無線壓力感應(yīng)眼植入物有助于防止失明

加州理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種植入式壓力傳感器，可以一次多年駐留在人眼中，同時(shí)無線向患者或醫(yī)療專業(yè)人員發(fā)送有關(guān)眼睛健康的數(shù)據(jù)。植入物可以更容易地防止導(dǎo)致失明的主要原因之一。

“通過將新型封裝和微電子技術(shù)結(jié)合在一起，并與眼科醫(yī)生密切合作，我們能夠設(shè)計(jì)出一種小型化，全無線，高靈敏度的傳感器，”加州理工學(xué)院安德魯和Peggy Cherng電氣工程與醫(yī)學(xué)教授Azita Emami說。工程學(xué)和遺產(chǎn)醫(yī)學(xué)研究所研究員，和論文的共同作者。

該傳感器設(shè)計(jì)用于監(jiān)測(cè)青光眼患者的眼睛，青光眼是一種導(dǎo)致視力逐漸喪失的疾病，通常是由于眼內(nèi)壓過高。青光眼是白內(nèi)障后失明的第二大常見原因，影響全球6500萬人。

在青光眼的高危患者都需要做出眼科醫(yī)生定期走訪有自己的眼內(nèi)壓(眼壓)檢查，通常有一個(gè)裝置稱為眼壓計(jì)。眼壓計(jì)將一個(gè)小棱鏡壓在眼睛表面，通過測(cè)量表面偏轉(zhuǎn)的程度來確定內(nèi)部的壓力，就像一個(gè)人用手指擠壓籃球，看它是否充分膨脹。

眼壓計(jì)被認(rèn)為是測(cè)量眼壓的金標(biāo)準(zhǔn)，但它們的缺點(diǎn)是只能在患者就診時(shí)測(cè)量壓力。這是一個(gè)問題，因?yàn)檠蹓涸谝惶熘胁▌?dòng)，如果在患者進(jìn)行檢查之外的時(shí)間發(fā)生壓力峰值，他們的醫(yī)生就不會(huì)知道它們正在發(fā)生。該程序還需要使用局部麻醉。

Aubrey Shapero和Ab??hinav Agarwal(MS '14)-Caltech工程和應(yīng)用科學(xué)研究生在Yu-Chong Tai實(shí)驗(yàn)室工作，Anna L. Rosen電氣工程和醫(yī)學(xué)工程教授和Emami創(chuàng)建了一個(gè)可以設(shè)備的設(shè)備持續(xù)監(jiān)測(cè)眼壓。

“通過我們的無線植入設(shè)備，患者可以隨時(shí)隨地讀取他們的眼壓，”該論文的共同作者Agarwal描述了他們的植入物。“盡早獲得高眼壓會(huì)讓醫(yī)生在必要時(shí)改變治療，以防止進(jìn)一步的視力喪失。”

該裝置比一角硬幣小一點(diǎn)，植入眼睛的白色斑點(diǎn)，不會(huì)干擾視力。它由壓力傳感器，控制電路和天線組成。植入物沒有電池，使其小而持久。在讀取期間，來自手持式掃描儀的無線電波被天線接收并產(chǎn)生小電壓，該電壓暫時(shí)為設(shè)備供電，然后獲取壓力讀數(shù)并使用相同的天線將信號(hào)發(fā)送回讀取器。

該設(shè)備的一大進(jìn)步是其功能壽命 - 根據(jù)基于加速實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的預(yù)測(cè)，長(zhǎng)達(dá)四年。建造類似設(shè)備的其他嘗試因人體內(nèi)部的惡劣環(huán)境而受到阻礙。在腐蝕電子設(shè)備和傳感器受到組織生長(zhǎng)污染的流體之間，先前在加州理工學(xué)院和其他地方開發(fā)的其他設(shè)備在需要移除之前最多運(yùn)行了一個(gè)月。

加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)通過將他們的設(shè)備封裝在一個(gè)專門的涂層中來克服這個(gè)問題，這種涂層由被稱為聚對(duì)二甲苯的生物相容性聚合物包圍的硅油泡沫組成。

“封裝技術(shù)，我們稱之為'parylene-on-oil'，是我們的關(guān)鍵突破，”Shapero說。“液體硅油和聚對(duì)二甲苯的組合顯示出比單獨(dú)的硅凝膠或聚對(duì)二甲苯更大的壓力讀數(shù)穩(wěn)定性和腐蝕保護(hù)。

Shapero說，當(dāng)壓力升得太高時(shí)，該裝置還可以通過添加一個(gè)可以釋放少量液體作為撕裂的閥來進(jìn)行處理。

“我們將創(chuàng)建一種'智能'青光眼引流裝置，其中一個(gè)植入物可以測(cè)量眼壓并緩解過大的壓力，”他說。“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，我們希望建立一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，它可以根據(jù)壓力讀數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)通過閥門的流量。”

研究人員表示，他們希望繼續(xù)開發(fā)該設(shè)備，并可能在未來幾年內(nèi)開始對(duì)患者進(jìn)行測(cè)試。

“我們正準(zhǔn)備與南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院的合作者進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，我們的目標(biāo)是最終進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)和FDA批準(zhǔn)用于患者，”Agarwal說。

該論文標(biāo)題為“無線，低漂移，可植入眼壓傳感器，采用聚對(duì)二甲苯油封裝”，于4月在圣地亞哥舉行的IEEE定制集成電路會(huì)議(CICC)上發(fā)表。它已發(fā)布在IEEE Xplore數(shù)據(jù)庫中。