211service.com
Hoe een bionisch oog te bouwen
Mensen denken niet twee keer na over het dragen van een Bluetooth-headset om gesprekken op hun mobiele telefoon te voeren. Welnu, op een dag is het misschien niet ongebruikelijk om een contactlens te dragen die het scherm van de telefoon rechtstreeks op het oog projecteert. Onderzoekers van de Universiteit van Washington hebben een belangrijke eerste stap gezet in de richting van het bouwen van contactlenzen die precies dat kunnen. Door metalen circuits en light-emitting diodes (LED's) op te nemen in een op polymeer gebaseerde lens, hebben ze een functioneel circuit gecreëerd dat biologisch compatibel is met het oog.
De ogen hebben het: Onderzoekers bouwden een biocompatibele contactlens met werkende LED's, hier getoond. Ze hopen dat toekomstige versies van de lens kunnen fungeren als een biomedische sensor, of een display kunnen bieden dat bovenop het gezichtsveld van een persoon wordt geplaatst.
Als je naar de structuur van een lens kijkt, is het gewoon een eenvoudig polymeer, zegt Babak Parviz , hoogleraar elektrotechniek aan de Universiteit van Washington. Een aantal onderzoekers stopt elektronica in polymeren om bijvoorbeeld flexibele schakelingen of displays te bouwen. Wat we realiseerden was dat we veel functionele apparaten kunnen maken die erg klein zijn, en ze kunnen in een contactlens worden verwerkt om veel meer te doen dan alleen het zicht te verbeteren, zegt Parviz.
Het team heeft de elektronische lens gemaakt met twee hoofddoelen in gedachten, zegt hij. Een van de doelen was om te kijken of het mogelijk zou zijn om een heads-up display te bouwen die afbeeldingen op het gezichtsveld van een persoon zou kunnen plaatsen, terwijl ze toch de echte wereld kon zien. Het zou een soort augmented reality zijn, legt Parviz uit. (Zie TR10: Augmented Reality .) Soldaten zouden de technologie kunnen gebruiken om informatie over hun omgeving te zien, verzameld door sensoren. Of burgers kunnen de elektronische lens gebruiken als display van een mobiele telefoon, om te zien wie er belt en om video's te bekijken tijdens het woon-werkverkeer, hoewel deze doelen voor de lange termijn zijn, zegt hij.
Een andere mogelijke toepassing is om de lens te gebruiken als een sensor die de chemische niveaus in het lichaam kan controleren en de gebruiker kan informeren als deze tekenen van ziekte aangeeft. Hoewel Parviz niet ingaat op details over de specifieke sensoren die zijn team maakt, legt hij uit dat veel gezondheidsindicatoren vanaf het oogoppervlak kunnen worden gevolgd. De levende cellen op het oog staan, zegt hij, indirect in contact met bloedserum, dat biomarkers voor ziekten bevat. Als een sensor die ontworpen is om deze biomarkers op te pikken in een lens zou worden ingebouwd, dan zouden artsen een volledig nieuw, niet-invasief hulpmiddel kunnen hebben voor ziektetests. Bovendien kon de lens voortdurend veranderingen in de tijd volgen, waardoor een completer beeld van iemands gezondheid wordt verkregen.
Toegegeven, deze toepassingen zijn jaren weg. Maar Parviz en zijn team hebben de basis voor het werk gelegd. In een paper gepresenteerd op de Internationale conferentie van micro-elektrische mechanische systemen in Tucson, AZ, beschrijven de onderzoekers vorige week hoe ze een lens hebben gemaakt met 16 werkende LED's. De lens was gemaakt van een polyethyleentetraftalaatsubstraat - het soort plastic dat wordt gebruikt in drankflessen - dat was bedekt met metalen draden voor het aansluiten van de LED's.
Naast draden gebruikten de onderzoekers chemicaliën om cirkelvormige inkepingen te maken waarin de LED's zouden worden geplaatst. Parviz merkt op dat een uitdaging bij het inbouwen van werkende elektronica en opto-elektronica in plastic is dat deze apparaten met hoge hitte moeten worden gemaakt, waardoor het plastic zou smelten. Om dit probleem te omzeilen, fabriceerde zijn team LED's op een apart substraat, zodat de apparaten gemakkelijk konden worden verwijderd en op de plastic lens konden worden geplaatst.
Vervolgens bekleedden de onderzoekers de volledig geassembleerde elektronische lenzen met polymethylmethacrylaat (PMMA), een biocompatibel materiaal. PMMA wordt ook gebruikt om harde contactlenzen te coaten, zegt Parviz, waardoor zijn lenzen meer lijken op harde contacten dan de zachte contacten die tegenwoordig door de meeste mensen worden gedragen. In de laatste stap vormden de onderzoekers het plastic in de vorm van een lens.
Toen het team de lenzen testte, was het circuit levensvatbaar en gingen de LED's branden. De onderzoekers plaatsten de lens ook 20 minuten in het oog van een konijn en vonden geen nadelige effecten. Ze hebben de elektronica echter niet aangezet terwijl de lens in het oog van het konijn was. Ik denk dat we voorzichtig moeten zijn met wat er met het oog gebeurt als het wordt ingeschakeld, zegt Parviz. Het is een functionerend circuit. Het kan wat warmte genereren. We moeten alle mogelijke voorzorgsmaatregelen nemen om ervoor te zorgen dat dit veilig is. Hoewel het waar is dat het menselijk lichaam bestand is tegen een reeks temperaturen, moeten de circuits uiteindelijk worden ontworpen om ultralage hoeveelheden stroom te verbruiken.
Het idee om een circuit in een contactlens te bouwen is interessant - het trekt de aandacht, zegt George Whitesides , een professor in de chemie aan Harvard die niet bij het project is aangesloten. Het is iets waar anderen zeker over hebben gesproken, maar ik heb in ieder geval nog nooit enige vorm van implementatie gezien. Whitesides voegt eraan toe dat dit een vroege stap is en dat er nog steeds een probleem is om de lens van stroom te voorzien terwijl deze in het oog zit. Bovendien heeft het prototype van de University of Washington geen duidelijke functie.
Een van de volgende stappen voor het team zal zijn om het aantal LED's op de lens te verhogen tot een paar honderd, in de hoop een levensvatbaar scherm te maken. Op dit moment hebben de LED's een diameter van ongeveer 300 micrometer, wat uiteraard het aantal dat op een lens kan worden geplaatst, beperkt. Bovendien hebben LED's van dit formaat de neiging om te breken in het lensvormingsproces. Het team van Parviz zal in toekomstige experimenten proberen de LED's te verkleinen tot 30 micrometer, waardoor de lens een paar honderd pixels kan weergeven, zegt hij.