Структурно-окрашенная контактная линза проследила за увлажнением кроличьего глаза

Китайские ученые создали прототип контактной линзы, отображающей уровень увлажнения глаза и внутриглазного давления с помощью изменения цвета. Линза состоит из гидрогеля с пористой структурой фотонного кристалла, которая меняется при изменении концентрации воды и меняет свою окраску. Разработку успешно испытали на кролике, говорится в статье, опубликованной в журнале Journal of Materials Chemistry B.

Ученые уже не первый год разрабатывают умные контактные линзы, которые можно использовать не только для коррекции зрения, но и в качестве медицинского датчика. Большая часть исследований в этой сфере сконцентрирована на анализе состава слезы на предмет веществ-маркеров, концентрация которых коррелирует с их концентрацией в крови. Например, существует несколько прототипов линз с индикатором глюкозы, которые в перспективе могут заменить обычные прокалывающие глюкометры.

На текущем этапе развития технологий эти линзы обычно работают за счет внешнего источника энергии, хотя недавно корейские инженеры создали прототип автономной линзы на ионисторе. Сюэминь Ду (Xuemin Du) и его коллеги из Шэньчжэньского института передовых технологий предложили использовать пассивную конструкцию без электрических компонентов, которая, однако, способна отображать два физиологических параметра глаза: увлажнение и внутреннее давление.

Работа линзы основана на созданной в ней структуре фотонного кристалла. Такие структуры имеют периодические строение и оптические свойства, причем период сравним с длинами волн видимого света. Из-за этого фотоны с разными могут распространяться или не распространяться по структуре, в зависимости от длины волны. Это свойство используется как в природе, например, в окраске многих насекомых, так и в искусственных объектах.

Ученые создали фотонный кристалл со структурой инверсного опала с помощью метода Штобера, при котором создается композит из сферических частиц в матрице другого материала, после чего частицы удаляются, оставляя структуру из периодически повторяющихся пустот. Они взяли три вида кремниевых сфер со средними размерами 356, 240 и 180 нанометров (частицы разных размеров использовались для разных прототипов). Их осадили на поверхность вогнутой формы и высушили, а затем убрали частицы из центра. После этого форму залили полимерными прекурсорами для создания гидрогеля, и затвердили ее при помощи ультрафиолета. На последнем этапе частицы вытравили из линзы с помощью плавиковой кислоты.

Убедившись в том, что они получили желаемую структуру инверсного опала, ученые приступили к исследованию оптических свойств линзы. Оказалось, что изменения влажности на пару десятков процентов и давления на 40 килопаскалей позволяет менять цвет линзы в большей части видимого диапазона света. Даже изменения величиной в несколько килопаскалей, которое типично для внутриглазного давления, достаточно для того, чтобы увидеть сильный сдвиг длины волны отражаемого света. Изменение цвета из-за влажности происходит из-за изменения объема воды в гидрогеле, что приводит к изменению периода решетки фотонного кристалла.

Исследователи также провели эксперимент на кролике, надев на его глаз прототип линзы. Авторы отмечают, что состояние животного не изменилось от ношения линзы, поэтому ее предварительно можно признать комфортной для ношения.

Существует также прототип линзы, позволяющей не отслеживать, а лечить повышение внутриглазного давления. Линза содержит на внутренней поверхности пленку с препаратом, который постепенно высвобождается и обеспечивает лучшее снижение давления, чем при периодическом капании лекарств в глаз.

Григорий Копиев