Имплантируемые нейронные интерфейсные устройства широко применяются в различных клинических условиях для мониторинга мозговой активности. Однако эти устройства являются высокоинвазивными и поэтому должны быть биоинертными, физически мягкими для минимизации повреждений и достаточно маленькими для имплантации. Несмотря на само устройство, процедура инъекции требует высокоточной операции, что сопряжено с собственными рисками.
Таким образом, группа исследователей из Лаборатории микроэлектроники (Melab) во главе с доктором Хади Хейдари из Университета Глазго и в сотрудничестве с компанией Wöhlk Contactlinsen GmbH и Университетом Орхуса задаются вопросом: можем ли мы контролировать активность мозга и другие жизненно важные показатели безопасным, неинвазивным способом?
Традиционно контактные линзы использовались для лечения нарушений зрения, таких как близорукость, дальнозоркость и астигматизм. Кроме того, электронные контактные линзы рассматриваются как эффективная, неинвазивная платформа для выявления и диагностики жизненно важных показателей и биомаркеров различных заболеваний, таких как определение уровня глюкозы у больных сахарным диабетом и диагностика глаукомы.
Модифицированные контактные линзы являются неинвазивными и легко носимыми и, следовательно, могут быть подходящей платформой для определения и мониторинга активности мозга без каких-либо инъекций или хирургических операций. Например, мониторинг слезной жидкости и движения глаз являются перспективными биомаркерами для диагностики и мониторинга неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Однако, поскольку для обычных носимых устройств требуются батареи, для этих умных контактных линз потребуется средство беспроводной передачи энергии для их питания. Метод, называемый беспроводной передачей энергии, использовался в аналогичных ситуациях, когда энергия передается от удаленного генерирующего устройства к приемнику.
Передача мощности с индуктивной связью (ICPT) — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, которая широко используется в биомедицинских приложениях, где устройствам требуется беспроводное питание. ICPT основан на передаче энергии с использованием магнитных полей, создаваемых двумя соединенными катушками, и идеально подходит для электронных контактных линз благодаря своей масштабируемости, простоте конструкции и высокой эффективности.
Хотя это многообещающее средство подачи энергии, для ограниченных размеров пончиков интеллектуальных контактных линз команды (которые имеют внутренний диаметр 8 мм и внешний диаметр 14 мм) интеграция приемной антенны, которая должна быть легко встроена в конструкцию, не мешая зрению, становится сложной задачей.
Помимо проблем с питанием и передачей данных, системная интеграция, упаковка и инкапсуляция также жизненно важны для этого миниатюрного носимого устройства. Хотя последние достижения в области нанотехнологий сделали технически возможной интеграцию электронных устройств, таких как датчики, схемы, приемопередатчики, антенны и даже дисплеи, в пределах контактных линз стандартного размера, эти компоненты, конечно, не должны вступать в прямой контакт с роговицей или конъюнктивой, поскольку это может привести к глазным заболеваниям, таким как кератит или целлюлит. Поэтому само собой разумеется, что необходима разработка гибких и биосовместимых стратегий инкапсуляции интегрированных компонентов.
Для решения этих проблем Хейдари и его команда разработали спиральную антенну для подачи питания и связи, которая вписывается в ограниченную форму пончика смарт-контактной линзы, сохраняя при этом коэффициент усиления и эффективность. Интеллектуальные контакты были изготовлены с использованием гибкого полиимида — материала, обычно используемого для контактов, — и спиральной спиральной антенны, которая была заключена в полидиметилсилоксан (PDMS), что идеально, так как это недорогой, прозрачный и гибкий материал. Для точной формы кривизны линзы использовался глаз, напечатанный на 3D-принтере, и было показано, что линза пропускает свет в видимой части спектра, что указывает на то, что она не ухудшит зрение.
Рабочая частота антенны составляла 2,4-2,5 ГГц, что является проверенной медицинской частотой, одобренной Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в США. Кроме того, выработка тепла в процессе подачи электроэнергии контролировалась с помощью специализированного программного обеспечения для электромагнитных структур, и было установлено, что электромагнитное воздействие на людей безопасно.
Такие электронные контактные линзы могут открыть новые перспективы для мониторинга жизненно важных показателей и проведения диагностики без необходимости болезненных инъекций. С улучшением более широкой полосы пропускания и более высокой эффективностью передачи контактные линзы со встроенной электроникой могут стать новым поколением носимых продуктов с возможностями, выходящими за рамки простой коррекции зрения.
https://www.advancedsciencenews.com/wearable-electronic-contact-lenses-as-non-invasive-brain-sensors/
Загрузка...
