The Innovation | 智能角膜接触镜:科幻变为现实的催化剂


眼睛是人体与外界交互的天然半开放窗口,智能角膜接触镜是实现智慧医疗和人机交互的重要媒介。




 导 读 


智能眼镜作为一种多功能设备,结合了娱乐、健康追踪等多种应用。然而,它们的体积较大,重量较重,导致佩戴不适和沉浸感不足。与之相比,轻便的智能角膜接触镜(SCL)有望彻底改变眼部健康管理和人机交互的方式,开启眼部智能系统的新纪元。此外,SCL通过增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等人机交互模式,为元宇宙的发展注入新的活力(图1)。




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图 1 智能角膜接触镜助力智慧医疗及人机交互


眼睛的复杂结构中蕴含了众多生理指标与代谢生物标志物。这些标志物对于全面评估人体健康至关重要。自2007年引入“SCL”概念以来,该领域的研究不断深入。2014年,谷歌宣布SCL计划,引发了广泛关注,此后相关研究势头显著增加。SCL能够无缝贴附于眼球,连续且非侵入地监测眼压、血糖水平、视网膜电图及眼球运动等多种生理信号,有利于疾病诊断和相关指标检测。除了在检测和诊断中的应用,SCL在眼科创新治疗中也扮演着重要角色。通过输送靶向药物与物理干预,SCL为多种眼部疾病的治疗提供了有针对性的解决方案,改变了眼部健康治疗的格局。例如,SCL能够有效封装药物,提供精确剂量,提高药物利用率,并因此提高患者的依从性。传感诊断和干预治疗技术的快速发展共同推动了柔性智能角膜接触镜向诊疗一体化的延伸,有望催生面向眼部健康管理和精准医疗的电子器件。


在科幻作品中,用人工器官替代受损的人体器官的情节屡见不鲜。然而,涉及视网膜和视神经的“人工眼”的开发和运用仍然面临重大挑战。尤其是当疾病影响视网膜以外的视觉通路,导致不可逆的视力障碍时,可选择的治疗手段极为有限。视网膜假体技术的进步标志着人工视觉领域的重要突破。近期研究表明,基于SCL的超声刺激能够有效激活视网膜神经元,产生可通过视神经传输到大脑的视觉信号。展现了非侵入性超声应用于视网膜假体的潜力。尽管SCL相关领域的跨学科技术已取得显著进展,但复制人类视觉系统这一科学任务依然是复杂而艰巨的。


VR和AR正在缩小虚拟图像与物理环境之间的距离,并改变我们对数字世界的感知与互动。SCL里配备的微型显示器可以直接将导航、通知及其他视觉信息的图像投射到佩戴者的视网膜上。相较于传统屏幕,这种方式使图像更具有直观性,用户更具沉浸感。例如,Mojo Vision研究人员开发的AR SCL,在镜片中集成微型摄像头与显示器,将信息叠加在佩戴者眼前,利用嵌入式视觉技术实现物体与个人的识别。该设备突显了紧凑型显示技术的发展趋势,成为该领域的重要里程碑。因此,SCL在提升人机交互和体验式计算方面提供了前所未有的机会,超越了现实与想象的界限。



总结与展望


SCL不仅改变了健康监测和疾病管理的方式,还在人工视觉技术以及AR/VR体验之间建立了个性化的联系。然而,在发展成为强大智能系统的过程中,SCL依然面临重要挑战。首先,追求多功能集成可能导致SCL体积和厚度增加,因此需要平衡佩戴的舒适性与运用的多功能性。同时,长期的安全性与隐私问题也是下一代SCL需要解决的关键问题。通过积极应对这些挑战,开发者可以最大程度降低其广泛实施带来的风险,从而彰显人类创造力在塑造未来中的变革潜力。




责任编辑

胡哲煜     湖南省肿瘤医院

郭胜平     云南大学


本文内容来自Cell Press 合作期刊The Innovation 第五卷第六期发表的Commentary文章“Smart contact lenses: Catalysts for science fiction becoming reality” (投稿: 2024-06-24;接收: 2024-10-04;在线刊出: 2024-10-05)。


DOI:10.1016/j.xinn.2024.100710


引用格式:Yao G., Li P., Liu M., et al.(2024). Smart contact lenses: Catalysts for science fiction becoming reality. The Innovation 5:100710.



作者简介


林媛   电子科技大学教授,国家杰出青年科学基金获得者、入选国家级重要人才计划。主要从事柔性无机薄膜电子器件的研究,承担了十余项国家级科研项目,近五年在Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials等国际学术期刊发表论文40余篇,取得国内外发明专利授权20余项。

姚光   电子科技大学材料与能源学院研究员,一直从事柔性诊疗集成器件与人机交互系统的研究。以通讯/第一作者在Nature Communications、PNAS、ACS Nano等SCI期刊发表论文20余篇,主持了国家自然科学基金(优青/面上)、四川省科技厅基金等多项科研项目。





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期刊简介


The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊:向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现,鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家;已被151个国家作者引用;每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员,来自22个国家;50%编委来自海外(含39位各国院士);领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ,ADS,Scopus,PubMed,ESCI,INSPEC,EI,中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2,2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章,多宣传”理念,The Innovation在海内外各平台推广作者文章。


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