在视网膜中，视细胞负责将外界的光转换为作为神经信号，也就是电信号。在视网膜色素变性等视觉疾病中，由于视细胞功能丧失，大脑无法接收到光的电信号。针对这类疾病的一种治疗方法是光电动势型人工视网膜。该技术利用微型太阳能电池，将进入眼内的光转换为电能，通过电刺激激活视网膜中残存的神经细胞，从而恢复丧失的视觉功能。

日本国立遗传学研究所（简称遗传研）的松本彰弘助教、米原圭祐教授、奥胡斯大学（丹麦）的拉斯穆斯·施密特·达维德森（Rasmus Schmidt Davidsen）助教、奥胡斯大学医院的托克·贝克（Toke Bek）教授、丹麦技术大学的斯特凡·西尔维斯特·凯勒（Stefan Sylvest Keller）教授等人组成的国际联合研究团队，开发出了新型光电动势型人工视网膜（Photovoltaic Artificial Retina），它由微型硅太阳能电池与热解碳构成，高密度集成了三维立体电极，并实证其能够在小鼠和猪的视网膜中诱发神经活动。相关研究成果已发表于《Advanced Healthcare Materials》。

图1　由微型太阳能电池和三维碳电极构成的光电动势型人工视网膜（供图：国立遗传学研究所）

研究团队着眼于将热解碳作为光电动势型人工视网膜的新型刺激电极材料。碳具有优异的生物相容性和化学稳定性，且能够加工成立体结构，因此是有望用于神经刺激电极的材料。此前尚未确立在构成人工视网膜的微型太阳能电池上形成碳电极的技术。

研究团队应用半导体微细加工技术，通过在高温下热分解形成在硅太阳能电池上的微细树脂结构，成功将立体碳电极集成到了太阳能电池上。虽然热分解需要高温处理，但研究确认，经过该工序后，微型太阳能电池的发电性能依然得以保留，通过近红外光照射能够产生最大约0.5伏的电压。

研究人员将开发的人工视网膜植入小鼠和猪的视网膜上并照射近红外光后，成功使视网膜神经细胞产生神经活动。观测到的神经活动模式，与通常由可见光经由视细胞诱发的神经活动相似。此外，由于该碳电极具有三维立体结构，实验证实相较于既往平面型电极，与视网膜神经细胞的接触更好，能够更高效地诱发神经活动。

今后，研究团队将推进太阳能电池的进一步小型化、高密度化，优化立体碳电极形状和配置，并开展安全性、长期稳定性验证，争取实现兼具更高空间分辨率和高效神经刺激的人工视网膜。