研究人员为'仿生眼'打印3D原型

明尼苏达大学的一组研究人员首次在半球形表面上完全3D打印出一系列光接收器。这一发现标志着朝着创造“仿生眼”迈出了重要的一步,有朝一日可以帮助盲人看到或看到人们看得更清楚。

该研究成果发表在Advanced Materials上,这是一本涵盖材料科学的同行评审科学期刊。作者还拥有3D打印半导体器件的专利。

“仿生眼睛通常被认为是科幻小说,但现在我们比以往任何时候都更接近使用多材料3D打印机,”该研究的合着者和明尼苏达大学Benjamin Mayhugh机械工程副教授Michael McAlpine说。

研究人员从一个半球形玻璃圆顶开始,展示他们如何克服在曲面上印刷电子元件的挑战。使用他们定制的3D打印机,他们开始使用银粒子的基础墨水。分配的墨水保持在适当的位置并均匀地干燥,而不是沿着弯曲的表面向下流动。然后研究人员使用半导体聚合物材料印刷光电二极管,将光转换为电能。整个过程大约需要一个小时。

McAlpine表示,该过程中最令人惊讶的部分是将光线转换为完全3D打印半导体所实现的电力效率的25%。

“我们还有很长的路要走可靠地定期打印有源电子产品,但我们的3D打印半导体现在开始显示它们可能与微加工设备制造的半导体器件的效率相媲美,”McAlpine说。“另外,我们可以在曲面上轻松打印半导体器件,但它们不能。”

McAlpine和他的团队以在单一平台上集成3D打印,电子和生物学而闻名。几年前,他们因打印“仿生耳”而受到国际关注。从那时起,他们就有3D打印生命的人造器官用于外科手术,电子织物可以作为“仿生皮肤”,电子直接在移动的手上,细胞和支架可以帮助脊髓损伤患者恢复一些功能。

McAlpine创造仿生眼的动力更加个性化。

“我的母亲一只眼睛失明,每当我谈论我的工作时,她说,'你什么时候打印我的仿生眼?'”麦卡尔平说。

McAlpine说接下来的步骤是创建一个具有更多光效的光接收器的原型。他们还希望找到一种可以在柔软的半球形材料上打印的方法,这种材料可以植入真实的眼睛中。

McAlpine的研究团队包括明尼苏达大学机械工程研究生Ruitao Su,博士后研究员Sung Hyun Park,Shuang-Zhuang Guo,Kaiyan Qiu,Daeha Joung,Fanben Meng和本科生Jaewoo Jeong。

该研究由美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所(奖项号1DP2EB020537),波音公司以及明尼苏达州的明尼苏达发现,研究和创新经济(MnDRIVE)倡议资助。