電生理學。

實驗在VD3055和GE3717動物授權下進行。小鼠被注射戊巴比妥鈉(150毫克/千克)處死后，在正常光照條件下摘取視網膜。眼球摘除后，在含碳氧(95%O2和5%CO2)的培養基中解剖視網膜并轉移到顯微鏡臺上進行記錄。在使用突觸阻斷劑的實驗中，培養基中添加了DL-AP4、DL-AP5、DNQX、卡波諾酮。視網膜模擬視網膜外結構放置，因此RGC面向基底(裸PDMS或假體)。在假體上，視網膜與直徑為80微米、間距為150微米的電極分層排列在陣列中央。記錄在32°C的暗光下進行，使用鋒利的金屬電極，放大，濾波(300-3000Hz)，并以30kHz的頻率數字化。在尼康Ti-E倒置顯微鏡上使用Spectra X系統進行照明。顯微鏡配有二向色濾光片和10×物鏡。刺激方案包括在每個輻照度下以1Hz的頻率重復發出10個脈沖；輻照度依次增加：LED為0%(0μW mm-2)，2%+ND4(47.38μW mm-2)，3%+ND4(107.91μW mm-2)，2%(189.50μW mm-2)，3%(421.12μW mm-2)，3%(815.92μW mm-2)，5%(1081.75 mW mm-2)、10%(2.81mW mm-2)、20%(5.89mW mm-2)、40%(11.98mW mm-2)、60%(17.92mW mm-2)、80%(23.56mW mm-2)和100%(29.08mW mm-2)。使用基于Matlab的算法通過閾值檢測進行尖峰檢測和分類，并在Matlab(Mathworks)中進一步處理數據。尖峰檢測的閾值定義為背景噪聲標準偏差的3.7倍。同類尖峰之間的最小折射周期設定為1.4ms。為確保剔除偽影，在光的起始和偏移周圍采用了±1ms的排除期。不過，光照開始(SL)后前10ms內的尖峰已經過人工驗證。計算每種照明條件下的PSTH，將十次重復刺激中獲得的尖峰光柵離散化并平均到10ms一格。從單個PSTH中對尖峰進行分類，并根據其在光照開始后的時間(補充圖3a中的青色條)將其分為SL組(<10ms)、ML組(40至120ms)和LL組(150至350ms)。三組的發射率測量方法如下。對于SL峰，使用脈沖后的第一個倉(10ms)。對于ML峰，在規定的時間范圍內使用3個倉(30ms)，以最高倉為中心。對于LL峰，使用規定時間范圍內的5個倉(50ms)，以最高倉為中心。

pH值測量。

實驗在室溫磷酸鹽緩沖液中進行。在尼康Ti-E倒置顯微鏡上使用Spectra X系統進行照明。顯微鏡配有二向色濾光片和10倍物鏡。用帶內部參照物(Unisense)的微電極(尖端直徑為200微米)測量pH值。數據采樣頻率為1H。

空間選擇性測量和建模。

在32°C的Ames介質中，使用玻璃微移液管(尖端直徑約15μm)測量了電壓分布。數據被放大，濾波，并在30kHz進行數字化。在Nikon Ti-E倒置顯微鏡上使用Spectra X系統進行照明。顯微鏡配備一個二向色濾光片和一個10×物鏡。采用針孔將光斑直徑限制在150~170μm左右。將光斑對準POLYRETINA中心區域的目標像素后，以1Hz的頻率發送10個10ms的脈沖，輻照度為29.07mW mm?2。所得到的電壓已在照明像素周圍三個方向的九個位置測量。數據分析在Matlab(Mathworks)中進行。檢測到高于噪聲水平(平均噪聲閾值6.2μV)的電壓峰值，其幅度相對于中心像素值歸一化。在COMSOL Multiphysics 5.2中進行模擬，并進行固定電流研究。鈦陰極置于0.1V，PEDOT：PSS置于0V。地面位于浴室頂部和側壁，分別距離中心像素2毫米和1毫米(圓柱形幾何)。結果所示的線形圖是在距離鈦表面20μm處拍攝的。對于每種材料，列出了電導率(Sm?1)和相對介電常數：鈦(2.6×106/1)，P3HT：PCBM(0.1/3.4)，PEDOT：PSS(30/3)，鹽水(1/80)，PDMS(2×10?14/2.75)。

