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拇指般大小的贴片，将成为高度近视者的福音

转自：中国科学报如果把人的眼球当作一个气球，那近视者的眼球就是一个被吹年夜变薄，且向后拉长的气球。这类“拉长”，是不成逆的。并且度数越高，意味着如许的“形变”越年夜。低度近视者可选择配戴眼镜，或进行改正手术。但高度近视患者面对着更多风险，例如目力恶化、呈现病理性症状，乃至掉明的可能。所以他们更需要医治而非改正，从“根”上解决问题。今朝常见的，节制高度近视继续进展的手术，名为后巩膜加固（PSR）手术。其是将特定的器件材料植入眼球壁后方的黄斑区域，对其进行加固，禁止“变形的气球”继续变年夜被拉长，或将“变形”凸出的部门“顶”归去。眼部手术本就是一项邃密活儿，若何在短时候内将材料植入，“顶”哪一个位置，力度多年夜......大夫的手艺要精，经验得丰硕，这也无形中加深了患者的不肯定性。为此，电子科技年夜学传授薛欣宇团队、电子科技年夜学从属病院/四川省人平易近病院眼科传授钟捷结合国内多家科研机构，操纵电解气泡制动，设计出了一种用于高度近视医治的无线无电池眼部调理贴片。相干论文也于近期颁发于《天然—通信》上。一次救治收成不测的合作2022年有段时候，钟天延突感眼底有些不适，便打算去四川省人平易近病院救治。动身前，她在线上阅读眼科大夫的信息时，偶尔发现了一名“家门”：这位叫“钟捷”的大夫，又恰好善于成人眼底疾病的诊断医治。“那就他了”，钟天延快速点击了“预约”。救治时代，为减缓重要的氛围，钟捷自动问起钟天延的学业。当听到对方在电子科技年夜学攻读博士，于脑机接口、深脑刺激范畴有浏览时，钟捷称本身也在做一些医工融会的工具，并表达了合作意向。回校后，钟天延将这一设法奉告了导师薛欣宇。不久后，钟捷专程去到电子科技年夜学清水河校区，和薛欣宇团队见了一面。“我今朝做的课题，就是研究微型致动器，操纵电化学反映发生的气泡进行制动，发生柔性材料的形变。”钟天延正在介绍时，钟捷“突发奇想”：“那能不克不及用于后巩膜葡萄肿的医治上？”开初，钟天延不太清晰这一疾病，还专门查阅了资料。“本来这是高度近视会引发的并发症，眼球后部会呈蛋形膨出，后巩膜部门，特别黄斑区也会变薄。”今朝的医治手术，是在眼后壁的两块直肌之间，巩膜葡萄肿处贴上加固材料，加强后巩膜强度，按捺眼轴耽误。但现有的加固材料舒适度、延展性不敷，并且术中大夫操作难度年夜。是以，钟捷提出可否连系微型致动器的动力道理，基于现有的医治思绪，研发一种新型的加固器材。“并且我们发现，不但是葡萄肿，年夜多由高度近视成长而成的病理性近视，如黄斑牵拉，视网膜劈裂等，都存在眼轴增加。我们可以针对这一类疾病，进行设计。”钟天延说。她特殊提到，这项研究只是为高度近视的医治，同时也是为病理性近视的预防供给更加平安和有用的解决路子。“比拟低度近视人群，高度近视人群得病理性近视的风险会更年夜。”无线供电 贴片集成壮大设计之初，团队研究和参考了今朝同类型器件。“例如中山年夜学中山眼科中间做的黄斑兜带手术，就是将眼球后巩膜葡萄肿处，固定一呈圆盘状的垫压物。”钟天延介绍，为了让器件更具包裹性和不变性，团队将器件设计成了三角布局的贴片。她向记者展现了制品：和拇指一般巨细，有三个支脚。细心打量，中部还有一块呈马蹄形的首要功能区。钟天延注释，之所以设计了一小处“马蹄”凹陷，是斟酌到贴片会固定于后巩膜黄斑区，与眼球赤道平行。而这个区域恰好与敏感的视神经相邻，因而便“留出”空位，避免与其接触。全部贴片重量仅为0.41克，厚度有4毫米，两两腿之间距离为19毫米。“贴片轻浮，有助于手术中更轻松、便利地植入。”钟捷介绍，在不影响神经和血管的环境下，大夫会操纵眼部肌肉的缩短力，从眼球后壁的两条直肌间打开裂缝，将贴片植入至后巩膜处。待正确定位后，就从支脚处进行缝合，使其固定于巩膜上。贴片虽小，但“五脏六腑”齐备。该系统的一年夜特点就是集成性强，承载了压电换能器、电化学微致动器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路等多个板块，阐扬着分歧的感化：无线供电、调剂眼轴、释放药物、引诱胶原卵白交联等。贴片。杨晨摄要想启动这些功能，必需得通电。在贴片的三条“腿”上，各有一个直径3毫米、厚度1毫米的圆片。它们是三个高活络度的锆钛酸铅（PZT）压电换能器，系贴片的超声能量转换器和无线节制单位，可被视为贴片的供电的“中枢”。