В природе существуют существа, такие как змеи, способные воспринимать как инфракрасное излучение, так и видимый свет, тем самым получая более обширную картину окружающей среды. Напротив, человеческий глаз не располагает фоторецепторами, реагирующими на инфракрасный спектр, что делает зрение в темноте и при слабом освещении большой проблемой для людей с тяжелыми повреждениями глаз, такими как дегенерация желтого пятна. Это создает предпосылки для разработки технологий, которые могли бы использовать более широкий спектр света, включая инфракрасный, что могло бы серьезно улучшить качество жизни людей с нарушениями зрения.
В основе современных конструкций широкоспектральных ретинальных протезов лежит использование наночастиц и фотодиодов, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет или тепло, которые могут стимулировать сетчатку. Однако существующие решения нередко требуют инъекций или применения громоздких вспомогательных устройств, что порождает вопросы об их безопасности и практичности для людей.
Ученые разработали инновационный ретинальный нанопротез следующего поколения, использующий сети теллуровых нанопроводов. Этот протез эффективно преобразует широкий диапазон света, включая видимый и инфракрасный спектры, в фототоки без необходимости в дополнительной аппаратуре.
В проведенных теоретических расчетах выявлено, что спонтанные генерации фототоков у нанонанопроводов теллура можно связывать с особенностями их внутренней структуры и взаимодействиями на интерфейсах. Благодаря удачному сочетанию узких запрещенных зон, высокой степени поглощения и тщательно разработанным асимметриям, предложенные оптоэлектронные устройства продемонстрировали рекордные значения фототоков и широкий диапазон чувствительности к длинам волн по сравнению с предыдущими методами восстановления зрения при слепоте, охватывающими диапазон от видимого до ближнего инфракрасного света.
Предимплантационные испытания подтвердили стабильность оптоэлектронных характеристик нанопротеза и его адекватное реагирование на световые стимулы. В экспериментах на слепых мышах нанопротез, установленный вместо поврежденных фоторецепторов, вызывал ответную реакцию как со стороны зрительного нерва, так и зрительной коры.
Подопытные мыши продемонстрировали улучшенные реакции зрачков на свет и лучшее поведение в условиях, связанных со светом, в сравнении с контрольной группой. Особенно стоит отметить, что для достижения этих результатов использовались световые условия, которые были почти в 80 раз ниже клинически допустимого порога. Кроме того, эффективность и биосовместимость нанопротеза была подтверждена в экспериментах на нечеловекообразных приматах, где имплантат плотно взаимодействовал с сетчаткой и обеспечивал надежные реакции на видимый и инфракрасный свет.
Это исследование предлагает эффективное решение для создания ретинального протеза на основе теллуровых нанопроводов, который способен преобразовывать световые сигналы в фототоки без необходимости в дополнительных источниках питания и может использоваться для стимуляции оставшихся работоспособными клеток в дисфункциональных глазах.
