科学家开发智能隐形眼镜，24小时监控眼压，超标自动滴药

青光眼是全球导致不可逆失明的主要原因之一，其核心致病因素是眼内压的异常升高。

在传统治疗中存在两大痛点：首先，眼压会在一天中不断波动，在医院的单次测量很难捕捉到危险的眼压峰值；其次，患者通常需要每天自行滴眼药水来控制眼压，但很多人由于遗忘或觉得麻烦，导致用药依从性很差，致使病情恶化。

2016 年，美国 FDA 曾批准了一种名为 Triggerfish 的设备，该设备将电子元件嵌入镜片中，可实现持续的眼压监测；2022 年，韩国浦项科技大学研究团队也曾开发新型智能隐形眼镜技术，为青光眼患者提供监测、治疗的一体化解决方案。

但这些方案都面临难题，坚硬的微电子元件和外部电源系统与娇嫩的角膜组织之间存在严重的机械力学不匹配。长期佩戴这类电子镜片，已被报告会导致明显的异物感、眼痛、浅层点状角膜炎甚至角膜上皮缺损。

为了在监测的精准度与患者的佩戴舒适度之间，寻找一个更优的平衡点。近日，来自寺崎生物医学创新研究所的 Yangzhi Zhu 及合作团队开发了全球首款无电池、全聚合物微流控诊疗一体化智能隐形眼镜（AP-TSCL）。它像一枚普通软性隐形眼镜，能够 24 小时实时进行眼压监测、自动给药。研究成果发表在 Science Translational Medicine 期刊。

图 | Yangzhi Zhu（来源：寺崎生物医学创新研究所）

这款名为 AP‑TSCL 的智能隐形眼镜采用三层设计：下层是直接接触角膜的微流控镜片层，内部精密切割了用于储存药物和感知眼压变化的微通道及微室；中间层是一块基于仿生理念设计的力学活性抗溶胀丝蛋白海绵（BASS），它既是感知眼压应变的核心组件，也是一个巨大的药物储库；最上层则是软性隐形眼镜层，它不仅完美封装了内部结构，还能抵消日常眨眼带来的外部机械干扰，并能像普通隐形眼镜一样提供屈光矫正。

其中，最具突破性的是中间层的 BASS 材料。这块微型海绵不仅拥有高达自身干重 2,700 倍的液体吸附能力 ，更具备惊人的弹性韧性：在经受高达 25% 应变的 100 次连续压缩循环后，它依然能保持 100% 的形态恢复与液体保留能力。BASS 结构的引入，彻底解决了过去纯聚合物镜片在受到挤压时微通道容易塌陷或信号漂移的顽疾，大幅提升了传感灵敏度。

图 | AP‑TSCL 智能隐形眼镜（来源：上述论文）

整副镜片由生物相容性优异的聚甲基丙烯酸羟乙酯-有机硅水凝胶复合材料制成。在封装完成后，其在 400 至 800 纳米的可见光范围内透光率高达 95% ，这意味着患者佩戴它时，不仅没有任何异物摩擦感，视线也如平时一般清晰通透。

为了确保长期储存和佩戴过程中的药物稳定性，研究人员还在微流控储药室和通道内壁均匀沉积了一层无针孔的聚对二甲苯保形涂层。这种极其疏水的致密屏障，像给水管加装了纳米级密封圈一样，彻底锁死了水溶性药物，使得加载了药物的 AP-TSCL 在长达 21 天的 35°C 模拟泪液环境中，药物保留率依然超过 95%。

AP-TSCL的工作原理可以用两句话概括：眼压变化让镜片变形，变形驱动液体位移实现监测；眼压超标触发储药腔挤压，压力门控精准释放药物。

在眼压监测方面，镜片边缘有一根极细的微流控通道。当眼压升高时，眼球会发生微小的形变，这种挤压会把镜片内部的指示液体推进微通道里。患者只要拿智能手机对着眼睛拍个视频，手机里的 AI 算法就能自动追踪液体的位移，并实时换算成精准的眼压数值。

最巧妙的设计是自动给药。它不需要任何电子开关，镜片内部自带储药室。研究人员可通过调整通道宽度预设触发阈值，例如 22 mmHg（青光眼临床警戒值）。当眼压低于阈值时，储药腔完全封闭，药物零泄漏；一旦眼压突破阈值，腔室形变超过临界值，微流控通道自动打开，药物被精准释放至眼表；眼压恢复正常后，通道关闭，停止给药，真正实现高眼压才给药、眼压正常就停药的按需治疗。

有些重度患者需要联合用药。这款眼镜可以设计成带有两个不同宽度的通道，比如眼压达到 22 mmHg 时释放第一种药，如果眼压没控制住，继续飙升到 26 mmHg ，它就会触发第二个通道，释放第二种药，完全实现了自动化、个性化治疗。

为了验证 AP‑TSCL 的性能，研究团队在体外人工眼球模型、离体牛眼模型与新西兰兔高眼压模型上，全面评估了监测精度、给药效果与生物安全性。

在临床前验证环节，AP-TSCL 展现出了极高的成药潜力。在兔细胞毒性实验中，将镜片与人角膜上皮细胞共培养 72 小时后，细胞存活率依然高达 98% 以上，与对照组无异。在活体兔眼中连续佩戴两周，角膜依然透亮，未见任何上皮损伤、水肿或炎症反应的组织学病变。

治疗功效的验证更为有力。在基线眼压超过 25 mmHg 的轻中度高眼压兔模型中，搭载噻吗洛尔的 AP-TSCL-Timo 在佩戴 30 分钟内，就成功将兔子的眼压压制到了 20 mmHg 以下的安全红线内，其降压速率和幅度，与医生直接滴注标准剂量的噻吗洛尔滴眼液没有任何统计学差异。

在基线眼压极其恶劣的重度高眼压模型（>40 mmHg）中，搭载双药联合（噻吗洛尔+溴莫尼定）的进阶版 AP-TSCL-Pro 展现了统治力。它的降压效果不仅呈压倒性优势领先于单药滴眼液和单药镜片，更是在连续多天的隔日佩戴治疗中，将眼压牢牢锁定在了安全范围内。

从深层的分子标志物来看，未经治疗的高眼压兔眼视网膜神经受到严重压迫，代表神经胶质增生与损伤的 GFAP 蛋白高表达。而在 AP-TSCL 的精准护航下，GFAP 的表达被有效抑制，同时代表视网膜神经节细胞存活的 BDNF 和 Brn3a 蛋白也得到了完美的保护和维持。

图 | AP-TSCL-Timo 和 AP-TSCL-Pro 佩戴两周后的生物安全性评估（来源：上述论文）

得益于全聚合物注塑与防渗漏涂层工艺，AP-TSCL 中的活性药物能在环境温度下储存长达 5 周而不发生任何化学降解。据悉，Yangzhi Zhu 及其合作者已着手将这项技术商业化，并已申请临时专利。他们认为该平台最终可以扩展到多种眼部疾病，包括干眼症、糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性。

参考链接：

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

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

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