角膜是眼睛的“鏡頭”。據統計，全球約有上千萬人因角膜疾病失明，角膜移植是治療這類疾病的有效方法。但由於角膜供體有限，許多需要角膜移植的患者只能在黑暗裏等待。近日，南開大學電子信息與光學工程學院教授徐文濤團隊設計並概念驗證了一種具有感覺的人造智能角膜，讓人造角膜距離人類原生角膜更近了一步。
角膜看起來薄而透明，實際上是身體神經最密集的部分，當外物觸摸角膜時，會引起不自主的眼瞼閉合反射（角膜反射）。近年來，研究人員開發的Boston型和MICOF型等多種類型的人造角膜已經應用於臨床治療，這些人造角膜可以承擔人類原生角膜的保護和光折射等功能，但不具備觸覺感知能力，無法對光或進入眼睛的異物有反應，實現角膜反射。因此，開發具有感覺的人造智能角膜，對解決角膜供體緊缺、治療角膜疾病具有重要意義。
圖為人造角膜反射弧與人類原生角膜反射弧。（受訪單位供圖）
徐文濤團隊研發的人造智能角膜，通過人造反射弧重建“原生感覺”。團隊分別以傳感器振蕩電路、氧化鋅錫（ZTO）纖維基人造突觸和電致變色器件作為感受器、處理核心和效應器，實現了對外界機械和光刺激的編碼、信息處理以及透射光的調節。團隊使用數字對準的ZTO纖維作為人造突觸的溝道，探究出了調控長、短程突觸可塑性的新方法。ZTO纖維不僅長而連續、綠色無毒、成本低廉、光學性能優異（透過率>99.89%，霧度<0.36%），而且晶體結構精準可調，進而可定制長、短程突觸可塑性，並應用於聯想學習和加密通信。
該研究成果近日發表於國際著名學術期刊《自然∙通訊》。
圖為將人造智能角膜裝備於機器人進行概念驗證。（受訪單位供圖）
徐文濤介紹，團隊已經將人造智能角膜裝備用於機器人進行概念驗證，它不僅可以模仿眼輪匝肌的收縮，像人類原生角膜一樣具有保護、觸覺感知和光折射功能，並且拓展了光感知和環境交互能力，為眼睛在光強度不斷變化的環境中提供了額外的自適應保護。
“未來，經優化後的成熟人造智能角膜在神經修復和視覺康復方面具有廣泛的應用前景。”徐文濤説。（張建新、高雨桐）
