近代視網膜病變漸增，交大前校長吳重雨教授的團隊，成功開發出領先國際目前市售之太陽能無線光照人工視網膜植入式晶片，可代替破損的視網膜，幫助再生視覺感官。團隊並已籌畫新創公司，進行視網膜晶片系統及裝置生產製造。

文/林怡君

視網膜病變，會造成眼睛用來偵測光線的細胞死亡，物體反射的光線無法在視網膜成像，也就無法形成神經信息傳導至腦中的視覺皮層，導致失明。

據統計，眼疾人口中，每4000人就有1人患有色素性視網膜炎(PR)；而65歲以上老年人中，更是每10人就有1人罹患老年性黃斑部病變(AMD)。也由於視網膜病變目前尚未有良好治療方案，導致失明者日益增多，人工視網膜的開發也成為生醫工程中熱門的領域之一。

智慧電子國家型科技計畫(NPIE)中，目前同時是奈米國家型科技計畫總主持人、交大吳重雨教授的研究團隊，跨領域結合生醫、電子和光學的專業，提出一個領先國際的先進人工視網膜，在視網膜後方植入晶片，模仿視網膜的功能，讓患者能感知光線和粗略的形體。期望能有效提升失明患者的生活自主能力，減少國家在老年疾病、身障養護的社會成本與經費預算。

仿生視網膜　重建視覺感官

該團隊研發的人工視網膜系統，主要包含「眼內植入晶片」和頭戴式「影像擷取與投射裝置」兩個部份，由影像裝置擷取影像，並投射至植入下視網膜的晶片上，將影像轉為電信號，再藉由晶片上的微電極產生刺激，將訊號傳導到腦中視覺皮層以產生影像。

該研究計畫下有3個子計畫，分別由潘瑞文教授（交大光電系統所）負責影像擷取投射系統、吳重雨教授（電子工程學系）負責植入晶片及電刺激模型的研發、台北榮總眼科林伯剛醫生則負責該系統的體內外生物效應研究。

眼外影像擷取投射系統的開發，主要分為兩個部分，一為大光圈的影像擷取鏡頭，可以在低光度下進行取像任務，不需要輔助光源，可以減少系統耗電量且不會引起過大之影像雜訊。

另一為高效率、高解析的影像投射器，可將擷取的影像投射到人眼，成像在人工視網膜晶片上；由於投射器可改變光強度，讓對應的人工視網膜晶片產生適當光電流，進而成功形成影像。 

目前，該人工視網膜約可呈現64像素的影像，吳重雨表示，團隊仍在持續改進系統，目標希望影像像素能提高到256像素。

而植入式晶片上，整合有太陽能電池、影像感測器與電刺激器陣列、刺激微電極等裝置，可由晶片上的影像感測器、電刺激器陣列，將投射進入眼內的影像轉換為電信號，再經由晶片上直接接觸視網膜組織的微電極(Microelectrode)產生刺激，以替代壞死之感光細胞產生視覺。

無線光照電池　減少手術感染風險

儘管，美國史丹佛大學已研發一款無線式人工視網膜，由患者戴一個特製的眼鏡框，再從鏡框發出紅外線脈衝波直接打到視網膜的晶片上，供給晶片運作所需要的電源。該裝置的供電系統基本上與太陽能電池相似，但完全由紅外線供電，需較強烈的光線，對人體的影響尚需評估。

吳重雨表示，該晶片的優勢在於，使用太陽能電池並開發電路分區啟動刺激的系統，將矽視網膜晶片分為8區域或更多，依序啟動，將各區塊刺激啟動的時間間距控制在小於細胞觸發到復原的時間（action potential to refractory period），效果等同於持續刺激該細胞，但在輸出功率上卻可以有8倍以上的提升。

加上由眼外裝置對晶片照射紅外光，可增進太陽能電池效率，提供整個電路所需的功率消耗，使此晶片可以直接應用於下視網膜晶片植入療程，而不需穿線裝設任何體外電池裝置。

吳重雨強調，如此可以避免常有發生因穿線而傷口感染的風險，及後續使用上的不便。

此外，該晶片設計植入視網膜下方，可由視網膜固定，也不需再額外的固定裝置。

該計畫的人工視網膜系統已整合完成，目前已經開始進行迷你豬的安全性與可靠性測試實驗，包含紅外線安全性測試、晶片於下視網膜內之短期生物安全性測試、神經訊號測試等，結果皆顯示，植入該裝置的迷你豬視網膜細胞有刺激反應，證明可感知光線。

人工視網膜系統目前已取得２件專利，計畫同時申請生技醫藥國家型科技計畫（NRPB）以及早進行人體臨床試驗。

由於目前國際上已經有商品化成功的公司案例，相關產品一套售價14萬美金，為美國保險公司列入給付項目，其潛藏龐大的市場需求，因此團隊已朝向籌畫成立新創公司，以生產視網膜晶片系統及裝置。

吳重雨教授的團隊開發的人工視網膜系統已取得2項專利。(圖/資料中心)

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 8