仿生技術(shù)在眼視光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

文 馬甜甜

眼視光學(xué)是一門以保護(hù)人眼視覺健康為主要內(nèi)容的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)W科，以眼科學(xué)和視光學(xué)為主，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、心理物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等知識所構(gòu)成的一門專業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣的交叉學(xué)科。它是現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代眼科學(xué)的結(jié)合，是一門既具有經(jīng)典傳統(tǒng)色彩、又具有現(xiàn)代高科技特征的醫(yī)學(xué)專業(yè)。仿生學(xué)是生物學(xué)和科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科。它打破了生物和機(jī)器之間的界限，將各種不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來。仿生技術(shù)將各種生物系統(tǒng)所具有的功能原理和作用機(jī)理作為生物模型進(jìn)行研究，實現(xiàn)新的技術(shù)設(shè)計，并制造出更好的新型儀器等。

1 研究現(xiàn)狀

目前，全球范圍內(nèi)，眼視光學(xué)領(lǐng)域利用仿生技術(shù)制造的產(chǎn)品有以下幾種：

1.1 美國科學(xué)家發(fā)明的“人造眼”

據(jù)報道，這種仿生眼由美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學(xué)的專家發(fā)明。它由一個微縮攝像機(jī)和一個微縮電腦芯片制成，微縮攝像機(jī)安裝在失明患者所戴眼鏡的上方，電腦芯片可以被移植到患者視網(wǎng)膜后面。它發(fā)出的脈沖信號，可以讓大腦產(chǎn)生一種基本的原始圖像，模擬視網(wǎng)膜及視神經(jīng)功能。只是，該產(chǎn)品存在不足，所產(chǎn)生的圖像類似“印象畫”，缺乏鮮明的自然色彩。

1.2 智能仿生眼鏡

英國牛津大學(xué)的研究人員正在研制一款智能仿生眼鏡，它采用微型攝像頭和一個袖珍電腦，用于提醒佩戴者前方出現(xiàn)的物體或人。仿生眼鏡采用透明鏡片，上面布滿小型發(fā)光二極管，鏡框裝有一個針孔攝像機(jī)，攝像頭獲取信息，然后傳送到佩戴者口袋內(nèi)的接收器中。接收器對信息進(jìn)行處理，簡化成點陣。鏡片中的發(fā)光二極管隨后點亮點陣，模擬成像。

1.3 蜂窩膜鏡片

本發(fā)明公開了一種仿生蜂窩網(wǎng)膜鏡片及蜂窩網(wǎng)狀膜層的鍍膜方法，模仿蜂窩的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。該仿生蜂窩網(wǎng)膜鏡片主要包括鏡片基層、鏡片加硬層和一層蜂窩網(wǎng)狀膜層，并且通過特殊的鍍膜方法，將蜂窩網(wǎng)狀膜層鍍在鏡片基片表層，形成若干猶如蜂窩結(jié)構(gòu)的“小鏡片”，使入射光在進(jìn)入眼睛時，通過這些“小鏡片”使強(qiáng)光和物體表面的雜、散光發(fā)生漫反射，將光線變?yōu)槠叫泄饩€和同心光線，使人眼避免強(qiáng)光的刺激，減少對眼球的傷害，起到緩解視疲勞的效果。

1.4 蓮花膜鏡片

蓮花效應(yīng)是指蓮花的自潔現(xiàn)象。20世紀(jì)70年代，波恩大學(xué)的植物學(xué)家巴特洛特在研究植物葉子表面時發(fā)現(xiàn)，光滑的葉子表面有灰塵，要經(jīng)過清潔后才能在顯微鏡下觀察；而荷葉等可以防水的葉子表面上總是干干凈凈的。荷葉具有自潔效應(yīng)是其表面微納結(jié)構(gòu)與蠟狀物質(zhì)共同作用的結(jié)果：它的葉片表面結(jié)構(gòu)為微絨毛，這使得灰塵和荷葉的接觸面積減少，兩者之間的吸附力也減少，微絨毛表面上有一層小管狀的蠟晶體膜，不透水，水珠很難停留在上面，當(dāng)水滴從葉面上滾過時，由于灰塵和水滴間的接觸面積大，有較強(qiáng)的吸附力，水珠可以輕易將灰塵帶走。

蓮花膜技術(shù)所模仿的就是蓮花的自潔效應(yīng)，它是一種多波長納米鍍膜技術(shù)。該技術(shù)使水珠與鏡片表面接觸角明顯增大，當(dāng)水濺到鏡片上時，就像滴到荷葉上一樣滑落，帶走灰塵，時刻保持鏡片的清潔，耐水、耐磨、耐臟性明顯提高，故而得名蓮花膜技術(shù)。

1.5 隱形眼鏡吸棒

章魚的吸盤有兩個腔室：外部的漏斗器官和內(nèi)部的臼窩。當(dāng)吸附某物體時，漏斗器官的肌肉使吸盤發(fā)生變形，貼合到物體上，形成封閉空間；然后臼窩的肌肉開始收縮，在吸盤內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的負(fù)壓，通過與外界的壓力差產(chǎn)生吸力。

隱形眼鏡的吸棒正是模仿類似章魚吸盤的負(fù)壓吸力，將隱形眼鏡吸出，幫助患者摘鏡。這種新型的吸棒由吸盤和吸盤棒組成，吸盤棒內(nèi)有一個空腔，一端與吸盤凹面相通，用吸棒接觸隱形眼鏡鏡片時，擠壓吸盤棒排出空氣，使吸盤貼緊隱形眼鏡表面時，空腔產(chǎn)生的負(fù)壓形成較大的吸力，將隱形眼鏡取下。

1.6 仿生隱形眼鏡及護(hù)理液

該款隱形眼鏡采用新型超水膠材料制作，模擬人眼健康角膜78%的含水量，舒適性更強(qiáng)；同時模擬人眼健康淚液脂質(zhì)層的鎖水功能，防止鏡片脫水，維持穩(wěn)定的光學(xué)效果；超水膠材料氧傳導(dǎo)性（DK/t）能滿足眼睛健康所需的氧需求，因此具有高保濕、高含水、高透氧的優(yōu)點，這是仿生科技在視光領(lǐng)域應(yīng)用的一大力作。

該款護(hù)理液采用三重仿生科技：①含透明質(zhì)酸鈉（HA），讓鏡片維持長達(dá)20小時的水潤；②PH值與健康淚液相符，自然呵護(hù)雙眼；③智能蛋白管理，保持鏡片清潔。產(chǎn)品模擬人眼健康淚液，雙效殺菌系統(tǒng)，給消費者帶來持久保濕、自然舒適的配戴體驗。

自然界的生物多種多樣，不同生物的“特異功能”各式各樣。人類從生物界得到啟發(fā)，新創(chuàng)產(chǎn)品層出不窮，更多的仿生產(chǎn)品將出現(xiàn)在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。我們希望，視光學(xué)與仿生學(xué)這兩個逐漸興起的學(xué)科將發(fā)生更多的交叉和聯(lián)系。未來會有更多豐富多彩的相關(guān)產(chǎn)品，為人類的生活增色添彩。