热和光学安全。

图9、操作过程中的温度变化。

根据有源植入式医疗器械热安全标准，植入物表面的最高温度不应超过周围正常体温37℃以上2℃。我们在空气中测量了在全场脉冲照明下连续工作2小时后，POLYRETINA表面温度的升高(图9a，b)。辐照度已设置为LED允许的最大值。稳态下平均热增量为1.24±0.29℃，低于2℃的标准限值。说明POLYRETINA符合热学安全标准。我们还验证了电极和聚合物表面的温度升高并没有不同(图9c，d)。无论如何，这个实验对应的是投射恒定全白画面的极端情况，而在日常操作中，当图像以黑白显示时，这种情况是不现实的。在这种情况下，平均光剂量较低，因此相关的温度升高也较低。此外，眼睛玻璃体的导热性比空气高出约30倍，因此散热效率更高。

在光学安全方面，光电义眼受到光照射时视网膜损伤的限制。根据这些标准，长期照射整个POLYRETINA(相当于一个全白框)时的最大允许照射量(MPE)受光热损伤的控制，等于328.75μW mm-2。然而，光电假体是在脉冲照明下工作的。如果脉冲时间为10ms，占空比为5%、10%或20%(分别为5、10或20Hz)，则MPE分别增至6.58、3.29或1.64mW mm-2。这些值都高于视网膜外植体的饱和值(1.08mW mm-2)。

图10、基于POLYRETINA的热效应有限元模拟。

对于POLYRETINA，入射光首先被P3HT：PCBM层吸收。实验测得POLYRETINA的平均透射率为49.07±5.25%。因此，只有部分入射光到达视网膜和视网膜色素上皮(RPE)，从而减少了因RPE吸收光而导致的视网膜加热效应。不过，P3HT：PCBM吸收的光会产生热量，这一点在评估MPE时应考虑在内。我们进行了有限元分析模拟，以估算POLYRETINA光照时视网膜的温度升高情况。首先，我们使用在没有POLYRETINA的情况下获得的MPE(分别为328和1.64mW mm-2)验证了连续和脉冲(10ms脉冲，20Hz)照明时RPE视网膜界面的温度升高。连续照射(560nm，328μW mm-2)150秒后，温度上升稳定在0.42°C。脉冲光照(10ms脉冲，频率20Hz，1.64毫瓦毫米-2)产生的温度峰值约为0.04°C，在与连续光照相对应的温度曲线附近摆动。这表明在脉冲刺激(占空比为20%)期间估计MPE的比例因子5是正确的。为了降低计算成本，在接下来的模拟中使用了连续照明。使用POLYRETINA时，经过150秒的连续光照(560nm，328μW mm-2)后，温度升高略微降低到0.37°C(图10a，b)。在这种情况下，关键界面是视网膜和假体之间的界面，与RPE-视网膜界面相比，温度增幅略高。POLYRETINA是在与视网膜直接接触的情况下进行模拟的，因为这代表了最坏的情况。在视网膜和POLYRETINA之间有一薄层玻璃体(100微米)，使温度升高降低了0.009°C，可以忽略不计。视网膜的热损伤需要局部温度上升超过10°C；视网膜50%损伤概率(ED50)先前已被定义为温度上升12.5°C。在我们的模型中，我们估算了有POLYRETINA(红色)和无POLYRETINA(黑色)时的ED50(图10c)。不出所料，有POLYRETINA时，持续照明的ED50稍高(10.6对9.4mW mm-2)，对应脉冲照明的53mW mm-2。对使用和不使用POLYRETINA的情况进行比较后发现，在广泛的辐照范围内，使用POLYRETINA时视网膜的温度升高降低了11%。因此，MPE可以略微提高到1.84mW mm-2，而POLYRETINA可以安全地在1mW mm-2下工作。

讨论

视网膜假体领域最重要的未决问题之一是如何同时提高视敏度和视野大小。从工程学的角度来看，这意味着要增加刺激电极的密度和扩大假体的尺寸。POLYRETINA是一种新型可折叠光电宽视场视网膜假体，与其他视网膜假体相比，它的尺寸(46.3度)和刺激像素数量(2215个)都有显著增加。

在视野方面，POLYRETINA可以覆盖46.3度视角的视网膜表面，大于法定失明(20度)和适当活动能力(30度)的临界值。

关于空间分辨率，连续半导体层的存在并不构成限制。在有机光伏技术中，低载流子迁移率和寿命限制了载流子的传输长度，对于空穴来说是几十纳米，对于电子来说是几百纳米。另一个研究小组的研究表明，如果将照明光点(大小为1微米)从电极边缘横向移动约12微米，阴极检测到的PC将减小到最大值的10%左右。

这种超出简单扩散过程的大衰减长度是由稳态非局部电场导致分离的载流子横向流动所引起的。因此，可以排除由于一个电极下产生的电荷载流子横向流向相邻电极而导致的电极间内部串扰(至少在边缘到边缘的距离约为20微米时)。通过测量溶液中的电压扩散和有限元分析模拟，我们发现1个像素的激活区域(约100微米)与像素大小相当。