使用可穿戴隱形眼鏡持續(xù)監(jiān)控眼內(nèi)壓對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)和治療青光眼、術(shù)后近視等眼部疾病至關(guān)重要。不過(guò)，無(wú)論是在治療前使用藥物，還是在沒(méi)有神經(jīng)反饋機(jī)制的情況下推遲治療，都無(wú)法確保精確診斷或達(dá)到治療的最佳效果。隨著科技的不斷進(jìn)步，可穿戴設(shè)備已經(jīng)從簡(jiǎn)單的健康追蹤器發(fā)展到了能夠進(jìn)行復(fù)雜醫(yī)療監(jiān)測(cè)的高科技產(chǎn)品。

北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種神經(jīng)假體隱形眼鏡啟用的感-運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了即時(shí)護(hù)理眼壓監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)顯示。神經(jīng)假體隱形眼鏡基于二維Ti3C2T_x_ MXene，具有特殊設(shè)計(jì)的蛇形結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出12.52 mV/mmHg的高靈敏度和卓越的穩(wěn)定性。它能夠?qū)OP信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)Ti3C2T_x_ MXene溫度傳感器校正后，校正后的電信號(hào)通過(guò)電路板傳輸?shù)缴窠?jīng)中心，最終調(diào)節(jié)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)以警告眼壓變化，從而形成一個(gè)從眼壓信號(hào)產(chǎn)生到神經(jīng)感知再到運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的閉環(huán)系統(tǒng)。

為了驗(yàn)證神經(jīng)假體隱形眼鏡的生物相容性和潛在生物應(yīng)用，將其插入兔眼內(nèi)并連接活體大鼠體外，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的神經(jīng)假體隱形眼鏡具有優(yōu)異的生物相容性，并且能夠成功監(jiān)測(cè)眼壓信號(hào)的變化。

該開(kāi)創(chuàng)性研究成果以“Neuroprosthetic contact lens enabled sensorimotor system for point-of-care monitoring and feedback of intraocular pressure”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications上（https://doi.org/10.1038/s41467-024-49907-5）。北京理工大學(xué)沈國(guó)震教授、李臘副教授為論文的共同通訊作者。

突破性產(chǎn)品：神經(jīng)假體隱形眼鏡

青光眼作為不可逆失明的第二大原因，全球約有8000萬(wàn)人受到影響，預(yù)計(jì)到2040年將增加到1.18億人。72%的青光眼患者在晚期才被檢測(cè)出來(lái)，錯(cuò)過(guò)了最佳治療時(shí)機(jī)。因此，找到早期檢測(cè)青光眼的方法并采取預(yù)防措施非常重要。在這種情況下，眼內(nèi)壓的增加被視為最明顯的預(yù)兆癥狀，因此持續(xù)監(jiān)測(cè)眼壓可以減少由青光眼引起的失明發(fā)生率。此外，對(duì)于接受近視矯正手術(shù)（這一程序逐年增加，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到50億例）和眼部過(guò)度使用群體的患者來(lái)說(shuō)，即時(shí)護(hù)理眼壓監(jiān)測(cè)的重要性不亞于青光眼。

隨著超越視力矯正功能的可穿戴智能隱形眼鏡（SCL）的興起，通過(guò)集成多種電子傳感器、微處理器、通信和顯示組件，提供非侵入性、連續(xù)的眼壓監(jiān)測(cè)，對(duì)于眼病的準(zhǔn)確診斷和治療非常有效。例如，Kim等人開(kāi)發(fā)了一種包含基于金納米管的應(yīng)變傳感器、藥物輸送系統(tǒng)和集成電路的智能隱形眼鏡，通過(guò)釋放噻嗎洛爾同時(shí)監(jiān)測(cè)和控制眼壓。

Park及其團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種帶有硅應(yīng)變傳感器的智能隱形眼鏡，用于準(zhǔn)確測(cè)量眼內(nèi)壓。然而，這些報(bào)道的智能隱形眼鏡缺乏生物反饋功能，無(wú)法模擬自然眼壓刺激神經(jīng)誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，這未能補(bǔ)償由于個(gè)體疼痛感知和交感反應(yīng)的差異而提供的有限或被忽視的信息，導(dǎo)致及時(shí)有效的醫(yī)療治療不足。

因此，構(gòu)建高眼壓與體感皮層之間的聯(lián)系具有重要意義?；谏窠?jīng)形態(tài)設(shè)備的視網(wǎng)膜形態(tài)神經(jīng)元和人工反射弧已經(jīng)被證明可以建立刺激和神經(jīng)元之間的關(guān)系。

創(chuàng)新技術(shù)：溫度校正和神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)反饋

面對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究人員提出了一種通過(guò)材料工程、器件架構(gòu)模擬、智能隱形眼鏡制造、神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)反饋、系統(tǒng)集成和功能驗(yàn)證的生物相容性和穩(wěn)定的神經(jīng)假體隱形眼鏡（NCL）。制造的NCL可以將溫度校正的眼壓信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后傳輸?shù)襟w感皮層，并導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出指示到坐骨神經(jīng)，最終使腿部抽搐，形成一個(gè)從眼壓信號(hào)產(chǎn)生到神經(jīng)感知再到運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的閉環(huán)系統(tǒng)。神經(jīng)假體隱形眼鏡中的應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器由Ti3C2T_x_ MXene材料制成，這減少了制造的復(fù)雜性，并提高了與軟半球基底的兼容性。

由于引入了蛇形電極設(shè)計(jì)，Ti3C2T_x_ MXene基應(yīng)變傳感器實(shí)現(xiàn)了12.52 mV/mmHg的高靈敏度和優(yōu)越的穩(wěn)定性（在1小時(shí)后沒(méi)有顯著的性能下降），這使得溫度校正的電信號(hào)傳輸?shù)缴窠?jīng)中心，并調(diào)節(jié)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)以警告眼壓的增加或減少。

在醫(yī)療科技的不斷革新中，神經(jīng)假體隱形眼鏡代表了智能可穿戴設(shè)備在眼科疾病管理中的一個(gè)新里程碑。這項(xiàng)研究不僅為青光眼患者提供了一種更為精確和便捷的監(jiān)測(cè)手段，也為未來(lái)的智能醫(yī)療設(shè)備發(fā)展提供了新的思路和方向。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，我們期待這款隱形眼鏡能夠早日進(jìn)入臨床應(yīng)用，為患者帶來(lái)更高質(zhì)量的生活。

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