子為32。在開始老化前和老化過程中的幾個時間點測量KPFM。每次KPFM測量之間的加速老化過程持續135小時，相當于6個月。在進行KPFM測量前，從密封的獵鷹管中取出樣品，用去離子水沖洗，并在氮氣流下干燥。

PV和PC的測量。

在本實驗中，光電界面是直接在玻璃上制作的(不使用PDMS)，以避免電極與焊盤的連接線在接觸時斷裂。鈦電極的直徑為100微米，但在評估界面產生的PC密度時，也考慮了連接線暴露在光線下的面積。使用PDMS作為粘合劑，將塑料儲液器連接到芯片上。芯片放在支架上，每個焊盤依次接觸。

使用銀漿來改善電接觸。浸在生理鹽水(NaCl0.9%)中的銀/氯化銀顆粒用作參比電極。光脈沖由565納米綠色LED發出，聚焦在樣品水平。使用電壓放大器測量PV，使用電流放大器測量PC。數據采樣(16kHz)和儀器同步通過DAQ板和定制軟件實現。數據分析在Matlab(Mathworks)中進行。由于采集系統的限制，長脈沖串(圖5e)以20個脈沖、20Hz(共1秒)為一組，每組脈沖串之間有1秒鐘的間隔，以便系統在開始下一組脈沖串之前保存數據。