研究背景
1.持续检测眼压有利于青光眼患者的监测,金制标准医疗眼压仪受时间和空间限制,医院进行测量;而大多数医院相差大,不够标准。2.传统的金属或半导体传感器对人体眼压波动引起的隐形眼镜微小变形不够灵敏,还需要复杂的电路,以通过滤除背景噪音来放大这些传感器的信号,此外,需要体积庞大的设备来测量隐形眼镜的信号,限制佩戴者的户外活动。
创新点
韩国延世大学Jang-UngPark课题组设计和测试一种柔性透明的隐形眼镜,利用手机实时无线监测志愿者的眼压。该隐形眼镜由应变传感器、应变集中层、无线天线、电容、电阻集成电路组成,采用可拉伸三维金属结构电气互连,以避免阻挡佩戴者的视野。亮点:(1)、应变集中的材料设计,在软弹性接触镜的边缘区域内嵌入具有局部狭窄断开的机械增强环,应变传感器位于增强段两侧之间的软弹性部分。这种设计确保了在隐形眼镜变形过程中,眼压的微小变化可以充分地将应变集中到传感器(在弹性区域),而不需要额外的放大器或噪声滤波电路。(2)、透明的可伸缩天线(由基于超长银纳米纤维和细银纳米线的混合纳米结构随机网络形成),具有较高的透明度、可伸缩性、精细的几何形状和较低的片电阻,用于在13.56MHz的无线操作标准近场通信芯片。(3)、可拉伸集成,即独立的3D金属结构,在室温下直接打印,将天线、应变传感器和NFC芯片电连接到弹性衬底上,作为软接触镜的可拉伸互连。这款隐形眼镜的全集成系统可以实现无线、无电池操作,同时检测眼压,并使用标准NFC将眼压传输到手机,从而实现青光眼的诊断。
文章解析
图1:刚柔混合层上的应变传感器:刚柔混合层的应变传感器的原理以及传感器的关键参数。
图2:刚柔混合层上Si应变传感器制作工艺示意图。
图3:银纳米纤维-银纳米线制备的NFC无线传输天线以及Cu天线。银纳米纤维-银纳米线制备的NFC无线传输天线相比于铜天线,优点在于a.透明,有利于佩戴者的视野;b.随着应变增加,铜天线的电阻变化率大,而银纳米纤维-银纳米线天线电阻变化率极小,c.银纳米纤维-银纳米线天线与铜天线有很好的耦合性。
图4:全集成系统图以及模拟隐形眼镜拉伸至拉伸应变30%前后的眼压响应。
图5:柔性透明的眼压传感器原理图以及隐形眼镜的体内性能。
图6:柔性透明的眼压传感器对于人体的研究。
读后感
作者开发的软性隐形眼镜,可以通过手机实时监测人眼的眼压来诊断青光眼的进展。为了测量眼压,将应变传感器安装在弹性区内,在弹性区内,应变可以通过杨氏模量的调制来集中。无线传输的电子电路与可拉伸和高分辨率的互连完全集成在镜头中,实现无线和无电池操作。用活兔进行的人体中试和体内研究表明,这种晶体具有良好的生物相容性,精确度可与金标准眼压测定法相媲美。此外,晶状体显示出良好的抗炎症和热辐射和电磁辐射的稳定性,其可忽略的角膜磨损。软性隐形眼镜可为监测患者眼压提供一种非侵入性移动医疗解决方案。本文中NFC的接收端与无线眼镜仅仅5mm的距离,传输距离短。如果把NFC传输改为蓝牙传输,可增加传输距离,不需要在眼睛外放置铜圈接收器。