科學家開發智能隱形眼鏡，24小時監控眼壓，超標自動滴藥

青光眼是全球導致不可逆失明的主要原因之一，其核心致病因素是眼內壓的異常升高。

在傳統治療中存在兩大痛點：首先，眼壓會在一天中不斷波動，在醫院的單次測量很難捕捉到危險的眼壓峰值；其次，患者通常需要每天自行滴眼藥水來控制眼壓，但很多人由于遺忘或覺得麻煩，導致用藥依從性很差，致使病情惡化。

2016 年，美國 FDA 曾批準了一種名為 Triggerfish 的設備，該設備將電子元件嵌入鏡片中，可實現持續的眼壓監測；2022 年，韓國浦項科技大學研究團隊也曾開發新型智能隱形眼鏡技術，為青光眼患者提供監測、治療的一體化解決方案。

但這些方案都面臨難題，堅硬的微電子元件和外部電源系統與嬌嫩的角膜組織之間存在嚴重的機械力學不匹配。長期佩戴這類電子鏡片，已被報告會導致明顯的異物感、眼痛、淺層點狀角膜炎甚至角膜上皮缺損。

為了在監測的精準度與患者的佩戴舒適度之間，尋找一個更優的平衡點。近日，來自寺崎生物醫學創新研究所的 Yangzhi Zhu 及合作團隊開發了全球首款無電池、全聚合物微流控診療一體化智能隱形眼鏡（AP-TSCL）。它像一枚普通軟性隱形眼鏡，能夠 24 小時實時進行眼壓監測、自動給藥。研究成果發表在 Science Translational Medicine 期刊。

圖 | Yangzhi Zhu（來源：寺崎生物醫學創新研究所）

這款名為 AP?TSCL 的智能隱形眼鏡采用三層設計：下層是直接接觸角膜的微流控鏡片層，內部精密切割了用于儲存藥物和感知眼壓變化的微通道及微室；中間層是一塊基于仿生理念設計的力學活性抗溶脹絲蛋白海綿（BASS），它既是感知眼壓應變的核心組件，也是一個巨大的藥物儲庫；最上層則是軟性隱形眼鏡層，它不僅完美封裝了內部結構，還能抵消日常眨眼帶來的外部機械干擾，并能像普通隱形眼鏡一樣提供屈光矯正。

其中，最具突破性的是中間層的 BASS 材料。這塊微型海綿不僅擁有高達自身干重 2,700 倍的液體吸附能力 ，更具備驚人的彈性韌性：在經受高達 25% 應變的 100 次連續壓縮循環后，它依然能保持 100% 的形態恢復與液體保留能力。BASS 結構的引入，徹底解決了過去純聚合物鏡片在受到擠壓時微通道容易塌陷或信號漂移的頑疾，大幅提升了傳感靈敏度。

圖 | AP?TSCL 智能隱形眼鏡（來源：上述論文）

整副鏡片由生物相容性優異的聚甲基丙烯酸羥乙酯-有機硅水凝膠復合材料制成。在封裝完成后，其在 400 至 800 納米的可見光范圍內透光率高達 95% ，這意味著患者佩戴它時，不僅沒有任何異物摩擦感，視線也如平時一般清晰通透。

為了確保長期儲存和佩戴過程中的藥物穩定性，研究人員還在微流控儲藥室和通道內壁均勻沉積了一層無針孔的聚對二甲苯保形涂層。這種極其疏水的致密屏障，像給水管加裝了納米級密封圈一樣，徹底鎖死了水溶性藥物，使得加載了藥物的 AP-TSCL 在長達 21 天的 35°C 模擬淚液環境中，藥物保留率依然超過 95%。

AP-TSCL的工作原理可以用兩句話概括：眼壓變化讓鏡片變形，變形驅動液體位移實現監測；眼壓超標觸發儲藥腔擠壓，壓力門控精準釋放藥物。

在眼壓監測方面，鏡片邊緣有一根極細的微流控通道。當眼壓升高時，眼球會發生微小的形變，這種擠壓會把鏡片內部的指示液體推進微通道里。患者只要拿智能手機對著眼睛拍個視頻，手機里的 AI 算法就能自動追蹤液體的位移，并實時換算成精準的眼壓數值。

最巧妙的設計是自動給藥。它不需要任何電子開關，鏡片內部自帶儲藥室。研究人員可通過調整通道寬度預設觸發閾值，例如 22 mmHg（青光眼臨床警戒值）。當眼壓低于閾值時，儲藥腔完全封閉，藥物零泄漏；一旦眼壓突破閾值，腔室形變超過臨界值，微流控通道自動打開，藥物被精準釋放至眼表；眼壓恢復正常后，通道關閉，停止給藥，真正實現高眼壓才給藥、眼壓正常就停藥的按需治療。

有些重度患者需要聯合用藥。這款眼鏡可以設計成帶有兩個不同寬度的通道，比如眼壓達到 22 mmHg 時釋放第一種藥，如果眼壓沒控制住，繼續飆升到 26 mmHg ，它就會觸發第二個通道，釋放第二種藥，完全實現了自動化、個性化治療。

為了驗證 AP?TSCL 的性能，研究團隊在體外人工眼球模型、離體牛眼模型與新西蘭兔高眼壓模型上，全面評估了監測精度、給藥效果與生物安全性。

在臨床前驗證環節，AP-TSCL 展現出了極高的成藥潛力。在兔細胞毒性實驗中，將鏡片與人角膜上皮細胞共培養 72 小時后，細胞存活率依然高達 98% 以上，與對照組無異。在活體兔眼中連續佩戴兩周，角膜依然透亮，未見任何上皮損傷、水腫或炎癥反應的組織學病變。

治療功效的驗證更為有力。在基線眼壓超過 25 mmHg 的輕中度高眼壓兔模型中，搭載噻嗎洛爾的 AP-TSCL-Timo 在佩戴 30 分鐘內，就成功將兔子的眼壓壓制到了 20 mmHg 以下的安全紅線內，其降壓速率和幅度，與醫生直接滴注標準劑量的噻嗎洛爾滴眼液沒有任何統計學差異。

在基線眼壓極其惡劣的重度高眼壓模型（>40 mmHg）中，搭載雙藥聯合（噻嗎洛爾+溴莫尼定）的進階版 AP-TSCL-Pro 展現了統治力。它的降壓效果不僅呈壓倒性優勢領先于單藥滴眼液和單藥鏡片，更是在連續多天的隔日佩戴治療中，將眼壓牢牢鎖定在了安全范圍內。

從深層的分子標志物來看，未經治療的高眼壓兔眼視網膜神經受到嚴重壓迫，代表神經膠質增生與損傷的 GFAP 蛋白高表達。而在 AP-TSCL 的精準護航下，GFAP 的表達被有效抑制，同時代表視網膜神經節細胞存活的 BDNF 和 Brn3a 蛋白也得到了完美的保護和維持。

（來源：上述論文）

得益于全聚合物注塑與防滲漏涂層工藝，AP-TSCL 中的活性藥物能在環境溫度下儲存長達 5 周而不發生任何化學降解。據悉，Yangzhi Zhu 及其合作者已著手將這項技術商業化，并已申請臨時專利。他們認為該平臺最終可以擴展到多種眼部疾病，包括干眼癥、糖尿病視網膜病變和年齡相關性黃斑變性。

1.https://terasaki.org/institute/yangzhi

2.https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.ads9541

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