光學安全。

光暴露導致視網膜損傷的原因主要有三個：光熱損傷、光化學損傷和熱聲損傷。第一個與視網膜內黑色素吸收光時的視網膜發熱有關。第二種發生在短波長(小于600納米)，曝光時間超過1秒。后者發生在短脈沖(小于1ns)，并與非線性光力學效應有關。POLYRETINA功能為10ms綠光脈沖；因此，這一極限可以通過光熱或光化學損傷來控制。根據ANSIZ136.1標準，眼科應用允許的MPE可以根據光熱損傷(MPET)的公式(1)和光化學損傷(MPEC)的公式(2)計算(以W為單位)。這些方程適用于λ=560nm和α=808.12mrad(補充圖1c)。

MPET測量結果為47.41mW，對應于144.22mm2的曝光面積為328.75μW mm?2。MPEC結果為57.55mW，對應399.02μW mm?2。

熱測量。

測量時，熱像儀對準POLYRETINA假體的上表面。圖像以每秒1幀的速度采集。光脈沖(10ms，20Hz，1.22mW mm-2)由565納米綠色LED發出，聚焦在樣品水平。

熱建模。

在COMSOL Multiphysics 5.2中使用Bioheat模塊模擬傳熱方程，使用General PDE模塊模擬Beer-Lambert光傳播。照明被建模為直徑為13毫米的均勻光束。眼睛是一個二維軸對稱模型，由多個球體組成，每個球體代表一個域。該模型共定義了角膜、房水、晶狀體、玻璃體、視網膜、RPE、脈絡膜和鞏膜8個域。將POLYRETINA建模為單一復合材料，具有PDMS、Pedot：PSS、P3HT：PCBM和鈦的體積平均性質。將其簡化為5個具有均勻性質的區域：中心、第一環、第二環、不存在鈦的區域和只有PDMS的區域。對每個區域進行體積平均，以獲得聚合材料的參數。為了考慮鈦的不均勻分布，考慮了鈦的分數面積。為了驗證聚合模型的參數，利用POLYRETINA進行了連續光照(560nm，244μW mm?2)的模擬，對應于1.22mW mm?2的脈沖光照。假體界面處的熱損失為輻射損失(發射率=0.9)和對流損失(換熱系數=38.5Wm?2K?1)。與我們的實驗結果一致，測得的平均透過率為51.67%(圖6為49.07%)，穩態溫升為1.25℃(圖9為1.24℃)。

體外細胞毒性測試。

研究驗證由一家經認可的公司進行。試驗根據ISO 10993-5：ISO 10993-12：試驗品制備和參考材料；USP 35-NF 30(87)：生物反應性測試，體外；Medistri內部程序WI47和WI56。假體在測試前用環氧乙烷滅菌。提取試驗用兩個視網膜假體進行，總表面積為3.54平方厘米，產品與提取載體的比例為3cm2ml?1。提取載體為Eagle's Minimum Essential Medium，添加了胎牛血清、青霉素-鏈霉素、兩性霉素B和L-谷氨酰胺。提取過程在37°C下進行24小時。將提取物加入含有亞融合L929細胞單層(1：1稀釋)的一式三份培養孔中。試驗樣品和對照組在37°C、5%CO2條件下培養24小時。培養結束后，對細胞培養物進行定量細胞毒性評價。每孔向細胞中加入50μl的XTT試劑，然后在37°C、5%CO2條件下再培養3-5小時。

手術植入。

使用塑料眼球模型和去核豬眼。首先，在距眼球邊緣4毫米處的以下位置將三個23號經結膜瓣膜導管插入眼球：鼻上部、顳上部和顳下部。在眼球上連接平衡鹽溶液輸液器，通過其中一個插管維持恒定的眼壓。然后用15°手術刀切開一個6.5毫米長的切口。使用特制的鑷子將植入物折疊，然后通過切口插入后腔。進入眼球后，松開鑷子，植入物即可展開。然后使用光導管和眼內23號鑷子通過另外兩個插管插入植入物，將其操縱并固定在視網膜外構型上。