视网膜假体的开发是为了防止视网膜外层萎缩症患者失明。迄今为止，已有数百名患者接受了视网膜植入手术。受到眼内透镜的启发，我们设计了一种可折叠的光伏宽视场视网膜外假体(命名为POLYRETINA)，它能够刺激无线视网膜神经节细胞。在这里，我们展示了在46.3度的视角内，POLYRETINA植入了2215个刺激像素，其中967个位于5毫米的中心区域，它可以折叠，允许通过一个小的巩膜切口植入，而且它的半球形与眼球的弧度相匹配。我们证明，它没有细胞毒性，符合光学和热学安全标准；加速老化显示其使用寿命至少为2年。POLYRETINA在使用同一设备改善视力和视野方面取得了重大进展，而这正是该领域目前面临的一个挑战。

引言

全世界有3000多万人失明，失明的定义是视力低于20/400或相应的视野缺损小于10°，视力较好的那只眼睛需要尽可能好的矫正。在北美和大多数欧洲国家，法定失明的定义是视力为20/200或视野不大于20度。在过去的十年中，人们开发了各种视觉假体，用于治疗视网膜营养不良性失明，如视网膜色素变性，以及最近的老年性黄斑变性。几项多中心临床试验表明，通过视网膜植入恢复粗略视力是可行的，如辨别单个字母和识别简单物体。然而，仍有几项挑战尚未解决，如提高视敏度和扩大视野至失明阈值以上。提高视敏度的公认策略是增加电极密度，而扩大视野则可通过使用更大的假体来扩大视网膜覆盖范围来实现。

关于视野，在像素化视力下对健康受试者进行的测试表明，25×25像素、30°视角的阵列(直径约8.5毫米)可以提供足够的移动能力。然而，假体的尺寸通常受到最大允许巩膜切口的限制，最大允许巩膜切口长约6-7毫米；因此，现有的假体尺寸在1至5毫米之间。人类最大的植入电极阵列Argus II™是一个6×10阵列，电极间距为575微米，理论视野为10×18度。增大阵列尺寸有两大挑战：一是需要较大的巩膜切口，二是可能不符合眼球弧度。在视网膜上放置扁平假体时，中央和外围电极与视网膜的距离可能不一致。较大的距离必然会提高刺激阈值，并增加相邻电极之间的串扰。设计宽视场视网膜假体的初步尝试已经提出。然而，这些方法都基于高弹性模量(GPa)的材料(如聚酰亚胺)、极薄的基底(如10微米)和复杂的形状(如星形)，可能会给操作、植入和固定带来挑战。

关于视觉敏锐度，先前的研究估计，要在日常生活中发挥作用，视网膜假体应在直径约为5毫米的中心区域分布500个像素。最近，一项针对健康受试者的试验表明，识别普通物体所需的像素数量约为3000-5000。尽管微细加工技术允许这样的电极密度，但由于有源区连接轨道的布线以及与植入式电子元件/刺激器连接的扁平电缆的尺寸，仍存在一定的局限性。为了克服这些问题，在光电刺激中，投射到瞳孔中的光线通过无线方式转换成电刺激输送到视网膜。在首次利用硅光电视网膜下假体修复失明大鼠视力之后，利用共轭聚合物和有机半导体构建有机光电视网膜下界面又迈出了重要的一步。就后者而言，尽管植入1个月后就能改善营养不良大鼠的视力，但仍有几个问题尚未解决。共轭聚合物暴露在视网膜下界面时具有良好的耐受性，但植入几个月后就会开始分层，导致有机材料不可避免地降解。此外，硅和有机光电视网膜下假体的尺寸有限(1-2毫米)，除非植入多个假体，否则无法恢复较大的视野。在视网膜下植入多个装置的相关风险(如视网膜脱离、装置移动和装置重叠)仍令人担忧。因此，使用单个视网膜假体提高视力和视野大小仍是该领域尚未解决的主要难题之一。

