多年来，人们一直在寻求制作完美的义眼

从空中城市到机器人管家，未来主义的愿景充斥着 PopSci 的历史。在“我们到达了吗？”专栏中，我们检查了实现最雄心勃勃的承诺的进展情况。请在此处阅读本系列的更多内容。

从焦油、动物脂肪、金线到上漆的聚甲基丙烯酸甲酯（又称有机玻璃），近 5,000 年的造眼之旅就像是穿越元素周期表的一场冒险之旅。这也是一段艺术史。

1937 年 7 月， 《大众科学》杂志介绍了一种使用玻璃吹制技术制作假眼的技术，这种技术可以追溯到 16 世纪的威尼斯玻璃吹制工。1937 年使用的玻璃是从德国进口的特殊原料。其不寻常的特性源自 19 世纪早期玩偶制造商的工作，他们学会了通过在玻璃中注入冰晶石来制作逼真的眼睛，冰晶石是一种乳白色的钠、铝和氟化物矿物，最早在格陵兰发现。然而，当第二次世界大战爆发时，德国冰晶石玻璃出口陷入停滞，迫使假眼制造商寻找新的玻璃来源和新材料。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种最早用于牙科的丙烯酸树脂。尽管自 20 世纪 40 年代以来，PMMA 一直是使用最广泛的义眼材料，但义眼技术并未停滞不前。新材料、零件、工具和工艺在外观、舒适度、功能和成本方面都有所改进，包括最近的 3D 打印。

成为一名义眼师

无论他们使用焦油、粘土、木材、金属、石头、玻璃还是丙烯酸，几千年来，义眼制造者或义眼师的共同点在于他们的艺术性。无论使用何种媒介，制作义眼都需要大量的练习，以及塑造、雕刻和绘画的能力。

“这是一个代代相传的职业，”爱荷华大学医院和诊所的义眼师 Lindsay Pronk 说道。“你有家族血统。我的继父教过我，”她说。“我在新泽西有一个朋友，她是第三代，现在仍在和她爸爸一起工作，她的表弟在西海岸训练他的儿子，他将成为第五代。” Pronk 解释说，成为一名义眼师不需要大学学位，而是“五年学徒期——三年在职培训，两年做眼”，总共约 10,000 小时。许多大学为想要协助眼科医生的学生提供经认可的眼科技术员培训计划，但没有专门针对义眼师的计划。然而，美国义眼师协会确实管理着自己的眼科学院，并与其他专业组织一起提供委员会认证，这需要通过笔试和实践考试。Pronk 是委员会认证的义眼师 (BCO)。截至 2022 年，美国共有约 170 名 BCO 执业。

追溯进化史

已知最古老的义眼是一颗 4,800 年前的球体，中间有一个黑色圆圈，由金线环绕，于 2006 年在伊朗的一个考古遗址被发现。古罗马人和埃及人用彩绘粘土和皮带制作了眼罩式义眼。​​在 16 世纪的欧洲，木材和象牙可能是最早用于眼窝内义眼的材料，其次是涂有珐琅的金和银。但威尼斯的吹玻璃工匠将义眼提升到了逼真的水平，引发了数百年来玻璃义眼的创新，外观和舒适度均有所改善。

鉴于眼神交流在人类交流中的重要性，对逼真义眼的追求也就不足为奇了。在 2016 年发表在PLoS One上的一项研究中，来自法国和瑞士的研究人员发现，与某人的直接眼神交流会触发一系列大脑活动，让我们注意到对方的存在。在 2024 年发表的一项研究中，研究人员证实了其他近期研究的报告——眼神交流是与浪漫吸引力和亲密感相关的主要线索之一。就假眼而言，即使义眼无法恢复视力，也可能直接影响社会关系的质量。这就是为什么除了外观之外，运动能力如此重要的原因。即使是最逼真的义眼，如果一动不动或与工作眼不同步，也会显得格格不入。

通过植入物改善运动

如今，我们已将麻醉视为理所当然，但直到 19 世纪末，手术都是在不使用麻醉的情况下进行的。对于特别可怕和痛苦的眼科手术，这意味着摘除眼球（摘除整个眼球）或摘除眼内脏（摘除眼内容物，保留巩膜）是最后的手段。玻璃眼通常是空心的巩膜壳，滑入眼睑下并放在现有的无功能眼睛上。但由于没有固定，其活动受到限制。

