对于青光眼患者而言，全天候连续眼压（IOP）监测至关重要。基于电感电容（LC）技术的隐形眼镜传感器能够全天候、无创、连续测量眼压，并且原理和结构相对简单，已成为当前的主流选择。这类传感器通常由功能性导电材料（例如常规金属铜或金、银复合材料、室温液态金属等）制成，形成柔性LC传感器，并与生物相容性聚合物（例如水凝胶、有机硅和聚酰亚胺）集成。其中，由液态金属制成的可拉伸电感式LC隐形眼镜传感器在信号质量和佩戴舒适性方面具有显著优势，但其灵敏度仍有待提升。
据麦姆斯咨询报道，近期，清华大学马寅佶副研究员团队和浙江大学宋吉舟教授团队联合提出一种创新的LC隐形眼镜传感器，该传感器利用液态金属同时构建可拉伸电感和电容，使电容板和电感线圈能够同时响应眼压变化，从而在原理上显著提高了灵敏度。经验证，该LC隐形眼镜传感器具有可靠性高、信号质量好等优势。更重要的是，其灵敏度较现有最先进的隐形眼镜传感器提高了三倍。相关研究成果以“LC contact lens sensor for ultrasensitive intraocular pressure monitoring”为题发表在npj Flexible Electronics期刊上。
这种新型LC隐形眼镜传感器由常温液态金属和硅胶制成，采用硅胶包裹和密封内部液态金属结构的设计。传感器基体采用透明柔软的硅橡胶（弹性模量仅为0.08 ± 0.01 MPa）制成，通过降低传感器刚度来提高灵敏度。镜片采用中心薄、边缘厚的设计（中心厚度为0.2 mm，边缘厚度为0.45 mm），既保证了灵敏度，又能在外侧集成线圈回路。传感器的整体直径为14.0 mm，与商用隐形眼镜一致。液态金属线圈的分布直径为12 mm和10 mm，确保不影响瞳孔视野（>10 mm）。传感器采用微通道注射法制备，使用GaInSn合金（Ga 68.5%，In 21.5%，Sn 10%）作为液态金属材料，该材料具有优异的导电性。微通道的巧妙设计（横截面为300 um × 100 um，这有助于保持低电阻和高质量信号。得益于柔性材料的性能优势，所制备出的LC隐形眼镜传感器展现出良好的拉伸性，能够承受至少120%的拉伸。
图1 本研究提出的LC隐形眼镜传感器图示
隐形眼镜传感器的使用安全性至关重要。这项研究提出的LC隐形眼镜传感器，其液态金属密封在硅胶通道内，确保不会泄漏。同时，所选用的硅胶材料能够适应角膜磨损，且不会干扰日常生活。可靠性是隐形眼镜传感器的另一个必要考虑因素，尤其是长期使用时。这项研究提出的LC隐形眼镜传感器具有优异的机械可靠性，能够承受人体体内佩戴、测量和移除过程中可能产生的各种机械变形。
图2 LC隐形眼镜传感器的可用性和可靠性测试
在仿生和生物眼球上的测试结果显示，该LC隐形眼镜传感器具备多项优异性能，包括高可靠性、良好的信号质量和无损佩戴等。尤其是其灵敏度提高了3倍，超过了目前最先进的隐形眼镜传感器。
图3 LC隐形眼镜传感器应用于仿生眼球的传感性能
图4 LC隐形眼镜传感器用于猪眼离体和体内的性能评估
图5 LC隐形眼镜传感器用于人眼的性能评估
研究团队表示，考虑到未来的临床应用，接下来仍有一些问题需要改进：（1）计划采用印刷技术实现LC隐形眼镜传感器的批量生产，以提高生产效率；（2）由于隐形眼镜传感器的反应取决于角膜的刚度，并且因人而异，未来计划通过眼部反应分析仪测量角膜生物力学参数，并结合深度学习技术进行分析，为不同类型的使用者开发精确校准模型。总体而言，这项研究工作为青光眼患者的临床护理提供了具有重要意义和实用价值的基础性解决方案。
论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41528-024-00341-z
