來(lái)源:生物世界 2022-05-19 12:48
眼睛是心靈的窗戶(hù),同時(shí)也是人類(lèi)獲取信息的重要媒介。
眼睛是心靈的窗戶(hù),同時(shí)也是人類(lèi)獲取信息的重要媒介。有研究顯示,人獲得的外界信息約80- 90%是通過(guò)眼睛輸入的,無(wú)論是學(xué)習(xí)、工作還是娛樂(lè),眼睛都是最不可或缺,因此,過(guò)度用眼似乎已經(jīng)成為當(dāng)下大多數(shù)人的常態(tài)。
不良用眼習(xí)慣會(huì)誘發(fā)一系列的眼部疾病,例如近視、散光、白內(nèi)障和青光眼等等。其中,青光眼是一種很常見(jiàn)的眼部疾病,它會(huì)導(dǎo)致不可逆的視力喪失,致盲率相當(dāng)高。青光眼是由眼內(nèi)液體循環(huán)異常引起眼壓升高所致,因此需要對(duì)患者眼壓進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)的監(jiān)測(cè),這也造成了一定的治療難度。
中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝曦教授團(tuán)隊(duì)在 Nature Communications 期刊發(fā)表題為:Intelligent wireless theranostic contact lens forelectrical sensing and regulation of intraocular pressure 的研究論文。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種能無(wú)線(xiàn)感知眼壓并能按需遞送青光眼藥物的隱形眼鏡。這種柔性隱形眼鏡,無(wú)需電池,設(shè)計(jì)緊湊,這款無(wú)需電池、設(shè)計(jì)緊湊的智能柔性隱形眼鏡,有望成為極具前景的青光眼治療新系統(tǒng)。
謝曦本科畢業(yè)于中山大學(xué),博士畢業(yè)于斯坦福大學(xué),之后在全球生物材料領(lǐng)域頂尖學(xué)者、麻省理工學(xué)院Robert Langer實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究。2018年,謝曦回國(guó)并加入中山大學(xué),現(xiàn)為中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正教授、中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院雙聘教授。加入中山大學(xué)以來(lái),謝曦致力于發(fā)展“高端生物傳感芯片”(Bio-MEMS),為新一代高精密生物科研儀器與可穿戴智能設(shè)備提供技術(shù)支持。
謝曦
謝曦認(rèn)為,如果有一種方法能夠提供實(shí)時(shí)健康評(píng)估和醫(yī)療干預(yù),那么這將大大改善青光眼等頑固性疾病的預(yù)后。青光眼與眼壓相關(guān),但由于眼壓的變化與人類(lèi)活動(dòng)和晝夜節(jié)律有關(guān),因此需要長(zhǎng)期和連續(xù)的跟蹤來(lái)分析關(guān)鍵的眼壓波動(dòng),以確定最佳的治療條件。
工程可穿戴設(shè)備可以無(wú)線(xiàn)跟蹤眼壓并提供實(shí)時(shí)藥物遞送,這對(duì)于青光眼治療非常理想。其中,隱形眼鏡是一種與人眼密切接觸的理想平臺(tái),但由于尺寸有限、無(wú)線(xiàn)操作和無(wú)線(xiàn)交叉耦合的問(wèn)題,設(shè)計(jì)特殊的治療性隱形眼鏡仍然十分具有挑戰(zhàn)性。
在這項(xiàng)研究中,謝曦團(tuán)隊(duì)基于在柔性材料上的閉環(huán)治療系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種集成的無(wú)線(xiàn)治療隱形眼鏡(WTCL),用于青光眼患者的原位眼壓監(jiān)測(cè)以及在高危眼壓條件下進(jìn)行電觸發(fā)遞送治療藥物。
這種無(wú)線(xiàn)治療隱形眼鏡采用了高度緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路布局,這使得在隱形眼鏡彎曲和有限的表面上實(shí)現(xiàn)了眼壓的實(shí)時(shí)傳感和按需遞送藥物的高度集成,并且不會(huì)對(duì)佩戴者的視力造成影響。
眼壓傳感器具有LCR串聯(lián)諧振電路的獨(dú)特懸臂結(jié)構(gòu),其中每個(gè)夾有超軟空氣介質(zhì)膜的電容感測(cè)板都能對(duì)佩戴者的眼壓變化做出超靈敏的響應(yīng),產(chǎn)生可檢測(cè)的共振頻率信號(hào),用于無(wú)線(xiàn)記錄。
藥物遞送模塊則是利用一種高效的無(wú)線(xiàn)電能傳輸(WPT)電路(借助于電磁場(chǎng)或電磁波進(jìn)行能量傳遞的一種技術(shù)),驅(qū)動(dòng)涂有涂層的抗青光眼藥物通過(guò)電離子透入療法進(jìn)入房水,這為藥物傳遞和增強(qiáng)藥物滲透角膜提供了一個(gè)高效而智能的電開(kāi)關(guān)。
WTCL的無(wú)線(xiàn)電能傳輸(WPT)性能
更關(guān)鍵的是,研究團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)眼壓傳感器和藥物遞送模塊時(shí)采用了不同的工作頻率,實(shí)現(xiàn)兩者的信道分離而不存在交叉耦合,以確保無(wú)線(xiàn)治療隱形眼鏡中不同模塊的獨(dú)立功能。
研究人員在豬和兔子中測(cè)試了無(wú)線(xiàn)治療隱形眼鏡(WTCL),結(jié)果表明,WTCL的確能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的眼壓變化,當(dāng)檢測(cè)到的眼壓升至高危水平時(shí),藥物遞送模塊就能讓青光眼藥物穿過(guò)角膜屏障遞送到眼睛前房。
在豬和兔子中檢驗(yàn)集成式WTCL的傳感和治療性能
謝曦教授表示,這種隱形眼鏡的制造能與現(xiàn)有大規(guī)模、高效益比的生產(chǎn)流程相容。雖然在進(jìn)入臨床試驗(yàn)前仍需開(kāi)展進(jìn)一步研究,但無(wú)線(xiàn)治療隱形眼鏡(WTCL)的微創(chuàng)、智能、無(wú)線(xiàn)和治療特性使該平臺(tái)成為一個(gè)非常有前途的工具,可促進(jìn)實(shí)時(shí)按需給藥和急性閉角型青光眼的治療。

|