自19世紀隱形眼鏡的概念被首次提出以來,隱形眼鏡的發展與變革便從未停下腳步。1930年塑料隱形眼鏡問世,而後1940年的角膜鏡、1960年的軟水膠鏡、1980年的一次性隱形眼鏡,直到今天花樣繁複備受愛美女性追捧的各式美瞳。而現如今隨著技術的發展,隱形眼鏡所能提供給我們的不再僅僅是視力提高和美化作用,智能隱形眼鏡將引起一場眼疾治療的新變革。
天然虹膜能夠根據外界光強相對應的調控瞳孔大小,進而調製進入視網膜的透射光來控制我們的視覺感受。由於生理性或病理性的原因導致的虹膜損傷,可能會對天然的光調節反應造成破壞甚至完全喪失。據統計,患有虹膜缺損,圓錐形角膜,以及乾眼症症候群(DES)而導致的光敏性和畏光症的患者人數總計超過2000萬。
目前對於虹膜缺失類疾病普遍採用的治療手段是:固定虹膜的隱形眼鏡、人造虹膜植入物以及透明度可變的隱形眼鏡。然而,這些被動的解決方案無法自主的調節景深,並造成可視化區域的衰減與分散,使解析度變低,同時視網膜區呈現出的畫質也不可避免的受到影響。
近日,來自根特大學,馬德裡實驗室和比利時微電子研究中心的研究人員以「Artificial iris performance for smart contact lens vision correction applications」為題在Scientific Reports 發表論文。
他們通過將賓主型液晶顯示器(後簡稱GH-LCD)嵌入同心圓中並通過電驅控制,使液晶連續不斷的同步開/關狀態以實現與自然虹膜相似的調節功能。研究結果不僅實現了GH-LCD智能人工虹膜在不同外界光強條件下的視覺化仿真,同時通過進一步對虹膜缺失案例的真實數據的模擬,驗證了智能自主式人工虹膜動態光衰減的可靠性和卓越的視覺化表現。不同於目前採用的被動式解決方式,自主智能化的人工虹膜集成式的隱形眼鏡,作為一種非侵入式的光學手段,通過自動調整視覺環境中的光進入眼睛的總量,來調製出適合視網膜的理想光強,進而減少了高次像差造成的成像模糊,提高視網膜最終的成像質量。智能隱形眼鏡的發明,不僅為圓錐角膜、虹膜缺失等的病人提供了新的治癒手段,對偏頭痛和腦損傷造成的視力障礙也有著很大的幫助。
Azalea Vision團隊與志願者們正在對智能隱形眼鏡進行縝密的臨床研究,為患有光敏性和缺乏視覺清晰度的各種眼部疾病提供功能強大且安全的醫療設備。隨著科技的發展,隱形眼鏡,作為一種與眼睛直接接觸的高精密電子集成器件,實現了超越現有方式的視覺化圖像校正系統,為自主式人工虹膜在醫療上的發展提供了新的途徑。
早在 2014 年,谷歌就已涉足該領域。谷歌的生命科學子公司威利生命科學(Verily Life Sciences)和瑞士製藥巨頭諾華製藥(Novartis)眼科部門阿爾康(Alcon)宣布將攜手為糖尿病患者開發一款智能隱形眼鏡。但是,就在2016年11月,諾華製藥宣布放棄臨床試驗其產品的目標。
不過,威利和阿爾康並不是唯一瞄準智能眼鏡領域的公司。在全球各大實驗室裡,生物醫學工程師們已經在使用智能眼鏡診斷疾病,得益於新型柔性微型半透明電路的發展以及水凝膠製造鏡片的可能,這幾種智能隱形眼鏡獲得了巨大的進展,正在走出實驗室。
圖丨Triggerfish
直徑約14 毫米,厚度僅為 100 到 200 微米,這款名叫「Triggerfish」智能隱形眼鏡的小曲面上卻要容納傳感器以及微電子電路,以便實現監測、能耗管理以及數據傳送。
Telltale Tears 則是另一種用途的智能隱形眼鏡,能夠通過使用者的眼睛分泌物來檢測血糖水平。一旦研發成功,就能幫助糖尿病患者擺脫血糖儀。
對於全球 4.22 億糖尿病人來說,這個帶有微傳感器,能持續測量血糖水平的智能隱形眼鏡將為他們的生活帶來一場革命。因為大多數糖尿病患者需要每天多次刺破他們的手指來檢測血糖。這種麻煩恐怕是難以避免的,因為血糖會隨著吃飯、運動和其他日常活動而變化。即使將電極植入皮膚下的血糖持續監測也許要每天刺破手指多次來校準。
在白內障手術中,眼睛上會有一個微小切口,白內障霧化的晶體會被取走,並由人工晶狀體替代;這個晶體將被放在在虹膜的色環後面,所以並不可見。對於青光眼患者,外科醫生可以使用嵌入壓力晶片和微電路的 Eye-Mate 人工晶體。病人此後會帶一個手持設備回家,時常用它對著眼睛收集即時眼壓數據,並使用電感耦合技術為晶體供電。患者可以通過手持設備實時讀取保存眼壓數據,並為 Eye-Mate 無線充電。
全世界的科研人員還將繼續研究眼淚中的新生物標記物,研發新的能量收集和儲存技術,製造新型柔性電子設備,並構建更可靠的生物傳感器。還有一些研究者在設計通過微流體成分按需釋放藥物治療疾病的鏡片。在這些新科技的幫助下,我們將比從前任何時候都了解人類生物學。