廣告
要是把人的眼球看成一個(gè)氣球，那近視者的眼球就是一個(gè)被吹大變薄，且向后拉長的氣球。這種“拉長”，是不可逆的。而且度數(shù)越高，意味著這樣的“形變”越大。
低度近視者可選擇配戴眼鏡，或進(jìn)行矯正手術(shù)。但高度近視患者面臨著更多風(fēng)險(xiǎn)，例如視力惡化、出現(xiàn)病理性癥狀，甚至失明的可能。所以他們更需要治療而非矯正，從“根”上解決問題。
目前常見的，控制高度近視繼續(xù)進(jìn)展的手術(shù)，名為后鞏膜加固（PSR）手術(shù)。其是將特定的器件材料植入眼球壁后方的黃斑區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行加固，阻止“變形的氣球”繼續(xù)變大被拉長，或者將“變形”凸出的部分“頂”回去。
眼部手術(shù)本就是一項(xiàng)精細(xì)活兒，如何在短時(shí)間內(nèi)將材料植入，“頂”哪個(gè)位置，力度多大......醫(yī)生的手藝要精，經(jīng)驗(yàn)得豐富，這也無形中加深了患者的不確定性。
為此，電子科技大學(xué)教授薛欣宇團(tuán)隊(duì)、電子科技大學(xué)附屬醫(yī)院/四川省人民醫(yī)院眼科教授鐘捷聯(lián)合國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)，利用電解氣泡制動(dòng)，設(shè)計(jì)出了一種用于高度近視治療的無線無電池眼部調(diào)節(jié)貼片。相關(guān)論文也于近期發(fā)表于《自然—通訊》上。
一次就診收獲意外的合作
2022年有段時(shí)間，鐘天延突感眼底有些不適，便計(jì)劃去四川省人民醫(yī)院就診。
出發(fā)前，她在線上瀏覽眼科醫(yī)生的信息時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一位“家門”：這位叫“鐘捷”的醫(yī)生，又剛好擅長成人眼底疾病的診斷治療。“那就他了”，鐘天延快速點(diǎn)擊了“預(yù)約”。
就診期間，為緩解緊張的氣氛，鐘捷主動(dòng)問起鐘天延的學(xué)業(yè)。當(dāng)聽到對(duì)方在電子科技大學(xué)攻讀博士，于腦機(jī)接口、深腦刺激領(lǐng)域有涉獵時(shí)，鐘捷稱自己也在做一些醫(yī)工融合的東西，并表達(dá)了合作意向?；匦：?，鐘天延將這一想法告知了導(dǎo)師薛欣宇。
不久后，鐘捷特地去到電子科技大學(xué)清水河校區(qū)，和薛欣宇團(tuán)隊(duì)見了一面。“我目前做的課題，就是研究微型致動(dòng)器，利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡進(jìn)行制動(dòng)，產(chǎn)生柔性材料的形變。”鐘天延正在介紹時(shí)，鐘捷“突發(fā)奇想”：“那能不能用于后鞏膜葡萄腫的治療上？”
起初，鐘天延不太清楚這一疾病，還專門查閱了資料?！霸瓉磉@是高度近視會(huì)引起的并發(fā)癥，眼球后部會(huì)呈蛋形膨出，后鞏膜部分，尤其黃斑區(qū)也會(huì)變薄。”目前的治療手術(shù)，是在眼后壁的兩塊直肌之間，鞏膜葡萄腫處貼上加固材料，增強(qiáng)后鞏膜強(qiáng)度，抑制眼軸延長。
但現(xiàn)有的加固材料舒適度、延展性不夠，而且術(shù)中醫(yī)生操作難度大。因此，鐘捷提出能否結(jié)合微型致動(dòng)器的動(dòng)力原理，基于現(xiàn)有的治療思路，研發(fā)一種新型的加固器材。
“而且我們發(fā)現(xiàn)，不光是葡萄腫，大多由高度近視發(fā)展而成的病理性近視，如黃斑牽拉，視網(wǎng)膜劈裂等，都存在眼軸增長。我們可以針對(duì)這一類疾病，進(jìn)行設(shè)計(jì)。”鐘天延說。
她特別提到，這項(xiàng)研究只是為高度近視的治療，同時(shí)也是為病理性近視的預(yù)防提供更為安全和有效的解決途徑。“相比低度近視人群，高度近視人群患病理性近視的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大?！?span style="display:none">WCZ即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
無線供電 貼片集成強(qiáng)大
設(shè)計(jì)之初，團(tuán)隊(duì)研究和參考了目前同類型器件。
“例如中山大學(xué)中山眼科中心做的黃斑兜帶手術(shù)，就是將眼球后鞏膜葡萄腫處，固定一呈圓盤狀的墊壓物?！辩娞煅咏榻B，為了讓器件更具包裹性和穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)將器件設(shè)計(jì)成了三角結(jié)構(gòu)的貼片。
