"Smarte" Kontaktlinsen könnten eines Tages eine drahtlose Glaukomerkennung ermöglichen

Intelligente Kontaktlinse zur quantitativen Überwachung des Augeninnendrucks

15.05.2024

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Die meisten Menschen, die an einem Glaukom im Frühstadium leiden, wissen nicht, dass sie daran erkrankt sind, obwohl eine frühzeitige Behandlung der Schlüssel zur Verringerung des Sehkraftverlusts ist. Die Feststellung eines geringfügigen Anstiegs des Augendrucks hilft Ärzten zwar bei der Diagnose eines Glaukoms, doch ist es schwierig, diesen kontinuierlich zu überwachen, insbesondere bei den unterschiedlichen Temperaturen, denen die Augen ausgesetzt sind. In der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces berichten Forscher nun über den Prototyp einer "intelligenten" Kontaktlinse, die den Augendruck unabhängig von der Temperatur genau misst.

Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention leiden etwa drei Millionen Menschen in den USA an Glaukom, einer Gruppe von Krankheiten, die den Sehnerv schädigen und zu Sehkraftverlust führen. Ärzte führen bei Augenuntersuchungen einmalige Messungen des Augendrucks durch, die ein Zusammenzucken der Augen hervorrufen. Ein leichter Druckanstieg, ein ansonsten nicht wahrnehmbares Symptom, das durch Flüssigkeitsansammlungen um die Hornhaut herum verursacht wird, kann zur Diagnose eines Glaukoms führen. Forscher haben Möglichkeiten erprobt, diese winzigen Druckschwankungen kontinuierlich und bequemer zu erkennen, z. B. Kontaktlinsen, die Signale an eine Rezeptorbrille senden. Allerdings können wechselnde Temperaturen - etwa wenn man bei kaltem Wetter ins Freie geht - die Messungen der Linsen verfälschen. Deshalb wollten Dengbao Xiao und seine Mitarbeiter eine Kontaktlinse entwickeln, die den Augendruck in einem breiten Temperaturbereich genau misst und drahtlos in Echtzeit überträgt.

Zunächst entwarfen Xiao und das Team zwei Miniatur-Spiralschaltkreise, die jeweils über ein einzigartiges natürliches Schwingungsmuster verfügen, das sich ändert, wenn es um winzige Beträge gedehnt wird, wie z. B. bei Änderungen des Augendrucks und des Augendurchmessers. Um druckempfindliche Kontaktlinsen herzustellen, klebten die Forscher diese winzigen Schaltkreise zwischen Schichten aus Polydimethylsiloxan, einem typischen Kontaktlinsenmaterial. Dann lasen sie die Schwingungsmuster der eingebetteten Schaltkreise drahtlos ab, indem sie eine Spule in die Nähe der Linse hielten, die mit einem Computer verbunden war. Die übertragenen Signale wurden durch Tests, die Augenbewegungen, längere Feuchtigkeitseinwirkung (um feuchte Bedingungen im Auge zu simulieren) und tägliche Abnutzung nachahmen sollten, nicht beeinträchtigt.

In Labortests setzten die Forscher die neuen Linsen auf drei einzelne Schweineaugen und kontrollierten dabei den Augendruck und die Temperatur. Die Kontaktlinsen überwachten und übermittelten drahtlos Druckdaten von 50 bis 122 Grad Celsius. Wurden die Drücke aus dem Signal nur eines Kreislaufs in der Linse berechnet, wichen die Ergebnisse um bis zu 87 % von den tatsächlichen Werten ab. Wurden jedoch Informationen von beiden Kreisläufen verwendet, wichen die Druckmesswerte nur um 7 % vom wahren Wert ab, da die Kombination temperaturbedingte Fehler beseitigte. Die Forscher sind der Ansicht, dass ihr "intelligentes" Linsendesign mit zwei Schaltkreisen das Potenzial hat, für eine genaue Früherkennung und Überwachung des Glaukoms eingesetzt zu werden, und zwar auch bei einem breiten Temperaturbereich.

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Originalveröffentlichung

Xu Li, Wei Chen, Hongyang Li, Biwen Shen, Jiangang He, Huanlin Gao, Fengjiao Bin, Hui Li, Dengbao Xiao; "Temperature Self-Compensating Intelligent Wireless Measuring Contact Lens for Quantitative Intraocular Pressure Monitoring"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-4-23

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