以下文章来源于液态金属FM ，作者Copilot＆yi
视网膜退行性疾病，如视网膜色素变性和老年性黄斑变性，会导致光感受器细胞逐渐丧失或永久损伤，从而导致严重的视力障碍。然而，即使在光感受器退化的情况下，内层视网膜神经元（神经节细胞和双极细胞）仍然可以保持活性。因此，利用电子视网膜假体电刺激内层视网膜神经元，已经成为一种有前途的视力恢复方法。
然而，传统的视网膜植入物的刚性电极会对软视网膜组织造成损伤，而且由于与退化视网膜中的目标细胞距离较远，它们的选择性也有限。为了解决这些问题，延世大学的Jang-Ung Park教授等人报道了一种由柔性晶体管和三维共晶镓铟合金刺激电极组成的超薄（10 μm）且柔软的人造视网膜。
这种三维液态金属电极的尖端涂覆了铂纳米团簇，可以降低刺激电极的阻抗，提高电荷注入效率（72.84 mC cm−2），从而在视网膜中引发神经反应。这些微电极还可以增强与目标视网膜神经节细胞的接近度，提高刺激的选择性。由于液态金属的低杨氏模量（234 kPa），这些电极可以最大程度地减少对视网膜的损伤。
此外，研究人员还使用了一种无监督的机器学习方法，有效地识别视网膜神经节细胞中的诱发峰值，评估神经活动的程度。在视网膜退化小鼠模型上的体内实验结果显示，当光照的区域发生变化时，视网膜上神经反应的时空分布也随之变化，表明视力得到了恢复。
相关成果以“Liquid-metal-based three-dimensional microelectrode arrays integrated with implantable ultrathin retinal prosthesis for vision restoration”为题发表在《Nature Nanotechnology》上。
图1. 带有3D LM微电极阵列的柔性人工视网膜。a，在光感受器退化的局部凹凸不平视网膜表面集成3D LM微电极的人工视网膜示意图。b，基于光敏晶体管与3D LM微电极集成的人工视网膜布局示意图。c，人工视网膜的照片，其中高分辨率晶体管阵列与3D LM微电极集成。d，高分辨率光电晶体管阵列与60 μm高的3D LM微电极集成的SEM图像（50 × 50像素；像素间距，100 μm）。e，3D LM刺激电极的尖端上涂覆Pt纳米团簇（PtB）的SEM图像。f，在具有3D LM微电极的装置上培养的人视网膜细胞的DAPI和活/死染色的荧光显微镜图像。g，人工视网膜的细胞活性。
图2. 光电晶体管阵列的光电特性和3D LM微电极的电化学特性。a，分步光照射下的转移特性。b，分步光照射下的输出特性。c，光电晶体管阵列在光照下的响应时间。d，光电晶体管阵列在不同光照强度下的光电流响应。e、 鹰形掩膜照片（左）和在光照下的光电流轮廓图（右）。f，高分辨率直写系统示意图。g，3D LM微电极的直径作为喷嘴内径的函数。h，3D LM微电极的高度作为六轴平台速度的函数。i，PtB沉积前具有不同高度的印刷EGaIn柱阵列的SEM图像。j，不同高度的3D LM微电极的阻抗谱。k，不同高度的3D LM微电极的循环伏安图。没有明显的差别。
图3. 使用WT和rd1小鼠视网膜的离体实验。a，使用WT和rd1小鼠视网膜的离体实验的实验示意图。b，由36个刺激和记录3D LM微电极对的光学立体显微照片。c，WT和rd1小鼠视网膜的VEP和EEP。d，在黑暗环境下WT和rd1小鼠视网膜的EEP。e，f，WT和rd1小鼠视网膜在平面型刺激电极的人工视网膜操纵下不同光强度暴露下的EEP。g，WT和rd1小鼠视网膜的EEP发射率作为照明光强度的函数。h，i，WT和rd1小鼠视网膜在具有不同高度的3D LM微电极的人工视网膜下在光下的EEP。j，WT和rd1小鼠视网膜的诱发RGC棘波的发射率作为3D LM微电极高度的函数。
图4. 使用无监督机器学习的信号分类。a，从层次聚类中初步分类诱发RGC尖峰。b，根据K-means聚类对数据集进行分类。c，d，e，分类诱发RGC尖峰的三个聚类数据。
图5. 使用活体rd1小鼠进行视力恢复的体内实验。a，使用活体rd1小鼠的体内实验装置的照片。c，全场蓝光照射下的体内实验示意图。d，在恒定的全场蓝光照射下，设备操作期间诱发的RGC尖峰的尖峰序列和发射率。e，全视野蓝光照射下诱发RGC棘波发射率的等值线图。f，连续激光照射下的体内动物实验示意图。g，在通过椭球形掩膜的连续激光曝光下的装置操作期间诱发的RGC尖峰的尖峰序列和发射速率。h，图案化激光照射下诱发RGC尖峰发射率的等值线图。i，人造视网膜的像素指数。j，激光照射和未照射状态下所有像素的激发率。k，在每个像素中具有三种不同激光照明状态的归一化发射率。
文章信息：
Chung, W. G.; Jang, J.; Cui, G.; Lee, S.; Jeong, H.; Kang, H.; et al. Liquid-metal-based three-dimensional microelectrode arrays integrated with implantable ultrathin retinal prosthesis for vision restoration. Nature Nanotechnology 2024, 1–10. DOI:10.1038/s41565-023-01587-w.
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