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前言
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关键要点
1. 北京理工大学先进结构技术研究院的科研团队开发了一种柔性无线，具有温度自补偿功能的隐形眼镜，可以在医院和家庭环境下监测眼压。
2. 该设备集成了电感-电容-电阻谐振系统来实现温度自补偿，可实现高精度、高灵敏度定量眼压测量。
柔性生物电子设备可以在临床和家庭环境中进行实时准确的眼压 （IOP） 监测，对青光眼的诊断和治疗具有重要意义，但由于眼部的开放生理环境，它们面临着挑战。
在此，作者开发了一种智能无线测量隐形眼镜（wireless measuring contact lens，WMCL），它集成了双电感-电容-电阻（LCR）谐振系统，以实现温度自补偿，以便在不同的应用环境中进行定量IOP监测。WMCL采用紧凑的电路设计，可将低频和高频谐振器集成在传感电路的单层中。机械引导的微尺度3D封装策略与柔性电路打印技术相结合，实现了WMCL的表面自适应制造。频率分离的具体设计赋予了双谐振器独特的温度响应特性，双谐振器的线性组合可以消除温度变化对测量精度的影响。WMCL从系统层面克服了温度变化对眼压监测的影响，展示了作为下一代全天候眼压监测设备的巨大潜力。
WMCL显示和原理
a. 用于无线眼压监测的WMCL操作示意图。
b. 模拟不同眼压条件下的眼球变形。
c. 单侧角膜横截面（从眼轴到角膜末端）的变形与各自的眼压水平之间的关系。
d. WMCL传感单元的组成部分。
e. WMCL的电路图。
f. WMCL无线眼压测量原理。
g. 分解图中WMCL的三维结构。
h. WMCL的光学图像。
WMCL的系统设计和制造
a. 眼压传感电路的设计和物理图像。
b. 眼压传感电路的显微图像。
c. 双谐振器谐振频率的有限元模拟。
d. 用于模拟IOP传感电路封装的有限元仿真模型。
e. 封装过程中传感器层的变形和PI层在不同位移下的应变分布。
f. WMCL的制造工艺。
WMCL的机械和电气特性
a. WMCL无线测量原理示意图。
b. WMCL的反射系数曲线。
c. 眼压监测期间可能的眼球运动的说明。
d. 低频谐振器和高频谐振器相对于外部读数线圈不同距离的基线谐振频率。
e. 低频谐振器和高频谐振器相对于外部读数线圈的不同偏转角的基线谐振频率。
f. 使用生理盐水溶液进行长期浸泡实验。
g. 机械性能测试示意图。
h. 不同批次的WMCL在300次翻转、折叠和压缩循环中的反射系数热图。
眼温变化对WMCL测量的影响
a. AT = 0 °C和BT = 37 °C下眼传热模型的温度梯度分布。
b. 不同AT和BT条件下眼传热模型的温度分布。
c. AT和BT对WMCL温度的影响。
d. 测试WMCL对温度敏感特性的实验示意图。
e. WMCL中LF谐振器和HF谐振器在10-50°C温度范围内的反射率系数曲线。
f. WMCL在10-50°C温度范围内的基线谐振频率，以10°C的谐振频率为基线
g. 在10、28和50°C温度循环下的重现性测试结果，以50°C的谐振频率为基线。
WMCL在猪眼中的眼压测量性能
a. 猪眼眼压测量性能的实验示意图。
b. 实验装置。
c. 佩戴在猪眼上的WMCL的光学图像。
d. 双谐振器在不同IOP条件下的反射系数（10-50 mmHg）。
e. 双谐振器的谐振频率与IOP之间的线性回归。
f. WMCL在不同眼压波动下的可重复测量结果。
g. WMCL在不同猪眼中的测量结果。蓝色虚线表示零误差参考线，蓝色太阳标记表示 IOP 校准点。
h. 不同猪眼测量结果相对误差的分布。
i. 温度自补偿实验的实验装置示意图。
j. 低频和高频谐振器在温度变化期间的谐振频移。红色条带表示通过减小加热灯与WMCL之间的距离来提高加热速度的时间点，而蓝色条带表示停止加热的时间点。
k. 由压力表、WMCL 以及单个 HF 和 LF 谐振器在不同时间点测量的连续 IOP 信号。
l. WMCL和压力表在不同时间点测得的眼压的相对误差。
结论
本研究展示了一种柔性、无线、无创、高灵敏度和具有温度自补偿功能的隐形眼镜式传感器，用于临床和家庭环境中的眼压监测。
▼参考资料
Xu Li, Wei Chen, Hongyang Li, Biwen Shen, Jiangang He, Huanlin Gao, Fengjiao Bin, Hui Li, and Dengbao Xiao,ACS Applied Materials & Interfaces 2024 16 (17), 22522-22531. DOI: 10.1021/acsami.4c02289
*本文仅分享医疗科技前沿进展，不代表平台利益。如涉及版权问题，请联系我们删除。
END
编译 | 刘帅
来源 | ACS.AMI
审核 | 医工学人
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