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溫醫(yī)大王毅研究員和瞿佳教授團(tuán)隊(duì) Adv. Sci.:具有監(jiān)測(cè)眼壓和基質(zhì)金屬蛋白酶-9雙功能的智能隱形眼鏡
2022-02-27  來源:高分子科技

  近日,溫州醫(yī)科大學(xué)王毅研究員和瞿佳教授團(tuán)隊(duì)在一區(qū)top期刊Advanced Science(IF:16.806)發(fā)表學(xué)術(shù)論文,題為“Smart Contact Lens with Dual-Sensing Platform for Monitoring Intraocular Pressure and Matrix Metalloproteinase-9”。



  淚液中的生物分子通過淚-血屏障作用從血液中擴(kuò)散出來的,與血液中的分子顯示出一定的相關(guān)性,F(xiàn)有的便攜式或穿戴式傳感器中,較少用于眼科相關(guān)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的。而隱形眼鏡作為一種輔助治療手段,給近視、遠(yuǎn)視、散光等近視患者帶來了極大的改善。越來越多的人加入到佩戴隱形眼鏡的行列,不僅是為了改善視力,也是為了美觀。由于隱形眼鏡與眼睛直接接觸,有望將生物傳感器集成到隱形眼鏡中,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種疾病的實(shí)時(shí)無創(chuàng)診斷和健康監(jiān)測(cè)。


  基于此,溫州醫(yī)科大學(xué)王毅研究員和瞿佳教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于光學(xué)的雙功能智能隱形眼鏡傳感器用于眼壓(IOP)的監(jiān)測(cè)和基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)的檢測(cè),這兩者都是與青光眼、干眼癥等眼部疾病相關(guān)的關(guān)鍵性指標(biāo)。

 

圖1. 雙功能隱形眼鏡傳感器的示意圖,該傳感器由用于IOP監(jiān)測(cè)的反蛋白石結(jié)構(gòu)和用于MMP-9檢測(cè)的多肽功能化修飾的金納米碗(AuNBs)表面增強(qiáng)拉曼基底組成。

 

圖2. a)結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡監(jiān)測(cè)眼壓的工作原理示意圖。b)使用結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡傳感器測(cè)量豬眼眼壓的光學(xué)裝置照片及其示意圖(底部)。c)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼壓時(shí),拍下的佩戴在豬眼上的結(jié)構(gòu)彩色隱形眼鏡傳感器的顏色變化(增加壓力時(shí))。比例尺:5 mm。d)當(dāng)增加眼壓達(dá)到30 mmHg時(shí),豬眼上的隱形眼鏡反射光譜的發(fā)生藍(lán)移。e)是d)中反射峰的藍(lán)移與眼壓增加相應(yīng)的線性校準(zhǔn)曲線(R2 = 0.978)。紅色短劃線指的是3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差,用于LOD估計(jì)。紅色陰影區(qū)域指的是眼壓的生理范圍。所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示(n>3)。f)用于眼壓監(jiān)測(cè)的隱形眼鏡的循環(huán)實(shí)時(shí)測(cè)試。紅色陰影區(qū)域指的是注射液體后眼壓增加。



圖3. a)兔子佩戴智能隱形眼鏡的照片(插圖:放大的照片顯示了紅色點(diǎn)圈中的AuNBs SERS基底和黑圈中的部分結(jié)構(gòu)顏色,左圖)。比例尺:20 mm和5 mm(插圖)。兔子佩戴商業(yè)隱形眼鏡(中)和智能隱形眼鏡(右)后在裂隙燈顯微鏡下拍攝的熒光圖像。比例尺:5 mm。b)通過雙功能智能隱形眼鏡的峰值移動(dòng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周期性眼壓增高,同時(shí)進(jìn)行MMP-9反應(yīng)。頂部:50 ng/mL(紅色圓圈),中間:10 ng/mL(藍(lán)色方塊),底部:緩沖液(黑色三角)。c)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼壓和用50 ng/mL(紅色)和10 ng/mL(藍(lán)色)反應(yīng)2 h后的拉曼光譜與陰性對(duì)照(黑色短線光譜)。d)在與50 ng/mL和10 ng/mL的MMP-9反應(yīng)后的樣品與其相應(yīng)的陰性對(duì)照之間的拉曼強(qiáng)度差的比率。e)根據(jù)圖5c中的校準(zhǔn)曲線測(cè)量得到的MMP-9的濃度。


  應(yīng)用隱形眼鏡上的反蛋白石結(jié)構(gòu)的顏色變化來進(jìn)行眼壓的連續(xù)監(jiān)測(cè),可以較好地覆蓋生理眼壓范圍(10-21 mmHg)。通過將AuNBs 表面增強(qiáng)拉曼基底與結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)淚液中MMP-9的定量分析達(dá)到了1.29 ng/mL,與其他單獨(dú)檢測(cè)IOP或MMP-9的相關(guān)工作相比,該智能隱形眼鏡能夠在高性能水平上實(shí)現(xiàn)IOP和MMP-9的雙重檢測(cè)。此外,隱形眼鏡和眼淚之間的長期直接接觸也克服了在MMP-9的檢測(cè)中存在的低含量淚液的難采樣問題。因此,本工作開發(fā)的智能隱形眼鏡傳感器為疾病診斷提供了一個(gè)便捷、無創(chuàng)、多功能的傳感平臺(tái),并為將來將更多的功能整合到隱形眼鏡中實(shí)現(xiàn)多功能傳感鋪平了道路。


  論文的第一作者為溫州醫(yī)科大學(xué)的研究生葉穎和共同一作葛源才博士,通訊作者為溫州醫(yī)科大學(xué)瞿佳教授、劉嘯虎研究員王毅研究員。該論文獲浙江省自然科學(xué)基金杰出青年基金(LR19H180001)等基金的資助。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202104738
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