摘要:只需要戴上一副隐形眼镜,就可以全方位监测自己的生理状态,及时侦查出疾病的危险信号-这幅未来的场景正在迈向现实。目前,来自美国俄勒冈州立大学的研究人员,利用超薄晶体管技术,设计出了这样一种有能力充当“私人医生”的隐形眼镜,在未来的移动医疗领域拥有极其广阔的应用前景。

只需要戴上一副隐形眼镜,就可以全方位监测自己的生理状态,及时侦查出疾病的危险信号-这幅未来的场景正在迈向现实目前,来自美国俄勒冈州立大学的研究人员,利用超薄晶体管技术,设计出了这样一种有能力充当“私人医生”的隐形眼镜,在未来的移动医疗领域拥有极其广阔的应用前景。

疾病的危险信号会在第一时间出现在人的血液中,尤其是糖尿病,肝病,癌症这些健康杀手。血液检测也就成为了疾病诊断的首选方案。然而,想要随时随地监测自己的健康状况,血液检测就有些尴尬了-每天扎自己一针或者抽自己一管血可不是什么令人愉悦的体验。有没有什么信息来源能够代替血液呢?

随着移动医疗的进步,科学家们发现,人体分泌的眼泪中其实包含了大量的信息,能够反映一个人的生理状态。眼泪不仅包含葡萄糖(可检测糖尿病),乳酸盐(可检测肝部脓毒症),多巴胺(可检测青光眼),尿素(可检测视网膜疾病),甚至包含各种癌症相关蛋白质。如果能够对眼泪中的生物分子进行实时的监测和分析,就可以方便地告诉人们是否存在疾病风险。于是,一组充满创造力的科学家就想到了利用隐形眼镜来充当检测设备,从而实时监控人们的健康状态。

这项研究由Gregory Herman教授领导,首次将一个生物感应器(biosensor)组装到了普通的隐形眼镜上。目前,他们已经在实验室中制造出了这种设备的原型,可以有效地检测血糖含量,从而判断糖尿病的风险。在今年4月初举行的第253次美国化学学会国家会议上,Herman教授向大众公开他的成果,并表示会不断改进技术,从而让这种隐形眼镜能够检测多种疾病信号,为人们提供全方位的健康数据。

事实上,Herman教授在项目的初期,并没有想过去制造一只“隐形眼镜”。他的目的是想改进现有糖尿病监测方式,从而缓解病人们的不便。目前,实时监测血糖的方法只有向皮肤中植入电极-这不仅会造成疼痛症状,甚至会引发感染。经过多番考证,Herman教授认为通过眼泪来检测血糖是完全可以替代传统的血液检测。然而,现有的设备都无法直接对眼泪进行实时检测和分析。在项目陷入困难之际,Herman教授的同事给了他灵感:利用先进的半导体-复合镓氧化锌(IGZO)来制作一个感应器- IGZO可谓是电子工业的革命元勋,它的出现极大地提高了电视、手机、电脑等电子设备的分辨率。

很快,Herman教授就完成了他的设计:这个生物感应器由一层透明的IGZO晶体管和少量葡萄糖氧化酶组成,并被安装到了一只隐形眼镜上。当感应器接触到眼泪中的葡萄糖,酶会迅速将它们氧化,引起环境中pH值的改变,从而产生电流并穿过IGZO晶体管。附着在IGZO层上的纳米元件会准确地记录这种变化,从而计算出血糖的浓度。

隐形眼镜也有黑科技:眨眨眼就能检测糖尿病,肝病和癌症-ScienceLondon未止科技

感应器构造

这种看似简单的构造实际上蕴含着惊人的潜力。Herman估计,在1平方厘米的IGZO隐形眼镜上,就可以安装2500个感应器,而每种感应器都可以分别检测不同的信号分子,从而获得多种疾病的信号。

不过很可惜,在目前的阶段,这种隐形眼镜还不能向外部传输信号,科学家们只能对通过设备的电流进行监控。按照Herman教授的构想,他们马上就可以实现无线信号传输,利用隐形眼镜上的无线发射设备,将信号传递到外部的接收器上,再进行解读。届时,我们的Apple Watch,电脑,手机中的App,都会成为我们的健康助手。

在2014年,Google曾经提出了与Herman团队十分相近的构想,制造了一只能够实时监测血糖的隐形眼镜。不过Herman教授表示,他们将采用更加先进的技术,使得眼镜完全透明化,不会妨碍正常的视线。

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Google设计的隐形眼镜

由于隐形眼镜是无法长期使用的,必须经常更换。因此,Herman教授制造的设备必须保证成本足够低廉,从而让人们能够长期购买使用。在接受媒体采访时,Herman对于解决成本问题信心十足:”我们使用的技术-IGZO薄膜晶体管,与现在的手机制造技术十分接近。在手机的显示屏上,一百个晶体管的成本只有不到1美分。“令人兴奋的是,Herman教授和他的同事们已经开发出一种成本更低廉的IGZO制造技术。但Herman教授也承认:”仍然有许多其它的成本需要降低。“在这种设备的普及之路上,仍然有诸多困难。

我们期待Herman教授的团队在未来能给我们带来更多惊喜,让隐形眼镜真正成为贴心的”私人医生“。

http://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2016/nr/c6nr05134k#!divAbstract

http://gizmodo.com/google-is-making-smart-contact-lenses-for-better-health-1503080824

http://gizmodo.com/scientists-are-developing-a-contact-lens-that-tells-you-1793961298