中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫工所納米調控中心研究員杜學(xué)敏團隊研發(fā)了對濕度和壓力信號敏感的結構色隱形眼鏡傳感器，有望通過(guò)肉眼可見(jiàn)顏色變化，實(shí)時(shí)監測干眼癥和高眼壓癥高風(fēng)險人群的生理指標，為相關(guān)眼科疾病早發(fā)現早治療提供全新思路。相關(guān)研究成果以Structural Colour Contact Lens Sensor for Point-of-Care Ophthalmic Health Monitoring 為題發(fā)表在生物材料領(lǐng)域期刊Journal of Materials Chemistry B 上。杜學(xué)敏是該論文通訊作者，王運龍和趙啟龍為共同第一作者，深圳先進(jìn)院為唯一通訊單位。
眼科健康是目前全球關(guān)注的重要健康問(wèn)題。對眼科疾病早發(fā)現、早干預、早治療是避免發(fā)生嚴重視力損傷的有效方案，特別是淚液分泌量、眼壓等眼科重要生理病理指標的實(shí)時(shí)監測對于干眼癥、高眼壓癥及青光眼等眼科疾病的早期診斷意義重大。然而，檢測淚液分泌量、眼壓等指標的傳統方法往往需專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)專(zhuān)業(yè)手段或借助復雜設備完成，目前尚難實(shí)現對相關(guān)生理病理指標的實(shí)時(shí)監測，易導致疾病惡化而影響視力。因此，研發(fā)可用于眼部重要生理病理指標實(shí)時(shí)監測的新策略十分重要且意義重大。
為實(shí)現對淚液分泌量、眼壓等重要生理病理指標的實(shí)時(shí)監測，杜學(xué)敏團隊在前期響應性結構色材料的研究基礎上（Adv. Funct. Mater. 2020, 1909202; Matter 2019, 1, 626; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 38117；J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3542），成功研發(fā)了具有濕度和壓力響應的結構色隱形眼鏡傳感器，可用于干眼癥及高眼壓癥等眼科疾病的可視化示警。結構色因無(wú)需添加任何化學(xué)色素或染料，僅通過(guò)周期性微納結構與光發(fā)生作用，即可實(shí)現鮮艷明亮且穩定的色彩，由此在構建實(shí)時(shí)監測眼科生理病理指標的隱形眼鏡傳感器方面具有獨特優(yōu)勢。研究團隊通過(guò)將這種結構色設計到與商品化材質(zhì)一致的隱形眼鏡中，成功構建出結構色隱形眼鏡，而且僅需調控微納結構周期，即可獲得紅色、綠色、藍色等鮮艷色彩隱形眼鏡。通過(guò)體外實(shí)驗與動(dòng)物實(shí)驗進(jìn)一步驗證，這類(lèi)結構色隱形眼鏡既具有理想的生物相容性又有非常好的佩戴舒適度。值得強調的是，研究團隊構建的結構色隱形眼鏡傳感器的微納周期結構能夠隨含水率或微小壓力變化觸發(fā)改變，進(jìn)而帶來(lái)肉眼可見(jiàn)的顏色變化。在此基礎上，研究團隊構建了體外的干眼癥模型和高眼壓癥模型，發(fā)現相對置于正常眼環(huán)境下的隱形眼鏡傳感器，置于干眼癥模型和高眼壓癥模型下的隱形眼鏡傳感器的反射光譜均會(huì )發(fā)生顯著(zhù)藍移。特別是初始顏色為紅色的隱形眼鏡傳感器在置于干眼癥模型25分鐘后即從肉眼可見(jiàn)的紅色變?yōu)樗{色，而置于正常眼模型下的隱形眼鏡傳感器顏色則不會(huì )發(fā)生變化。
這類(lèi)無(wú)需添加化學(xué)色素與染料的結構色隱形眼鏡，由于其優(yōu)異的生物安全性與獨特的光學(xué)特性，有望為迅速增長(cháng)的美瞳市場(chǎng)提供全新的技術(shù)。而且，借助這種結構色隱形眼鏡的傳感特性，有望通過(guò)肉眼可見(jiàn)顏色變化實(shí)現對淚液分泌量、眼壓等生理病理指標的實(shí)時(shí)監測，進(jìn)而對干眼癥和高眼壓癥等眼科疾病實(shí)現示警，未來(lái)還可以在隱形眼鏡中負載上相關(guān)藥物，以實(shí)現眼睛保健和相關(guān)疾病治療。這類(lèi)集成結構色材料的策略有望為新一代便攜式可穿戴生理監測設備的研發(fā)和疾病診斷提供新思路，研究團隊在相關(guān)技術(shù)上已獲多項發(fā)明專(zhuān)利授權。
上述研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2017YFA0701303）、國家自然科學(xué)基金（21404116）、廣東省、深圳市等的科技項目資助。
圖：結構色隱形眼鏡傳感器用于干眼癥等眼科疾病示警的示意圖及實(shí)驗效果。
