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Il primo impianto retinico nanoengineered ha potuto aiutare la visione funzionale del riacquisto cieco

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Nanowires fornisce più di alta risoluzione di qualche cosa raggiunto da altri dispositivi --- più vicino al gioco denso dei fotoricettori nella retina umana

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Un gruppo degli ingegneri alla partenza basata Jolla Nanovision Biosciences Inc. dell'università di California San Diego e della La ha sviluppato la prima protesi retinica nanoengineered — un punto più vicino a ristabilire la capacità dei neuroni nella retina di rispondere a luce.

La tecnologia potrebbe aiutare decine di milioni di gente universalmente che soffre dalle malattie neurodegenerative che colpiscono la vista, compreso degenerazione maculare, retinite pigmentose e dalla perdita di visione dovuto il diabete.

Malgrado gli avanzamenti nello sviluppo delle protesi retiniche durante le due decadi scorse, la prestazione dei dispositivi attualmente sul mercato per aiutare la visione funzionale del riacquisto cieco è ancora severamente limitata — bene nell'ambito della soglia di acutezza di 20/200 che definisce la cecità legale.

La nuova protesi conta su due nuove tecnologie: matrici impiantate dei nanowires fotosensibili e di un potere/sistema dati senza fili.

Matrici impiantate dei nanowires del silicio

La nuova protesi usa le matrici dei nanowires che percepiscono simultaneamente la luce ed elettricamente stimolano la retina. I nanowires forniscono più di alta risoluzione di qualche cosa raggiunto da altri dispositivi — più vicino al gioco denso dei fotoricettori nella retina umana, secondo il researchers.*

Le protesi retiniche esistenti richiedono un sensore della visione (quale una macchina fotografica) fuori dell'occhio di catturare una scena visiva e poi di trasformarla nei segnali stimolare in sequenza i neuroni retinici (in una matrice). Invece, i nanowires del silicio imitare i coni di percezione ed i coni retinici della retina direttamente per stimolare le cellule retiniche. I nanowires sono impacchettati in una griglia degli elettrodi, direttamente attivata da luce.

Questa traduzione diretta e locale di luce incidente in stimolazione elettrica fa per molto un più semplice — ed evolutivo — architettura per una protesi, secondo i ricercatori.

Potere e sistema di telemetria senza fili

Per il nuovo dispositivo, il potere è consegnato senza fili, dall'esterno del corpo all'impianto, attraverso un sistema di telemetria di potenza induttivo. I dati ai nanowires sono inviati sopra lo stesso collegamento senza fili alla velocità ed al rendimento energetico record. Il sistema di telemetria è capace di trasmissione sia il potere che i dati sopra un singolo paio delle bobine induttive, uno che emettono dall'esterno del corpo e degli un altro dal lato di ricezione nell'occhio. **

Tre dei ricercatori co-hanno fondato alle le scienze biologiche basate Jolla di Nanovision della La, un partner in questo studio, più ulteriormente per sviluppare e tradurre la tecnologia in uso clinico, con lo scopo di ristabilimento della visione funzionale in pazienti con degenerazione retinica severa. Le prove sugli animali con il dispositivo sono in corso, con seguire di test clinici. ***

La ricerca è stata descritta in un'edizione recente del giornale di ingegneria neurale. È stata costituita un fondo per dalle scienze biologiche di Nanovision, da Qualcomm Inc. e dall'istituto di ingegneria nella medicina e dall'istituto di ricerca clinico e di traduzione a Uc San Diego.

* per l'acuità visiva di 20/20, una dimensione del pixel dell'elettrodo 5 di μm (micrometri) è richiesta; la 20/200 di acuità visiva richiede il μm 50. Il numero minimo degli elettrodi richiesti per riconoscimento di forme o il testo della lettura è stimato per essere circa 600. I nuovi elettrodi nanoengineered del nanowire del silicio sono 1 μm di diametro e per l'esperimento, 2500 nanowires del silicio sono stati usati.

** Il dispositivo è altamente di ottimo rendimento perché minimizza le perdite di energia in potere e trasmissione dei dati senza fili e nel processo di stimolazione, riciclante l'energia elettrostatica che circola all'interno del carro armato sonoro induttivo e fra la capacità sugli elettrodi ed il carro armato sonoro. Fino a 90 per cento dell'energia trasmessa realmente sono consegnati ed usati per stimolazione, che significa meno potere senza fili di rf che emette la radiazione nella trasmissione e meno riscaldamento del tessuto circostante da potere dissipato.

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Questi sono neuroni corticali primari coltivati sulla superficie di una matrice dei nanowires optoelettronici. Qui un neurone sta tirando i nanowires, indicanti che la cellula sta facendo bene su questo materiale. (credito: Uc San Diego)

Il *** per proof of concept, i ricercatori ha inserito la matrice senza fili alimentata del nanowire sotto una retina transgenica del ratto con il rhodopsin P23H colpo-nella degenerazione retinica. La retina degenerata ha collegato mediante interfaccia in vitro ad una matrice del microelettrodo per la registrazione dei potenziali d'azione neurali extracellulari («punte» elettriche da attività neurale).

Estratto verso delle protesi retiniche ad alta definizione con l'indirizzo ottico diretto e la telemetria induttiva

Obiettivo. Malgrado i considerevoli avanzamenti in protesi retiniche durante le ultime due decadi, la risoluzione della visione ristabilita è rimanere limitata severamente, bene sotto la soglia dell'acutezza di 20/200 di cecità. Verso i miglioramenti drastici nella risoluzione spaziale, presentiamo un'architettura evolutiva per le protesi retiniche in cui ogni elettrodo di stimolazione direttamente è attivato da luce incidente ed è alimentato da un impulso di tensione comune trasferito sopra un singolo collegamento induttivo senza fili. Approccio. L'indirizzabilità ottica ibrida e lo schema di potenza elettronico fornisce il controllo spaziale e temporale separato sopra stimolazione ed ulteriore fornisce il guadagno optoelettronico per le soglie dell'intensità di scarsa visibilità sostanzialmente che altre protesi retiniche otticamente indirizzate facendo uso delle matrici passive del microphotodiode. L'architettura permette l'uso degli stendiment elettrodici ad alta densità con i nanowires fotosensibili ultraelevati del silicio, prevenente l'esigenza di eccessivi collegamenti e telemetria di dati di alto-capacità di lavorazione. Invece, il singolo collegamento induttivo guida l'intera matrice degli elettrodi attraverso due cavi e fornisce il controllo esterno sopra i parametri di forma d'onda per stimolazione comune di tensione. Risultati principali. Un sistema completo che comprende il collegamento induttivo di telemetria, il demodulatore di impulso di stimolazione, il condensatore di serie d'equilibratura ed al il dispositivo basato nanowire dell'elettrodo è integrato e convalidato ex vivo sul tessuto della retina del ratto. Significato. Le misure dimostrano il controllo sopra attività neurale retinica sia da luce che la polarizzazione elettrica, convalidante la possibilità dell'architettura proposta e di suoi componenti di sistema come primo punto importante verso un ad alta definizione otticamente ha indirizzato la protesi retinica.