在視網膜中，視細胞負責將外界的光轉換為作為神經信號，也就是電信號。在視網膜色素變性等視覺疾病中，由於視細胞功能喪失，大腦無法接收到光的電信號。針對這類疾病的一種治療方法是光電動勢型人工視網膜。該技術利用微型太陽能電池，將進入眼內的光轉換為電能，透過電刺激激活視網膜中殘存的神經細胞，從而恢復喪失的視覺功能。
日本國立遺傳學研究所（簡稱遺傳研）的松本彰弘助教、米原圭祐教授、奧胡斯大學（丹麥）的拉斯穆斯·施密特·達維德森（Rasmus Schmidt Davidsen）助教、奧胡斯大學醫院的託克·貝克（Toke Bek）教授、丹麥技術大學的斯特凡·西爾維斯特·凱勒（Stefan Sylvest Keller）教授等人組成的國際聯合研究團隊，開發出了新型光電動勢型人工視網膜（Photovoltaic Artificial Retina），它由微型矽太陽能電池與熱解碳構成，高密度整合了三維立體電極，並實證其能夠在小鼠和豬的視網膜中誘發神經活動。相關研究成果已發表於《Advanced Healthcare Materials》。
圖1 由微型太陽能電池和三維碳電極構成的光電動勢型人工視網膜（圖片提供：國立遺傳學研究所）
研究團隊著眼於將熱解碳作為光電動勢型人工視網膜的新型刺激電極材料。碳具有優異的生物相容性和化學穩定性，且能夠加工成立體結構，因此是有望用於神經刺激電極的材料。此前尚未確立在構成人工視網膜的微型太陽能電池上形成碳電極的技術。
研究團隊應用半導體微細加工技術，透過在高溫下熱分解形成在矽太陽能電池上的微細樹脂結構，成功將立體碳電極整合到了太陽能電池上。雖然熱分解需要高溫處理，但研究確認，經過該工序後，微型太陽能電池的發電性能依然得以保留，透過近紅外光照射能夠產生最大約0.5伏的電壓。
研究人員將開發的人工視網膜植入小鼠和豬的視網膜上並照射近紅外光後，成功使視網膜神經細胞產生神經活動。觀測到的神經活動模式，與通常由可見光經由視細胞誘發的神經活動相似。此外，由於該碳電極具有三維立體結構，實驗證實相較於既往平面型電極，與視網膜神經細胞的接觸更好，能夠更高效地誘發神經活動。
今後，研究團隊將推進太陽能電池的進一步小型化、高密度化，優化立體碳電極形狀和配置，並開展安全性、長期穩定性驗證，爭取實現兼具更高空間解析度和高效神經刺激的人工視網膜。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Advanced Healthcare Materials
論文：Photovoltaic Stimulation of Mouse and Pig Retina With Pyrolytic Carbon Microelectrodes Integrated on High-Density Silicon Solar Cell Arrays
DOI：doi.org/10.1002/adhm.71651
