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中山大学谢曦团队开发出能测眼压和递送青光眼药物的隐形眼镜

2022-05-22  子孙满堂康复师   |  转藏
   

来源:生物世界 2022-05-22 11:51

眼睛是心灵的窗户,同时也是人类获取信息的重要媒介。

眼睛是心灵的窗户,同时也是人类获取信息的重要媒介。有研究显示,人获得的外界信息约80- 90%是通过眼睛输入的,无论是学习、工作还是娱乐,眼睛都是最不可或缺,因此,过度用眼似乎已经成为当下大多数人的常态。

不良用眼习惯会诱发一系列的眼部疾病,例如近视散光白内障青光眼等等。其中,青光眼是一种很常见的眼部疾病,它会导致不可逆的视力丧失,致盲率相当高。青光眼是由眼内液体循环异常引起眼压升高所致,因此需要对患者眼压进行长期持续的监测,这也造成了一定的治疗难度。

中山大学光电材料与技术国家重点实验室谢曦教授团队在 Nature Communications 期刊发表题为:Intelligent wireless theranostic contact lens forelectrical sensing and regulation of intraocular pressure 的研究论文。

 
研究团队发明了一种能无线感知眼压并能按需递送青光眼药物的隐形眼镜。这种柔性隐形眼镜,无需电池,设计紧凑,这款无需电池、设计紧凑的智能柔性隐形眼镜,有望成为极具前景的青光眼治疗新系统。

谢曦本科毕业于中山大学,博士毕业于斯坦福大学,之后在全球生物材料领域顶尖学者、麻省理工学院Robert Langer实验室从事博士后研究。2018年,谢曦回国并加入中山大学,现为中山大学光电材料与技术国家重点实验室正教授、中山大学附属第一医院双聘教授。加入中山大学以来,谢曦致力于发展“高端生物传感芯片”(Bio-MEMS),为新一代高精密生物科研仪器与可穿戴智能设备提供技术支持。

谢曦

谢曦认为,如果有一种方法能够提供实时健康评估和医疗干预,那么这将大大改善青光眼等顽固性疾病的预后。青光眼与眼压相关,但由于眼压的变化与人类活动和昼夜节律有关,因此需要长期和连续的跟踪来分析关键的眼压波动,以确定最佳的治疗条件。

工程可穿戴设备可以无线跟踪眼压并提供实时药物递送,这对于青光眼治疗非常理想。其中,隐形眼镜是一种与人眼密切接触的理想平台,但由于尺寸有限、无线操作和无线交叉耦合的问题,设计特殊的治疗性隐形眼镜仍然十分具有挑战性。

在这项研究中,谢曦团队基于在柔性材料上的闭环治疗系统开发了一种集成的无线治疗隐形眼镜(WTCL),用于青光眼患者的原位眼压监测以及在高危眼压条件下进行电触发递送治疗药物。

这种无线治疗隐形眼镜采用了高度紧凑的结构设计和电路布局,这使得在隐形眼镜弯曲和有限的表面上实现了眼压的实时传感和按需递送药物的高度集成,并且不会对佩戴者的视力造成影响。

WTCL的设计和制造工艺示意图
 
眼压传感器具有LCR串联谐振电路的独特悬臂结构,其中每个夹有超软空气介质膜的电容感测板都能对佩戴者的眼压变化做出超灵敏的响应,产生可检测的共振频率信号,用于无线记录。
 
WTCL的眼压(IOP)传感性能
 
药物递送模块则是利用一种高效的无线电能传输(WPT)电路(借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术),驱动涂有涂层的抗青光眼药物通过电离子透入疗法进入房水,这为药物传递和增强药物渗透角膜提供了一个高效而智能的电开关。
WTCL的无线电能传输(WPT)性能
 
更关键的是,研究团队在设计眼压传感器和药物递送模块时采用了不同的工作频率,实现两者的信道分离而不存在交叉耦合,以确保无线治疗隐形眼镜中不同模块的独立功能。
 
避免交叉偶联和给药模拟
 
研究人员在猪和兔子中测试了无线治疗隐形眼镜(WTCL),结果表明,WTCL的确能实时监测实验动物的眼压变化,当检测到的眼压升至高危水平时,药物递送模块就能让青光眼药物穿过角膜屏障递送到眼睛前房。
 
在猪和兔子中检验集成式WTCL的传感和治疗性能
 
谢曦教授表示,这种隐形眼镜的制造能与现有大规模、高效益比的生产流程相容。虽然在进入临床试验前仍需开展进一步研究,但无线治疗隐形眼镜(WTCL)的微创、智能、无线和治疗特性使该平台成为一个非常有前途的工具,可促进实时按需给药和急性闭角型青光眼的治疗。
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