仿生技术在眼视光学领域的应用

文 马甜甜

眼视光学是一门以保护人眼视觉健康为主要内容的医学领域学科，以眼科学和视光学为主，结合现代医学、生理光学、应用光学、心理物理学、生物医学工程等知识所构成的一门专业性强、涉及面广的交叉学科。它是现代光学技术和现代眼科学的结合，是一门既具有经典传统色彩、又具有现代高科技特征的医学专业。仿生学是生物学和科学技术相结合的交叉学科。它打破了生物和机器之间的界限，将各种不同的系统联系起来。仿生技术将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，实现新的技术设计，并制造出更好的新型仪器等。

1 研究现状

目前，全球范围内，眼视光学领域利用仿生技术制造的产品有以下几种：

1.1 美国科学家发明的“人造眼”

据报道，这种仿生眼由美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学的专家发明。它由一个微缩摄像机和一个微缩电脑芯片制成，微缩摄像机安装在失明患者所戴眼镜的上方，电脑芯片可以被移植到患者视网膜后面。它发出的脉冲信号，可以让大脑产生一种基本的原始图像，模拟视网膜及视神经功能。只是，该产品存在不足，所产生的图像类似“印象画”，缺乏鲜明的自然色彩。

1.2 智能仿生眼镜

英国牛津大学的研究人员正在研制一款智能仿生眼镜，它采用微型摄像头和一个袖珍电脑，用于提醒佩戴者前方出现的物体或人。仿生眼镜采用透明镜片，上面布满小型发光二极管，镜框装有一个针孔摄像机，摄像头获取信息，然后传送到佩戴者口袋内的接收器中。接收器对信息进行处理，简化成点阵。镜片中的发光二极管随后点亮点阵，模拟成像。

1.3 蜂窝膜镜片

本发明公开了一种仿生蜂窝网膜镜片及蜂窝网状膜层的镀膜方法，模仿蜂窝的网格状结构。该仿生蜂窝网膜镜片主要包括镜片基层、镜片加硬层和一层蜂窝网状膜层，并且通过特殊的镀膜方法，将蜂窝网状膜层镀在镜片基片表层，形成若干犹如蜂窝结构的“小镜片”，使入射光在进入眼睛时，通过这些“小镜片”使强光和物体表面的杂、散光发生漫反射，将光线变为平行光线和同心光线，使人眼避免强光的刺激，减少对眼球的伤害，起到缓解视疲劳的效果。

1.4 莲花膜镜片

莲花效应是指莲花的自洁现象。20世纪70年代，波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶子表面时发现，光滑的叶子表面有灰尘，要经过清洁后才能在显微镜下观察；而荷叶等可以防水的叶子表面上总是干干净净的。荷叶具有自洁效应是其表面微纳结构与蜡状物质共同作用的结果：它的叶片表面结构为微绒毛，这使得灰尘和荷叶的接触面积减少，两者之间的吸附力也减少，微绒毛表面上有一层小管状的蜡晶体膜，不透水，水珠很难停留在上面，当水滴从叶面上滚过时，由于灰尘和水滴间的接触面积大，有较强的吸附力，水珠可以轻易将灰尘带走。

莲花膜技术所模仿的就是莲花的自洁效应，它是一种多波长纳米镀膜技术。该技术使水珠与镜片表面接触角明显增大，当水溅到镜片上时，就像滴到荷叶上一样滑落，带走灰尘，时刻保持镜片的清洁，耐水、耐磨、耐脏性明显提高，故而得名莲花膜技术。

1.5 隐形眼镜吸棒

章鱼的吸盘有两个腔室：外部的漏斗器官和内部的臼窝。当吸附某物体时，漏斗器官的肌肉使吸盘发生变形，贴合到物体上，形成封闭空间；然后臼窝的肌肉开始收缩，在吸盘内部产生强大的负压，通过与外界的压力差产生吸力。

隐形眼镜的吸棒正是模仿类似章鱼吸盘的负压吸力，将隐形眼镜吸出，帮助患者摘镜。这种新型的吸棒由吸盘和吸盘棒组成，吸盘棒内有一个空腔，一端与吸盘凹面相通，用吸棒接触隐形眼镜镜片时，挤压吸盘棒排出空气，使吸盘贴紧隐形眼镜表面时，空腔产生的负压形成较大的吸力，将隐形眼镜取下。

1.6 仿生隐形眼镜及护理液

该款隐形眼镜采用新型超水胶材料制作，模拟人眼健康角膜78%的含水量，舒适性更强；同时模拟人眼健康泪液脂质层的锁水功能，防止镜片脱水，维持稳定的光学效果；超水胶材料氧传导性（DK/t）能满足眼睛健康所需的氧需求，因此具有高保湿、高含水、高透氧的优点，这是仿生科技在视光领域应用的一大力作。

该款护理液采用三重仿生科技：①含透明质酸钠（HA），让镜片维持长达20小时的水润；②PH值与健康泪液相符，自然呵护双眼；③智能蛋白管理，保持镜片清洁。产品模拟人眼健康泪液，双效杀菌系统，给消费者带来持久保湿、自然舒适的配戴体验。

自然界的生物多种多样，不同生物的“特异功能”各式各样。人类从生物界得到启发，新创产品层出不穷，更多的仿生产品将出现在生产生活的各个领域。我们希望，视光学与仿生学这两个逐渐兴起的学科将发生更多的交叉和联系。未来会有更多丰富多彩的相关产品，为人类的生活增色添彩。