科研進展

深圳先進院研發出可用于眼疾示警的結構色隱形眼鏡傳感器

時間:2020-02-10  來源:醫工所納米調控中心 趙啟龍 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  近日,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控中心杜學敏研究員團隊研發了對濕度和壓力信號敏感的結構色隱形眼鏡傳感器,有望通過肉眼可見顏色變化,實時監測干眼癥和高眼壓癥高風險人群的生理指標,為相關眼科疾病早發現早治療提供全新思路。相關研究成果以"Structural Colour Contact Lens Sensor for Point-of-Care Ophthalmic Health Monitoring"為題發表在生物材料領域權威期刊Journal of Materials Chemistry B(影響因子:5.047)上。杜學敏研究員是該論文通訊作者,王運龍博士和趙啟龍副研究員為共同第一作者,深圳先進院為唯一通訊單位。 

  眼科健康是目前全球關注的重要健康問題。對眼科疾病早發現、早干預、早治療是避免發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時監測對于干眼癥、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業人員通過專業手段或借助復雜設備完成,目前尚難實現對相關生理病理指標的實時監測,易導致疾病惡化而影響視力。因此,研發可用于眼部重要生理病理指標實時監測的新策略十分重要且意義重大。 

  為實現對淚液分泌量、眼壓等重要生理病理指標的實時監測,杜學敏研究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。結構色因無需添加任何化學色素或染料,僅通過周期性微納結構與光發生作用,即可實現鮮艷明亮且穩定的色彩,由此在構建實時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勢。研究團隊通過將這種結構色設計到與商品化材質一致的隱形眼鏡中,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。通過體外實驗與動物實驗進一步驗證,這類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改變,進而帶來肉眼可見的顏色變化。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,發現相對置于正常眼環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發生顯著藍移。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的紅色變為藍色,而置于正常眼模型下的隱形眼鏡傳感器顏色則不會發生變化。 

  這類無需添加化學色素與染料的結構色隱形眼鏡,由于其優異的生物安全性與獨特的光學特性,有望為迅速增長的美瞳市場提供全新的技術。而且,借助這種結構色隱形眼鏡的傳感特性,有望通過肉眼可見顏色變化實現對淚液分泌量、眼壓等生理病理指標的實時監測,進而對干眼癥和高眼壓癥等眼科疾病實現示警,未來還可以在隱形眼鏡中負載上相關藥物,以實現眼睛保健和相關疾病治療。這類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和疾病診斷提供新思路,研究團隊在相關技術上已獲多項發明專利授權。 

  上述研究工作得到了國家重點研發計劃(2017YFA0701303)、國家自然科學基金(21404116)、廣東省、深圳市等科技項目資助。 

  論文鏈接  

1. 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驗效果。

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