Cấy ghép pin mặt trời vào võng mạc

Một nhóm nhà nghiên cứu tại Đại học New South Wales (UNSW, Australia) nghiên cứu thiết bị nguyên mẫu mới có thể được cấy vào võng mạc của mắt để phục hồi thị lực. Thông cáo báo chí của trường đại học cho biết thiết bị này sử dụng tấm pin mặt trời giống như những tấm pin dùng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Trong khi bộ phận giả thay thế một bộ phận bị thiếu hoặc không có chức năng của cơ thể, thì bộ phận giả thần kinh là lĩnh vực tương đối mới - nơi thiết bị giả tương tác với hệ thống thần kinh khôi phục chức năng bị mất. Cấy ốc tai điện tử là ví dụ điển hình về bộ phận giả thần kinh. Ở những người bị mất thính lực nghiêm trọng, thiết bị cấy ghép chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu điện, sau đó được sử dụng kích thích dây thần kinh thính giác, phục hồi thính giác. Một cách tiếp cận tương tự cũng được sử dụng điều trị tình trạng mất thị lực.

Udo Roemer, kỹ sư có chuyên môn về quang điện tại UNSW, cho biết: “Những người mắc một số bệnh như viêm võng mạc sắc tố và thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác sẽ dần mất thị lực do các tế bào cảm quang ở trung tâm mắt bị thoái hóa”. Cơ quan cảm quang là tế bào mắt phát hiện ánh sáng và màu sắc trong mắt.

Ưu điểm chính của việc sử dụng tấm pin mặt trời thay cho điện cực là thiết bị có thể tự cấp nguồn và không cần gắn bất kỳ dây dẫn nào vào mắt. Đây không phải lần đầu tiên ý tưởng này được thử nghiệm, nhưng Roemer thực hiện một con đường hơi khác để đạt được nó. Trong khi tấm pin mặt trời thường được làm từ silicon sẵn có, Roemer chuyển sang sử dụng vật liệu bán dẫn thay thế như gallium arsenide và gallium indium phosphide phát triển các tấm pin mặt trời. Mặc dù đắt hơn silicon nhưng những vật liệu này dễ gia công hơn và đặc tính của chúng có thể được sửa đổi nhanh chóng để phù hợp với ứng dụng.

Nhóm nhà nghiên cứu sử dụng nguyên tắc tương tự điều trị chứng mất thị lực bằng bộ phận giả thần kinh. Vì các cơ quan cảm quang bị hỏng nên bộ phận giả phải bỏ qua chúng và chuyển đổi ánh sáng đi vào mắt thành tín hiệu điện. Sau đó, chúng được dẫn đến dây thần kinh thị giác, tạo điều kiện cho thị giác. Thay vì chế tạo tế bào cảm quang mới, nhóm nhà nghiên cứu thử nghiệm lưới điện cực tạo ra xung điện áp.

Về nguyên tắc, phương pháp này hoạt động nhưng hệ thống yêu cầu phải có dây dẫn vào mắt, khiến quy trình này trở nên phức tạp. Roemer là thành viên của một nhóm nhà nghiên cứu đa ngành bao gồm kỹ sư, nhà thần kinh học và chuyên gia công nghệ sinh học đang làm việc để đạt được điều này với sự trợ giúp của tấm pin mặt trời.

Ý tưởng này liên quan đến việc sử dụng một tấm pin mặt trời nhỏ gắn vào nhãn cầu và chuyển đổi ánh sáng tới thành xung điện gửi đến não. Roemer giải thích trong thông cáo báo chí: “Nếu bạn tưởng tượng các tế bào cảm quang là pixel, thì chúng tôi thực sự cần ba pin mặt trời để tạo ra đủ điện áp gửi đến não. Vì vậy, chúng tôi đang xem xét cách có thể xếp chúng chồng lên nhau để đạt được điều này”. Gallium dễ xếp chồng hơn nhiều so với silicon nên nhóm nhà nghiên cứu ưa thích nó hơn.

Mặc dù công trình này vẫn chỉ là bằng chứng khái niệm nhưng nhóm nhà nghiên cứu đã xếp chồng thành công hai pin mặt trời có diện tích 1cm vuông. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu muốn biến chúng thành nhiều pixel nhỏ cho phép các rãnh nhìn và khắc có thể tách chúng ra. Tiếp theo là tăng kích thước ngăn xếp lên ba ô. Để sẵn sàng cấy ghép vào người, thiết bị phải có diện tích 2mm vuông, với mỗi pixel có kích thước 50 micromet. Ngay cả khi đó, chỉ riêng tế bào cũng có thể đủ. Roemer bình luận thêm rằng người dùng có thể đeo kính hoặc kính bảo hộ đặc biệt giúp khuếch đại ánh sáng mặt trời đến cường độ có thể kích thích các tế bào thần kinh trong mắt.