Перовскитные пленки претендуют на роль сетчатки

Фотография и виртуальное изображение фоторецепторов на гибкой подложке

Искусственная сетчатка могла бы вернуть зрение многим людям, однако, создавая такие импланты, ученые сталкиваются с решением непростых задач, не последняя из которых — воссоздание цветного зрения.

Исследователи из группы Хао-Ву Линя в Национальном университете Цин Хуа создали маленькое гибкое устройство, имитирующее работу рецепторов человеческого глаза («Adv. Mater.», 2019, 24 doi.org/10.1002/adma.201970170). Фактически это тонкий слой перовскитного материала, который, поглощая свет, генерирует электрический сигнал. Так же работают перовскитные солнечные батареи, находящиеся в двух шагах от коммерческого применения. Перовскиты — это природные или синтетические вещества, строение кристаллической решетки которых подобно структуре минерала перовскита (титаната кальция CaTiO₃).

Конечно, новое устройство — еще не искусственная сетчатка, но исследователи верят, что из перовскитов со временем удастся сделать импланты.

Сетчатка наша устроена довольно хитро. В ней находятся несколько типов клеток-фоторецепторов. Три вида клеток-колбочек различают красный, зеленый и синий цвета, а клетки-палочки реагируют на свет (причем достаточно даже двух-трех фотонов) и отвечают за черно-белое зрение — именно так мы видим при плохом освещении.

Чтобы имитировать работу сетчатки, Линь и его коллеги нанесли на гибкую полимерную основу три одинаковых фотодетектора и дифракционную решетку — у них получилось небольшое устройство в несколько сантиметров. Фотодетекторы сделали из йодида метиламмония-свинца, то есть перовскита, поглощающего свет в видимой области спектра. Фотодетекторы освещали белым светом, но благодаря дифракционным решеткам из металлического серебра с разным периодом, размещенным поверх фотодетекторов, на поверхность каждого из них попадало электромагнитное колебание определенной частоты — фотоэлемент освещали светом строго определенного цвета. Вообще, дифракционная решетка позволяет вычленить свет определенной волны гораздо точнее, чем это делают цветные светофильтры, а поскольку она очень тонкая, это не повлияло на общую гибкость устройства. В результате на полимерном носителе оказались «приемники», благодаря дифракции чувствительные к строго определенной волне видимого света — красной, синей и зеленой.

С помощью нового устройства исследователи сканировали полноцветную фотографию подсолнуха, после чего по электрическим сигналам, записанным с каждого фотодетектора, реконструировали весь снимок. Получился вполне узнаваемый желтый подсолнух. Они сделали и другие тесты, которые показали, что устройство реагирует на цвета подобно колбочкам человеческого глаза, а также работает при ярком и тусклом освещении. Кроме того, многослойная пленка сгибается и разгибается, не теряя свои свойства.

Пока речь не идет о том, чтобы встроить устройство в глаз человека, — это задача отдаленного будущего. Чтобы передавать в мозг цветные образы, искусственную сетчатку нужно как-то подключить к глазным нервам, но как именно — сегодня никто не знает.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2019) на с. 21.