Последние достижения в носимой электронике в сочетании с беспроводной связью имеют важное значение для реализации медицинских приложений с помощью технологий мониторинга здоровья. Например, интеллектуальная контактная линза, которая способна контролировать физиологическую информацию глаза и слезной жидкости, могла бы обеспечивать неинвазивную медицинскую диагностику в реальном времени. Однако в предыдущих отчетах, касающихся интеллектуальных контактных линз, указывалось, что непрозрачные и хрупкие компоненты использовались для обеспечения возможности работы электронного устройства, и это могло бы блокировать зрение пользователя и потенциально повредить глаз. Кроме того, использование дорогого и громоздкого оборудования для измерения сигналов от датчиков контактных линз может мешать внешней деятельности пользователя. Таким образом, учёные сообщают о нетрадиционном подходе к изготовлению мягкой, умной контактной линзы, в которой датчики глюкозы, беспроводные схемы передачи энергии и пиксели дисплея для визуализации чувствительных сигналов в реальном времени полностью интегрированы с использованием прозрачных и растягиваемых наноструктур. Интеграция этого дисплея в интеллектуальный объектив устраняет необходимость в дополнительном, громоздком измерительном оборудовании. Эта мягкая, умная контактная линза может быть прозрачной, обеспечивая четкое изображение путем сопоставления показателей преломления ее локально структурированных областей. Получающаяся в результате мягкая интеллектуальная контактная линза обеспечивает беспроводную работу в режиме реального времени, и существуют тесты in vivo для мониторинга концентрации глюкозы в слезах (подходит для определения уровня глюкозы натощак в слезах пациентов с диабетом) и, одновременно, для обеспечения чувствительности результаты через дисплей контактных линз.
Носимые электронные устройства, способные осуществлять мониторинг человеческого тела в режиме реального времени, могут предоставить новые способы управления состоянием здоровья и работоспособностью людей . Эластичная и похожая на кожу электроника в сочетании с беспроводной связью позволяет проводить неинвазивные и удобные физиологические измерения, заменяя традиционные методы, в которых используются проникающие иглы, жесткие платы, клеммные соединения и источники питания . На этом фоне интеллектуальные контактные линзы являются многообещающим примером носимого устройства для мониторинга здоровья. Надежность и стабильность мягких контактных линз были тщательно изучены, и были достигнуты значительные успехи, чтобы минимизировать раздражение глаз, чтобы максимизировать комфорт пользователя. Кроме того, слезы пользователя могут быть собраны в контактной линзе совершенно естественными способами, такими как нормальная секреция и мерцание, и использованы для оценки различных биомаркеров, обнаруженных в крови, таких как глюкоза, холестерин, ионы натрия и ионы калия. Таким образом, линза, оснащенная датчиками, может обеспечить неинвазивные методы для постоянного обнаружения метаболитов в слезах. Среди различных биомаркеров неинвазивное обнаружение уровней глюкозы для диагностики диабета было изучено различными способами для замены традиционных инвазивных диагностических тестов (например, уколов пальцем для взятия крови). Рассматривая корреляцию между уровнем глюкозы в слезах и уровнем глюкозы в крови, датчик глюкозы, установленный на контактной линзе, может обеспечить неинвазивный мониторинг уровней глюкозы пользователя от слезных жидкостей с учетом времени задержки между уровнем глюкозы в слезах и кровью. уровень глюкозы в диапазоне от 10 до 20 мин.
Хотя такая система предоставляет множество возможностей, есть некоторые важные проблемы, которые необходимо решить, прежде чем практическое использование интеллектуальных контактных линз может быть реализовано. Эти проблемы включают использование непрозрачных электронных материалов для датчиков, микросхем интегральных схем, металлических антенн и межсоединений, которые могут блокировать зрение пользователей; интеграция компонентов электронного устройства на плоских и пластиковых подложках, что приводит к деформации изгиба при преобразовании в изогнутую форму для линз, создавая тем самым посторонние предметы, которые могут раздражать глаза и веки пользователей; хрупкие и жесткие материалы интегрированной электронной системы, такие как микросхемы поверхностного монтажа и жесткие межсоединения, которые могут повредить роговицу или веко ; и требование к громоздкому и дорогостоящему оборудованию для измерения сигналов, которое ограничивает использование интеллектуальных контактных линз за пределами исследовательских лабораторий или клинических условий путем ограничения внешней активности пользователей.
По всем причинам, изложенным выше, эксперты ввели нестандартный подход к изготовлению мягкой, умной контактной линзы, в которой все электронные компоненты разработаны с учетом нормального удобства использования. Например, вид пользователя не будет затруднен, потому что контактные линзы сделаны из прозрачных наноматериалов. Кроме того, эти линзы обеспечивают превосходную надежность, поскольку они могут подвергаться механическим деформациям, необходимым для встраивания их в мягкую линзу без повреждений. Плоские сетчатые структуры компонентов устройства и их соединительные элементы обеспечивают высокую растяжимость для изогнутой мягкой линзы без изгиба. Кроме того, пиксели дисплея, встроенные в интеллектуальную контактную линзу, обеспечивают доступ к данным измерений в реальном времени, что устраняет необходимость в дополнительном измерительном оборудовании. Для разработки мягкой контактной линзы сформировали мягкие контактные линзы с высокопрозрачными и настраиваемыми на напряжение гибридными структурами, которые состоят из механически усиленных островков для определения местоположения. дискретные электронные устройства (такие как выпрямительные схемы и пиксели дисплея) и упругие соединения для размещения растяжимой, прозрачной антенны и соединительных электродов. Усиленные оправы с небольшими сегментами были изготовлены из фототабличаемого полимера, а упругие детали были изготовлены с использованием силиконового эластомера, обычного материала для мягкой контактной линзы. Эта контактная линза на основе гибридной подложки, в которую усиленные островки были встроены внутрь упругого слоя, может эффективно распределять механическое напряжение и защищать обычную электронику от механических деформаций мягкой линзы. Хотя концепция использования гибридных подложек для растягиваемой электроники была изложена ранее, использование гибридных подложек может значительно ухудшить оптические свойства полученных пленок, оставляя их с низкой прозрачностью и высокой мутностью из-за разницы в показателях преломления гетерогенных материалов. Очевидно, что контактные линзы не должны мешать взгляду пользователя, и они должны иметь как высокую прозрачность, так и низкую мутность для оптической четкости.