她向記者展示了成品：和拇指一般大小，有三個(gè)支腳。仔細(xì)端詳，中部還有一塊呈馬蹄形的主要功能區(qū)。
鐘天延解釋，之所以設(shè)計(jì)了一小處“馬蹄”凹陷，是考慮到貼片會(huì)固定于后鞏膜黃斑區(qū)，與眼球赤道平行。而這個(gè)區(qū)域剛好與敏感的視神經(jīng)相鄰，于是便“留出”空位，防止與其接觸。
整個(gè)貼片重量僅為0.41克，厚度有4毫米，兩兩腿之間距離為19毫米。“貼片輕薄，有助于手術(shù)中更輕松、方便地植入?！辩娊萁榻B，在不影響神經(jīng)和血管的情況下，醫(yī)生會(huì)利用眼部肌肉的收縮力，從眼球后壁的兩條直肌間打開縫隙，將貼片植入至后鞏膜處。待準(zhǔn)確定位后，就從支腳處進(jìn)行縫合，使其固定于鞏膜上。
貼片雖小，但“五臟六腑”齊全。該系統(tǒng)的一大特點(diǎn)就是集成性強(qiáng)，承載了壓電換能器、電化學(xué)微致動(dòng)器、藥物微針陣列、μ-LED、柔性電路等多個(gè)板塊，發(fā)揮著不同的作用：無線供電、調(diào)整眼軸、釋放藥物、誘導(dǎo)膠原蛋白交聯(lián)等。
貼片。楊晨攝
要想啟動(dòng)這些功能，必須得通電。在貼片的三條“腿”上，各有一個(gè)直徑3毫米、厚度1毫米的圓片。它們是三個(gè)高靈敏度的鋯鈦酸鉛（PZT）壓電換能器，系貼片的超聲能量轉(zhuǎn)換器和無線控制單元，可被視為貼片的供電的“中樞”。
薛欣宇介紹，貼片內(nèi)并未設(shè)置電池或電線，而是利用外接的超聲探頭發(fā)射超聲波，接收端壓電換能器再將接收到的超聲能轉(zhuǎn)化為電能，以供植入式設(shè)備使用。這一工作原理與給手機(jī)無線充電類似。
而三只“腿”上的PZT分工不同，分別為定位指示燈、電化學(xué)微致動(dòng)器和藥物微針陣列供電。按照固定的方向和位置，把貼片植入后，操作人員會(huì)將超聲探頭貼于患者眼皮上。“想要運(yùn)行哪個(gè)功能，就把探頭放在與之對(duì)應(yīng)的PZT的位置。再利用外部的小型控制終端進(jìn)行操作，從而連通相應(yīng)的電路，啟動(dòng)裝置?！辩娞煅颖硎?。
值得一提的是，正是因?yàn)檫@一超聲無線供電設(shè)計(jì)，貼片植入后，患者可一直處于閉眼狀態(tài)，避免眼球暴露。所以相比其他同類型眼科手術(shù)來講，該高度近視治療手術(shù)會(huì)更穩(wěn)妥。
把眼軸“頂”回去 電解氣泡的妙用
如何確定貼片是否被“送”到了所需的位置？定位指示燈會(huì)給出答案。
“醫(yī)生在利用裂隙燈檢查和調(diào)整貼片位置的同時(shí)，也會(huì)啟動(dòng)定位指示燈。通過光照范圍，就能查看貼片是否覆蓋在治療所需的區(qū)域?！辩娞煅咏忉?。
當(dāng)貼片就位后，治療正式開始。這個(gè)過程中，脆弱的“泡泡”，竟貢獻(xiàn)了意想不到的“能量”。
隨著紅色指示燈的閃爍，位于中部“馬蹄”區(qū)域的電化學(xué)微致動(dòng)器便投入工作。致動(dòng)器是一個(gè)透明且密封的溶液儲(chǔ)存器，內(nèi)部除了有一個(gè)交錯(cuò)的電極外，還被注入了一定量的離子溶液。
電路連通后，儲(chǔ)液器內(nèi)會(huì)發(fā)生電解反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，形成一個(gè)微型泵，導(dǎo)致附著的薄膜膨脹。在這種膨脹的驅(qū)動(dòng)下，可將凸出的部分“頂”回去，縮短變長的眼軸，有助于外界物體光線在視網(wǎng)膜上形成正確的圖像。
氣泡要變多大才會(huì)引起薄膜膨脹？相應(yīng)地，得注入多少溶液？為了搞清這個(gè)問題，薛欣宇團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了理論計(jì)算，并綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬得到了氣泡產(chǎn)生并發(fā)生位移的曲線圖。
“如果要保證氣泡起到頂壓的效果，需要25微升的溶液。電解腔體的初始高度為2.5毫米，因?yàn)闅馀葜饾u累積，腔體還會(huì)不斷膨脹，不過這取決于時(shí)間。”為了保險(xiǎn)起見，目前所有實(shí)驗(yàn)中，鐘天延都多注入了10微升，保證在所需治療的時(shí)間里，電解反應(yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行。
除了縮短眼軸，還要“加固”鞏膜，使其不再“反彈”。在儲(chǔ)液器緊挨著眼球的一側(cè)，有一層薄薄的藥物微陣列。在貼片植入后，陣列就會(huì)開始將儲(chǔ)存的核黃素逐漸釋放至后鞏膜。