1885 年，英国眼科医生 Philip Henry Mules 实施了已知的首例眼内容物摘除术，随后进行了眼眶植入手术。眼眶植入手术是将一个大理石大小的玻璃球插入眼窝或眼腔，以恢复眼睛的整体形状和体积。然后，玻璃假体外壳放在植入物上，而不是眼睛上。尽管 Mules 的植入物没有附着在眼眶肌肉上（非整合），但它仍会随着眼眶的软组织轻微旋转。眼眶植入手术开启了人工眼的新篇章。

发表在 1948 年 12 月， 《生活》杂志生动地描述了波士顿研究人员首创的一项手术，即将球形、带钉眼球植入眼窝。通过将带钉植入物连接到眼眶肌肉，球可以与工作眼球一起旋转。可拆卸的义眼卡在带钉植入物上，并可根据需要更换。但手术中使用的植入物的丙烯酸和金属网材料（也称为惰性材料）被证明是不稳定的，因为肌肉会脱落；而使用钉子，眼窝很容易感染。

这种整合植入物基本上被废弃了，直到 20 世纪 80 年代，一种新的生物整合材料羟基磷灰石（源自海洋珊瑚）取代了丙烯酸树脂，才使这种手术重新流行起来。正是海洋珊瑚的多孔特性刺激了软组织生长，增强了植入物的整合，使其更加稳定。但海洋珊瑚有点粗糙，因此其他类似的多孔材料也随之出现，比如多孔聚乙烯和氧化铝。

据普隆克介绍，现在大多数植入物都使用多孔丙烯酸树脂完全整合。“他们仍然将四块肌肉连接到植入物的球体上，”她解释道，“然后将组织缝合在上面。然后所有组织都会长入植入物中，使其完全整合。”在眼眶植入手术大约六周后，普隆克开始介入。她使用与牙医相同的材料制作眼模，以打造定制的假眼。在美国，普隆克声称所有的义眼都是由 PMMA 制成的，而且已经使用一段时间了。“我不相信美国有人会吹制玻璃。”

除了手绘虹膜以匹配正常眼球（这需要大约六个小时）之外，普龙克还花时间调整假眼的曲率以确保其相似。舒适是关键，同时“确保我们能尽可能多地利用假眼活动。”

需求下降是好事

根据美国眼部损伤登记处（该登记处已停用十多年）的数据，美国每年约有 250 万人眼部受伤，5 万人永久丧失部分或全部视力。如今，此类数据已不再直接收集，但美国眼科学会等组织仍引用这些数据来衡量某些眼部医疗服务的需求，其中包括制作定制义眼的眼科医生。

然而，在她 18 年的义眼师生涯中，普龙克认为对义眼的需求有所下降，这与全球失明趋势的系统评估结果一致。她引用了工作场所安全法的改进以及挽救受伤或创伤眼睛的手术程序的进步。

尽管制作义眼的流程（取模、浇铸丙烯酸、手绘虹膜和抛光）几十年来基本保持不变，但技术创新并未停滞不前。一些义眼师开始使用数码摄影来捕捉虹膜图像，然后将虹膜打印在特殊的胶纸上并嵌入义眼中。2021 年，伦敦大学学院的一名英国患者成为首位安装定制 3D 打印义眼的患者。在 2024 年发表在《自然通讯》上的一项研究中，来自德国和英国的研究人员评估了对 10 名患者进行扫描、安装和打印 3D 义眼的自动化过程。虽然患者对打印义眼的质量给予了很高的评价，但该过程仍然需要义眼师的技能来进行最终调整，有时甚至需要塑造义眼。事实证明，即使有了自动化，制作逼真的义眼仍然是一门艺术。

虽然普龙克认为数字成像在制作假眼方面发挥了一定作用，但她并不认为 3D 打印技术（从扫描眼窝开始）比传统工艺有很大改进。此外，设备价格昂贵。她也不认为 2D 或 3D 打印能达到手绘虹膜的复杂程度。

谈到艺术，普龙克坦言，她不会画画。但她喜欢画鸢尾花，这需要关注最小的细节，并一层一层地积累起来，“给人一种更好的深度错觉”。

至于未来的技术进步，普龙克预计义眼的制造方式不会发生重大变化，但她对埃隆·马斯克的 Neuralink 等公司在人工视力方面取得的一些进展感到鼓舞。但她想知道眼部移植是否会先出现。“就像他们进行肝脏移植一样，”她说。“到那时，你知道，我会失业。但这是失业的一个相当好的理由。”