方法

假体微细加工。

在硅片上制备了PDMS-光伏界面。将一层薄薄的牺牲层聚(4-苯乙烯磺酸)溶液旋转涂覆在晶圆上(1000rpm，40 s)并烘烤(120°C，15min)。脱气后的PDMS预聚体(碱与固化剂比例为10：1)被自旋涂覆(1000rpm，60s)，并在烤箱中(80℃，2h)固化。经过氧等离子体表面处理(30W，30s)，一层6µm厚的SU-8被自旋涂覆(3800rpm，45s)，软焙(130℃，300s)，曝光(140mJcm−2，365nm)，后焙(90℃，1800s；60°C，2700s)，在丙二醇单甲基醚醋酸酯中显像2分钟，在异丙醇中冲洗，用氮气干燥。经过氧等离子体(30W，30s)表面处理后，第二层脱气的PDMS预聚体(10：1)被自旋涂覆(3700rpm，60s)并在烤箱(80°C，2h)中固化。PEDOT：PSS被过滤(1μm PTFE过滤器)，然后自旋涂覆(3000rpm，60s)到O2等离子体处理(30W，30s)的PDMS表面。随后进行退火(120°C，30min)。在氩气气氛下的手套箱中进行了有机半导体共混物的制备。将20毫克P3HT和20毫克PCBM分别溶于1毫升无水氯苯中，在70°C下搅拌过夜。然后用0.45μmPTFE过滤器过滤溶液并混合[体积1：1]。然后以1000rpm的转速旋转涂覆P3HT：PCBM共混物60s。通过与SU-8模式对齐的阴影掩膜，采用直流溅射法沉积钛阴极。经氧等离子体(30W，15s)表面处理后，脱气的PDMS预聚物(5：1比例)的包封层(4000rpm，60s)在烘箱(80°C，2h)中固化。为了暴露阴极，进行光刻和PDMS干蚀刻。然后将晶圆置于去离子水中，使牺牲层溶解并释放PDMS-光伏界面。最后收集浮膜并在空气中干燥。圆顶状的PDMS支架是用PMMA铣削模具制造的，填充PDMS预聚物(10：1)，然后在烘箱(80°C，2h)中脱气和固化。支架从成型部件中释放出来，用打孔机(直径330µm)在专用于视网膜钉插入的位置穿孔。将释放的PDMS光伏界面夹在两个O形环之间，并与PDMS支架一起暴露在氧等离子体(30W，30s)中。由于固定膜的径向拉伸，活化的PDMS表面接触并允许均匀结合。通过激光切割去除用于夹紧阵列的过量PDMS。

芯片微细加工。

用于KPFM和PC/PV测量的芯片在20×24mm2玻璃基板上制造。微加工前，用去离子水、丙酮和异丙醇对玻璃屑进行超声波清洗，各清洗15min，然后用氮气干燥。采用射频溅射法在玻璃芯片上沉积了ITO(200nm)。PEDOT：PSS过滤(1μm PTFE过滤器)，然后在每个芯片上以3000rpm旋转涂覆60s。随后在120°C下退火30分钟。有机半导体共混物的制备如前所述进行。然后在每个芯片上以1000rpm的转速旋转涂覆P3HT：PCBM混合物60s。采用荫罩热蒸发法制备铝阴极；采用直流溅射法制备钛阴极。当存在时，通过旋转镀膜(1000rpm，60s)将脱气的PDMS预聚体(10：1)沉积在玻璃基板上，然后在烘箱(80°C，2h)中固化。

开尔文探针力显微镜。

在环境条件下，使用Asylum Research Cypher S显微镜在表面电位成像模式下使用涂有PtIr的尖端进行KPFM表征。为了测量表面电位的变化，在黑暗和照明条件下，通过对100nm单线重复扫描来收集KPFM图像。显微镜顶端和样品上方的白色LED作为光源，手动将其100%关闭和100%打开以达到所需条件。采用Gwyddion 2.36软件对KPFM图像进行分析。对于每幅图像，用光照下的表面电位减去黑暗时的表面电位(光照时的电压，黑暗时的电压)，得到平均表面电位变化值。

加速老化试验。

加速老化在87°C的干燥箱中进行。样品浸入密封的50毫升猎鹰管离心管中的生理盐水(0.9%NaCl，pH值7.4)中。在此条件下，加速因子为32。在开始老化前和老化过程中的几个时间点测量KPFM。每次KPFM测量之间的加速老化过程持续135小时，相当于6个月。在进行KPFM测量前，从密封的猎鹰管中取出样品，用去离子水冲洗，并在氮气流下干燥。

PV和PC的测量。

在本实验中，光电界面是直接在玻璃上制作的(不使用PDMS)，以避免电极与焊盘的连接线在接触时断裂。钛电极的直径为100微米，但在评估界面产生的PC密度时，也考虑了连接线暴露在光线下的面积。使用PDMS作为粘合剂，将塑料储液器连接到芯片上。芯片放在支架上，每个焊盘依次接触。

使用银浆来改善电接触。浸在生理盐水(NaCl0.9%)中的银/氯化银颗粒用作参比电极。光脉冲由565纳米绿色LED发出，聚焦在样品水平。使用电压放大器测量PV，使用电流放大器测量PC。数据采样(16kHz)和仪器同步通过DAQ板和定制软件实现。数据分析在Matlab(Mathworks)中进行。由于采集系统的限制，长脉冲串(图5e)以20个脉冲、20Hz(共1秒)为一组，每组脉冲串之间有1秒钟的间隔，以便系统在开始下一组脉冲串之前保存数据。