“待‘頂壓’完成，連通電路開啟圍在中部區(qū)域的三個(gè)μ-LED 藍(lán)光燈后，就能進(jìn)行膠原交聯(lián)固化，以提高鞏膜的楊氏模量?！辩娞煅有稳?，相當(dāng)于讓鞏膜“更皮實(shí)，不松馳了”。
同樣，這個(gè)步驟中也會(huì)亮起對(duì)應(yīng)的紅色指示燈，用于提示?！安贿^因?yàn)橛兴{(lán)光顯示，所以兩者一結(jié)合，就發(fā)出了偏紫色的光，讓我們更容易分辨?！辩娞煅诱f。
提高安全性 定制化手術(shù)方案
基于上述設(shè)計(jì)，目前團(tuán)隊(duì)選取了眼部與人類結(jié)構(gòu)相似的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物兔和豬，分別進(jìn)行了體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該類型的貼片成功將實(shí)驗(yàn)兔的眼軸長度縮短了約1217 微米，并將鞏膜強(qiáng)度增加了387%。
而在對(duì)豬進(jìn)行的體外實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)通過OCT圖像，更是直觀感受并記錄下了眼球鞏膜變化的過程。
“可以看出，貼片將多種功能集成，結(jié)合了后鞏膜加固手術(shù)（PSR）和后鞏膜交聯(lián)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并提供了無線控制、無電池的解決方案。”同時(shí)，薛欣宇表示，植入的微型泵的柔性材料也與人體有很好的相容性。“采用的是一種名叫PDMS的透明硅膠，已被多個(gè)研究報(bào)道為是一種對(duì)人體無毒無害的材料?！?span style="display:none">WCZ即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
他也強(qiáng)調(diào)，目前只是通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了貼片的可行性，距離實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，真正投入臨床應(yīng)用最終造福高度近視患者，還有很長的路要走。
“首先器件需要優(yōu)化?！毖π烙钫J(rèn)為，接下來要進(jìn)一步確定貼片使用的全部材料，以及過程中涉及的化學(xué)反應(yīng)，是否真正“安全”。
貼片各功能也有待完善。從目前實(shí)驗(yàn)情況看，整個(gè)手術(shù)流程從麻醉到結(jié)束，預(yù)估會(huì)持續(xù)二十分鐘到半個(gè)小時(shí)，但未來如果投入臨床，具體情況又得具體分析。
“不僅如此，每個(gè)患者的近視程度不同，葡萄瘤的大小亦不同。所以我們得提前評(píng)估計(jì)算，需要改變多長的軸距，使用多少的藥量?！毖π烙钐岬搅藢?duì)后鞏膜的“頂壓”過程，目前還未處于完全“可控”，相應(yīng)的操作細(xì)節(jié)還要繼續(xù)“打磨”。
“可以預(yù)見的是，未來，我們將沿著為患者制定個(gè)性化手術(shù)方案的思路而努力?！辩娊菰O(shè)想，也許以后在進(jìn)行高度近視治療手術(shù)前，醫(yī)生可以通過OCT或磁共振，對(duì)眼球整個(gè)后頸部的形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，建立3D打印模型?！坝纱烁玫卣莆詹∏?，善用良計(jì)，精準(zhǔn)開方?！?span style="display:none">WCZ即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46049-6.
薛欣宇團(tuán)隊(duì)照片
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-4945-0.html拇指般大小的貼片，將成為高度近視者的福音
聲明：本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。
上一篇：山東理工職業(yè)學(xué)院榮獲2024中國高等職業(yè)院校改革活力指數(shù)排行榜國際化發(fā)展活力模塊TOP1
點(diǎn)擊右上角
微信好友
朋友圈
點(diǎn)擊瀏覽器下方“
”分享微信好友Safari瀏覽器請(qǐng)點(diǎn)擊“
”按鈕
點(diǎn)擊右上角
QQ
點(diǎn)擊瀏覽器下方“”分享QQ好友Safari瀏覽器請(qǐng)點(diǎn)擊“”按鈕
