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)計用于監(jiān)測青光眼患者的眼睛，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，通常有一個裝置稱為眼壓計。眼壓計將一個小棱鏡壓在眼睛表面，通過測量表面偏轉(zhuǎn)的程度來確定內(nèi)部的壓力，就像一個人用手指擠壓籃球，看它是否充分膨脹。

眼壓計被認為是測量眼壓的金標準，但它們的缺點是只能在患者就診時測量壓力。這是一個問題，因為眼壓在一天中波動，如果在患者進行檢查之外的時間發(fā)生壓力峰值，他們的醫(yī)生就不會知道它們正在發(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實驗室工作，Anna L. Rosen電氣工程和醫(yī)學(xué)工程教授和Emami創(chuàng)建了一個可以設(shè)備的設(shè)備持續(xù)監(jiān)測眼壓。

“通過我們的無線植入設(shè)備，患者可以隨時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。“盡早獲得高眼壓會讓醫(yī)生在必要時改變治療，以防止進一步的視力喪失。”

該裝置比一角硬幣小一點，植入眼睛的白色斑點，不會干擾視力。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發(fā)送回讀取器。

該設(shè)備的一大進步是其功能壽命 - 根據(jù)基于加速實驗室測試的預(yù)測，長達四年。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行了一個月。

加州理工學(xué)院的團隊通過將他們的設(shè)備封裝在一個專門的涂層中來克服這個問題，這種涂層由被稱為聚對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。“液體硅油和聚對二甲苯的組合顯示出比單獨的硅凝膠或聚對二甲苯更大的壓力讀數(shù)穩(wěn)定性和腐蝕保護。

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

“我們將創(chuàng)建一種'智能'青光眼引流裝置，其中一個植入物可以測量眼壓并緩解過大的壓力，”他說。“從長遠來看，我們希望建立一個閉環(huán)系統(tǒng)，它可以根據(jù)壓力讀數(shù)自動調(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)開始對患者進行測試。

“我們正準備與南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院的合作者進行進一步的測試，我們的目標是最終進入人體臨床試驗和FDA批準用于患者，”Agarwal說。

該論文標題為“無線，低漂移，可植入眼壓傳感器，采用聚對二甲苯油封裝”，于4月在圣地亞哥舉行的IEEE定制集成電路會議(CICC)上發(fā)表。它已發(fā)布在IEEE Xplore數(shù)據(jù)庫中。