角膜接触镜式无线眼压监测系统关键技术研究

Contact lenses can be wearing long-time for its high degree of integration with the human body and other advantages such as “invisible”. It can be used as a platform for assembly of the sensor detecting intraocular pressure, retinal tear component or topography of the blood vessel at fundus. It is an ideal "converged" healthcare epidemical electronic. Google smart glasses are good example of health monitoring by contact lens. In this proposal, a wireless 24-Hs continuous intraocular pressure sensor (IOP) system is proposed. A series of key device and technology will be researched and developed. Flexible electronics, high precision amplifier, power supply and wireless communication IC will be packaged into a contact lens. In this proposal，the key technology of healthcare on-body integration chip and advantage packaging technology of epidemical electronics and wireless power supply can also be used for the application to tear component test device or other contact lens-type health care equipment. Related technology and research result can also be used to monitor biological signals or sweat at the surface of the skin as a tattoo type electronic device.

角膜接触镜具有可连续佩戴、与人体高度融合等优势，可利用装配在其中的传感器检测眼压、泪液或者眼底状态，是“融合式”体表健康电子理想的搭载平台。谷歌智能眼镜就就是利用角膜接触镜进行健康监测的一个很好的例子。本申请在不影响角膜接触镜佩戴和正常视物的前提下，在角膜接触镜中，集成眼压传感器及相应的无线能量接收及通讯集成电路系统。研制可连续24小时进行眼压监测的眼压传感器及配套的放大及无线供能电路系统。解决超薄柔性应变电阻或其他能电子元器件的制备和非平面封装，研究高精度电压放大、数字化及无线信号传输电路的集成与在体封装等现等关键技术。研究内容所涉及的在体无线供能、超薄柔性电极等表皮电子（epidemical electronics）器件的制备工艺等关键技术也可以为以泪液成分为测试对象的其他角膜接触镜式健康监护设备所应用，相关技术和研究成果也可以用于监测汗液或生物电信号的纹身式表皮电子器件。

眼压是青光眼疾病诊断和治疗的重要指标，能够连续监测眼压的角膜接触镜式传感器，具有无创、便携、可连续检测等优点，对青光眼的诊治有着重大的意义。本项目围绕眼内传感器和眼外无线读出系统两方面进行了若干关键技术的研究。. 在基于应变-阻变的传感器研究中，研制出了基于金属铂、立状石墨烯和自组装石墨烯的三种眼压传感器。其中基于铂材料的眼压传感器应变计厚度约3.1 μm，在模拟眼球上测试灵敏度达到289.5 μV/mmHg，比同类金属膜传感器灵敏度提高到了2倍以上。基于立状石墨烯薄膜，研究了不同传感器结构及其在角膜接触镜上的分布对器件特性的影响，其中基于电桥结构的立状石墨烯眼压传感器在仿生眼球上进行测试灵敏度可达到1.432 mV/mmHg，传感器的性能稳定，可以满足连续24小时对眼压进行检测的要求。基于自组装石墨烯薄纳米膜，结合角膜形变分布特点设计的电桥结构，其在仿生角膜上的灵敏度达到1.0164 mV/mmHg，在离体猪眼测试中对眼压的灵敏度更是达到了3.166 mV/mmHg，为迄今为止所见报道的同类器件中最高。. 设计并搭建了面向上述阻变传感器的无线眼压读出系统：通过仿真和工艺优化，在角膜接触镜容许尺寸范围内，研制了可集成的线圈，连同MLX90129芯片，与阻变传感器一并形成眼内部分；眼外部分的读取系统使用了类似RFID的读取电路，通过线圈与眼内部分的线圈耦合以实现对阻变传感器的眼压输出。在离体猪眼上的测试验证表明，这套无线读出系统配合自主研发的超高灵敏度传感器，最大输出灵敏度可达到8.68 unit/mmHg。. 在阻变传感器之外，我们还对基于应力引起的微腔形变和其中液柱位移、指示眼压大小的微流式应变计进行了研究，微流式传感器最大的优点是眼内部分结构简单，对用眼内环境的干扰最小。结合自动图像识别，目前该传感器的灵敏度可达到430 μm/mmHg，传感器线性度达到0.998，检测范围与应变-阻变式传感器相当，是目前微流体眼压传感器领域兼顾舒适度和大的眼压监测范围内灵敏度最高、线性度最好的传感器。