熱和光學安全。

圖9、操作過程中的溫度變化。

根據有源植入式醫療器械熱安全標準，植入物表面的最高溫度不應超過周圍正常體溫37℃以上2℃。我們在空氣中測量了在全場脈沖照明下連續工作2小時后，POLYRETINA表面溫度的升高(圖9a，b)。輻照度已設置為LED允許的最大值。穩態下平均熱增量為1.24±0.29℃，低于2℃的標準限值。說明POLYRETINA符合熱學安全標準。我們還驗證了電極和聚合物表面的溫度升高并沒有不同(圖9c，d)。無論如何，這個實驗對應的是投射恒定全白畫面的極端情況，而在日常操作中，當圖像以黑白顯示時，這種情況是不現實的。在這種情況下，平均光劑量較低，因此相關的溫度升高也較低。此外，眼睛玻璃體的導熱性比空氣高出約30倍，因此散熱效率更高。

在光學安全方面，光電義眼受到光照射時視網膜損傷的限制。根據這些標準，長期照射整個POLYRETINA(相當于一個全白框)時的最大允許照射量(MPE)受光熱損傷的控制，等于328.75μW mm-2。然而，光電假體是在脈沖照明下工作的。如果脈沖時間為10ms，占空比為5%、10%或20%(分別為5、10或20Hz)，則MPE分別增至6.58、3.29或1.64mW mm-2。這些值都高于視網膜外植體的飽和值(1.08mW mm-2)。

圖10、基于POLYRETINA的熱效應有限元模擬。

對于POLYRETINA，入射光首先被P3HT：PCBM層吸收。實驗測得POLYRETINA的平均透射率為49.07±5.25%。因此，只有部分入射光到達視網膜和視網膜色素上皮(RPE)，從而減少了因RPE吸收光而導致的視網膜加熱效應。不過，P3HT：PCBM吸收的光會產生熱量，這一點在評估MPE時應考慮在內。我們進行了有限元分析模擬，以估算POLYRETINA光照時視網膜的溫度升高情況。首先，我們使用在沒有POLYRETINA的情況下獲得的MPE(分別為328和1.64mW mm-2)驗證了連續和脈沖(10ms脈沖，20Hz)照明時RPE視網膜界面的溫度升高。連續照射(560nm，328μW mm-2)150秒后，溫度上升穩定在0.42°C。脈沖光照(10ms脈沖，頻率20Hz，1.64毫瓦毫米-2)產生的溫度峰值約為0.04°C，在與連續光照相對應的溫度曲線附近擺動。這表明在脈沖刺激(占空比為20%)期間估計MPE的比例因子5是正確的。為了降低計算成本，在接下來的模擬中使用了連續照明。使用POLYRETINA時，經過150秒的連續光照(560nm，328μW mm-2)后，溫度升高略微降低到0.37°C(圖10a，b)。在這種情況下，關鍵界面是視網膜和假體之間的界面，與RPE-視網膜界面相比，溫度增幅略高。POLYRETINA是在與視網膜直接接觸的情況下進行模擬的，因為這代表了最壞的情況。在視網膜和POLYRETINA之間有一薄層玻璃體(100微米)，使溫度升高降低了0.009°C，可以忽略不計。視網膜的熱損傷需要局部溫度上升超過10°C；視網膜50%損傷概率(ED50)先前已被定義為溫度上升12.5°C。在我們的模型中，我們估算了有POLYRETINA(紅色)和無POLYRETINA(黑色)時的ED50(圖10c)。不出所料，有POLYRETINA時，持續照明的ED50稍高(10.6對9.4mW mm-2)，對應脈沖照明的53mW mm-2。對使用和不使用POLYRETINA的情況進行比較后發現，在廣泛的輻照范圍內，使用POLYRETINA時視網膜的溫度升高降低了11%。因此，MPE可以略微提高到1.84mW mm-2，而POLYRETINA可以安全地在1mW mm-2下工作。

討論

視網膜假體領域最重要的未決問題之一是如何同時提高視敏度和視野大小。從工程學的角度來看，這意味著要增加刺激電極的密度和擴大假體的尺寸。POLYRETINA是一種新型可折疊光電寬視場視網膜假體，與其他視網膜假體相比，它的尺寸(46.3度)和刺激像素數量(2215個)都有顯著增加。

在視野方面，POLYRETINA可以覆蓋46.3度視角的視網膜表面，大于法定失明(20度)和適當活動能力(30度)的臨界值。

關于空間分辨率，連續半導體層的存在并不構成限制。在有機光伏技術中，低載流子遷移率和壽命限制了載流子的傳輸長度，對于空穴來說是幾十納米，對于電子來說是幾百納米。另一個研究小組的研究表明，如果將照明光點(大小為1微米)從電極邊緣橫向移動約12微米，陰極檢測到的PC將減小到最大值的10%左右。

這種超出簡單擴散過程的大衰減長度是由穩態非局部電場導致分離的載流子橫向流動所引起的。因此，可以排除由于一個電極下產生的電荷載流子橫向流向相鄰電極而導致的電極間內部串擾(至少在邊緣到邊緣的距離約為20微米時)。通過測量溶液中的電壓擴散和有限元分析模擬，我們發現1個像素的激活區域(約100微米)與像素大小相當。