薛欣宇介绍，贴片内并未设置电池或电线，而是操纵外接的超声探头发射超声波，领受端压电换能器再将领受到的超声能转化为电能，以供植入式装备利用。这一工作道理与给手机无线充电近似。而三只“腿”上的PZT分工分歧，别离为定位唆使灯、电化学微致动器和药物微针阵列供电。依照固定的标的目的和位置，把贴片植入后，操作人员会将超声探头贴于患者眼皮上。“想要运行哪一个功能，就把探头放在与之对应的PZT的位置。再操纵外部的小型节制终端进行操作，从而连通响应的电路，启动装配。”钟天延暗示。值得一提的是，恰是由于这一超声无线供电设计，贴片植入后，患者可一向处于闭眼状况，避免眼球表露。所以比拟其他同类型眼科手术来说，该高度近视医治手术会更稳妥。把眼轴“顶”归去 电解气泡的妙用若何肯定贴片是不是被“送”到了所需的位置？定位唆使灯会给出谜底。“大夫在操纵裂隙灯查抄和调剂贴片位置的同时，也会启动定位唆使灯。经由过程光照规模，就可以查看贴片是不是笼盖在医治所需的区域。”钟天延注释。当贴片就位后，医治正式最先。这个过程当中，懦弱的“泡泡”，竟进献了意想不到的“能量”。跟着红色唆使灯的闪灼，位于中部“马蹄”区域的电化学微致动器便投入工作。致动器是一个透明且密封的溶液贮存器，内部除有一个交织的电极外，还被注入了必然量的离子溶液。电路连通后，储液器内会产生电解反映，发生气泡，构成一个微型泵，致使附着的薄膜膨胀。在这类膨胀的驱动下，可将凸出的部门“顶”归去，缩短变长的眼轴，有助于外界物体光线在视网膜上构成准确的图象。气泡要变多年夜才会引发薄膜膨胀？响应地，得注入几多溶液？为了弄清这个问题，薛欣宇团队进行了理论计较，并综合尝试数据，摹拟获得了气泡发生并产生位移的曲线图。“假如要包管气泡起到顶压的结果，需要25微升的溶液。电解腔体的初始高度为2.5毫米，由于气泡逐步积累，腔体还会不竭膨胀，不外这取决于时候。”为了保险起见，今朝所有尝试中，钟天延都多注入了10微升，包管在所需医治的时候里，电解反映可以或许延续进行。除缩短眼轴，还要“加固”巩膜，使其不再“反弹”。在储液器紧挨着眼球的一侧，有一层薄薄的药物微阵列。在贴片植入后，阵列就会最先将贮存的核黄素逐步释放至后巩膜。“待‘顶压’完成，连通电路开启围在中部区域的三个μ-LED 蓝光灯后，就可以进行胶原交联固化，以提高巩膜的杨氏模量。”钟天延形容，相当于让巩膜“更皮实，不松驰了”。一样，这个步调中也会亮起对应的红色唆使灯，用于提醒。“不外由于有蓝鲜明示，所以二者一连系，就发出了偏紫色的光，让我们更轻易分辩。”钟天延说。提高平安性  定制化手术方案基于上述设计，今朝团队拔取了眼部与人类布局类似的尝试动物兔和猪，别离进行了体内和体外尝试。成果注解，该类型的贴片成功将尝试兔的眼轴长度缩短了约1217 微米，并将巩膜强度增添了387%。而在对猪进行的体外尝试中，团队经由过程OCT图象，更是直不雅感触感染并记实下了眼球巩膜转变的进程。“可以看出，贴片将多种功能集成，连系了后巩膜加固手术（PSR）和后巩膜交联手艺的长处，并供给了无线节制、无电池的解决方案。”同时，薛欣宇暗示，植入的微型泵的柔性材料也与人体有很好的相容性。“采取的是一种名叫PDMS的透明硅胶，已被多个研究报导为是一种对人体无毒无害的材料。”他也强调，今朝只是经由过程尝试证实了贴片的可行性，距离实现功效转化，真正投入临床利用终究造福高度近视患者，还有很长的路要走。“起首器件需要优化。”薛欣宇认为，接下来要进一步肯定贴片利用的全数材料，和过程当中触及的化学反映，是不是真正“平安”。贴片各功能也有待完美。从今朝尝试环境看，全部手术流程从麻醉到竣事，预估会延续二十分钟到半个小时，但将来假如投入临床，具体环境又得具体阐发。“不但如斯，每一个患者的近视水平分歧，葡萄瘤的巨细亦分歧。所以我们得提早评估量算，需要改变多长的轴距，利用几多的药量。”薛欣宇提到了对后巩膜的“顶压”进程，今朝还未处于完全“可控”，响应的操作细节还要继续“打磨”。“可以预感的是，将来，我们将沿着为患者制订个性化手术方案的思绪而尽力。”钟捷假想，或许今后在进行高度近视医治手术前，大夫可以经由过程OCT或磁共振，对眼球全部后颈部的形态进行正确的描写，成立3D打印模子。“由此更好地把握病情，善用良计，精准开方。”相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46049-6.薛欣宇团队照片。

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