視網膜是眼球后方一層薄薄的組織，負責收集光學圖像。數以百萬計的人患有視覺障礙或完全失明，老年黃斑變性則是最常見的視網膜疾病。為了提升這些患者的生活質量，研究人員正將想方設法發展可植入式的微電子視網膜假體。這些設備慣常使用半導體將光轉換成電流信號，然后將信號傳輸給視神經。美國能源部的人造視網膜計劃中，光感器件由電池供電，植入的電子設備與采集光學圖像的相機之間采用無線通信。
最近Advanced Materials （28, 10684, 2016）報道了南京大學化學化工學院高分子系和生命化學協同創新中心的一項研究。來自沈群東教授的研究組設計了一種簡潔、智能的器件，可以用作人造視網膜的一個關鍵組分。人的視網膜中含有多層神經元細胞，由突觸相互關聯。其中光感細胞含有響應不同顏色可見光的視覺色素分子。可見光誘導細胞膜的電極化，并將信號傳遞給其他神經細胞，再經過視神經纖維傳遞給大腦。鑒于此，這種新設計的核心策略是將光轉換成電信號后直接轉導給神經元。該仿生裝置由兩類功能高分子材料復合而成。一種材料是光敏性高分子，在彩色光的照明之下分子的構象發生轉換，并產生機械形變。另一種材料是鐵電高分子，它具有壓電效應，能將復合材料的形變轉換成電信號的變化。入射光經這種途徑轉變成電勢變化，再傳遞給與人造視網膜緊貼的神經細胞。受激的神經細胞可進而與環境或其它細胞交換信使分子。
整個光電轉換過程在50毫秒的時間內完成，與視網膜中的光受體細胞刺激-響應的速度相當。輸出的電信號取決于光波長并正比于光刺激的強度。該器件可以抓取動態圖像。結合納米加工技術，光學檢測單元可以縮微化，器件特征尺寸僅為單個光感細胞的五分之一。這些密堆積的光傳感單元構成的陣列可用于分辨圖形的細節特征。單個視敏感單元的光響應在入射光的方向最強，整個陣列具有構造人造復眼的潛力。該研究提供了人造視網膜的一種嶄新設計思路，可獲取低成本高效應、生物相容、神經元可讀取、可植入的器件，其突出特點是無需電池驅動，能夠實現自供能。
這項工作是和高分子系諶東中教授、現代工程與應用科學學院葛海雄教授密切合作完成，第一作者為碩士研究生陳昕。研究得到了國家自然科學基金、長江學者和創新團隊發展計劃的資助。
沈群東教授研究組近年來專注于鐵電高分子柔性電子器件研究，包括非侵入性動態診斷心血管系統的傳感器（Adv. Funct. Mater. 26, 3640，2016）和超高密度數據存儲器（Adv. Funct. Mater. 23, 3124，2013）等。
- 鐵電高分子柔性脈搏傳感器件：關注我們心血管系統的健康 2016-06-30
