仿生技術在眼視光學領域的應用

文 馬甜甜

眼視光學是一門以保護人眼視覺健康為主要內容的醫學領域學科，以眼科學和視光學為主，結合現代醫學、生理光學、應用光學、心理物理學、生物醫學工程等知識所構成的一門專業性強、涉及面廣的交叉學科。它是現代光學技術和現代眼科學的結合，是一門既具有經典傳統色彩、又具有現代高科技特征的醫學專業。仿生學是生物學和科學技術相結合的交叉學科。它打破了生物和機器之間的界限，將各種不同的系統聯系起來。仿生技術將各種生物系統所具有的功能原理和作用機理作為生物模型進行研究，實現新的技術設計，并制造出更好的新型儀器等。

1 研究現狀

目前，全球范圍內，眼視光學領域利用仿生技術制造的產品有以下幾種：

1.1 美國科學家發明的“人造眼”

據報道，這種仿生眼由美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學的專家發明。它由一個微縮攝像機和一個微縮電腦芯片制成，微縮攝像機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膜后面。它發出的脈沖信號，可以讓大腦產生一種基本的原始圖像，模擬視網膜及視神經功能。只是，該產品存在不足，所產生的圖像類似“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的物體或人。仿生眼鏡采用透明鏡片，上面布滿小型發光二極管，鏡框裝有一個針孔攝像機，攝像頭獲取信息，然后傳送到佩戴者口袋內的接收器中。接收器對信息進行處理，簡化成點陣。鏡片中的發光二極管隨后點亮點陣，模擬成像。

1.3 蜂窩膜鏡片

本發明公開了一種仿生蜂窩網膜鏡片及蜂窩網狀膜層的鍍膜方法，模仿蜂窩的網格狀結構。該仿生蜂窩網膜鏡片主要包括鏡片基層、鏡片加硬層和一層蜂窩網狀膜層，并且通過特殊的鍍膜方法，將蜂窩網狀膜層鍍在鏡片基片表層，形成若干猶如蜂窩結構的“小鏡片”，使入射光在進入眼睛時，通過這些“小鏡片”使強光和物體表面的雜、散光發生漫反射，將光線變為平行光線和同心光線，使人眼避免強光的刺激，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

蓮花效應是指蓮花的自潔現象。20世紀70年代，波恩大學的植物學家巴特洛特在研究植物葉子表面時發現，光滑的葉子表面有灰塵，要經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。荷葉具有自潔效應是其表面微納結構與蠟狀物質共同作用的結果：它的葉片表面結構為微絨毛，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，有較強的吸附力，水珠可以輕易將灰塵帶走。

蓮花膜技術所模仿的就是蓮花的自潔效應，它是一種多波長納米鍍膜技術。該技術使水珠與鏡片表面接觸角明顯增大，當水濺到鏡片上時，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。

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部的臼窩。當吸附某物體時，漏斗器官的肌肉使吸盤發生變形，貼合到物體上，形成封閉空間；然后臼窩的肌肉開始收縮，在吸盤內部產生強大的負壓，通過與外界的壓力差產生吸力。

隱形眼鏡的吸棒正是模仿類似章魚吸盤的負壓吸力，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，空腔產生的負壓形成較大的吸力，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；同時模擬人眼健康淚液脂質層的鎖水功能，防止鏡片脫水，維持穩定的光學效果；超水膠材料氧傳導性（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、高透氧的優點，這是仿生科技在視光領域應用的一大力作。

該款護理液采用三重仿生科技：①含透明質酸鈉（HA），讓鏡片維持長達20小時的水潤；②PH值與健康淚液相符，自然呵護雙眼；③智能蛋白管理，保持鏡片清潔。產品模擬人眼健康淚液，雙效殺菌系統，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，新創產品層出不窮，更多的仿生產品將出現在生產生活的各個領域。我們希望，視光學與仿生學這兩個逐漸興起的學科將發生更多的交叉和聯系。未來會有更多豐富多彩的相關產品，為人類的生活增色添彩。