采集眼压和眼表温度用智能接触镜及其制备方法

本发明属于医疗器械，具体涉及用于采集眼压和眼表温度的可穿戴式智能接触镜及其制备方法。

背景技术：

1、智能角膜接触镜(smart contact lens，scl)是眼科可穿戴健康监测设备代表。它是由不同的传感器和角膜接触镜集成而来。在国际科学研究前沿，它可实现眼部泪液成分监测、眼压监测以及集成多种治疗功能。在众多功能中，眼压监测是发展最早且研究相对最成熟的。

2、眼压监测功能研究主要源于青光眼这一疾病的诊疗痛点。青光眼患者通常表现为眼内压升高，晚期视神经萎缩，这是一种可预防但一旦发生萎缩便不可逆的致盲眼病；眼内压正常值10～21mmhg，然而其具有波动性和昼夜节律性，传统的临床眼压测量方法包括goldmann眼压计、非接触式喷气眼压计、接触式手持眼压计，他们均依赖医务人员操作且工作一次提供单个数值，有可能捕捉不到眼压高值而漏诊或较难评估青光眼治疗效果。我国青光眼的患病率高达2.58％，有2/3的青光眼患者在初诊时已发展到了中晚期。上述瓶颈造成青光眼筛查/诊断/治疗/监测难。

3、国际上，2004年出现了可实现眼内压实时、长时监测的角膜接触镜研究报道，至2016年，瑞士sensimed公司研发的用于青光眼患者眼内压监测的产品trigger fish正式被fda批准用于临床，而国内首篇智能角膜接触镜相关研究发布于2013年，较国际晚了10年，尽管自2019年后，我国学者相继报道了20余篇研究成果，但至今我国尚无一款scl可以实现某一信号眼部检测的临床应用。

4、当前智能角膜接触镜按照原理分包括压阻式、感应耦合遥测、微液流和光子晶体传感器。其中压阻式传感器主要由一种可随几何变形而发生电阻变化的传感元件构成。最新发表的基于压阻式原理的眼压传感器，其应用到的传感材料主要为石墨烯，尽管其应变因子高，但仍存在几点不足：眼部毒性、可重复性差、无法规模化。单晶硅薄膜广泛应用于脑机接口领域，具有生物兼容性、可重复性好、可规模化等众多优点，然而其在国内眼压传感器上的应用仍是空白。

5、在现有技术中，大部分的智能角膜接触镜仅实现单功能信号采集，例如眼压监测、泪液离子检测、泪液炎症因子检测等，受限于较小的智能角膜接触镜面积(直径10～12mm)和高难度柔性集成电路技术，当前对于多功能智能角膜接触镜的研究仍较少。

6、眼表温度的变化可解释角膜损伤愈合的阶段并且与角膜炎症反应相关，是眼部重要的物理信号。已有研究表明，多种眼部疾病(例如青光眼、干眼病、糖尿病视网膜病变、翼状胬肉、巩膜炎等)的发生和病程改变与之变化相关。现今，红外成像仪为测量眼表温度的“金标准”。但在现实应用中，仍存在部分问题：临近组织热传递影响测量结果、易受到眨眼的影响。尤其要注意的是，在现实场景中，如要评估眼防护设备对眼表的实时影响时(眼周有物体遮挡)，如佩戴护目镜后，使用红外线测量则难以实现。

7、基于上述背景，本发明拟构建一款集眼压和眼表温度监测的双功能智能接触镜，其中眼压功能基于单晶硅薄膜实现，眼表温度功能基于金薄膜实现，整个器件通过电路设计、微纳加工、隐形眼镜转移，最终实现双功能智能角膜接触镜的制造。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种灵敏度高、生物兼容性好的集眼压和眼表温度传感监测为一体的可穿戴式智能接触镜及其制备方法。

2、本发明提供的智能接触镜，主要包括眼压传感器、温度传感器；两者为圆环形状，位于同一球面(类眼球面)上；其中：

3、所述眼压传感器，位于外层，由传感元件和金电极组成；传感元件为单晶硅薄膜；

4、所述温度传感器，位于内层，由双股蛇形环形金电极围绕两圈组成；

5、用聚酰亚胺薄膜作为包覆下层，其具有放射众多蛇形连接扣用以连接温度传感器与眼压传感器，保持器件整体的稳定性；

6、眼压传感器和温度传感器的圆形末端膨大区为银胶、银线固定区；

7、所述传感器层、包覆下层封装在上、下两个球面形封装层中，组成的隐形眼镜。参见图1所示。

8、其中：

9、圆环形眼压传感器中，圆环形半径4～6mm，单晶硅薄膜的厚度500～550nm，线宽75～150um，其曲率可以自定义，例如0.22mm-1(不同定义的曲率其灵敏度、测量范围不同)；金电极厚度150～200nm；线宽大于或等于硅薄膜线宽(75～150um)，曲率＞3mm-1；

10、圆环形温度传感器中，圆环形半径为2～4mm，金电极厚度为150～200nm，线宽为75～150um，其曲率＞3mm-1；

11、包覆下层聚酰亚胺薄膜，厚度1.5～2.5um；线宽为100um～200um。

12、所述上层封装层采用pdms与phema混合层，厚度为50～250um，上层封装层采用pdms层，厚度为50～250um。

13、根据可穿戴式智能接触镜设计，由pdms层(最下层)与pdms与phema混合层(最上层)组成的隐形眼镜，内置于隐形眼镜中的传感器件层和聚酰亚胺层；制备时，在聚酰亚胺层上通过印章法转印大规模单晶硅薄膜；利用紫外光刻和反应离子刻蚀技术定义单晶硅薄膜图案；利用磁控溅射技术溅射金靶材，利用紫外光刻技术和湿法刻蚀技术定义金薄膜电极，利用紫外光刻和反应离子刻蚀技术套壳整个图形；采用水溶胶带法将器件转移至pdms层(最下层)，进行银胶和银线连接；连接好后，pdms与phema混合层(最上层)进行上层包覆。

14、本发明的智能接触镜，可佩戴于动物或人眼角膜，不影响视轴区，可实现眼压监测和眼表温度同时监测，主要用于青光眼疾病的筛查、诊断、预后监测。当佩戴后，该智能角膜接触镜中的传感元件可感应到眼内压造成的角膜变化和眼表温度变化，通过改变元件的电阻，导致输出的电流发生变化，两种功能监测间互不干扰，最终实现电信号与物理信号的线性同步。本发明的应用可从以下几方面优化现今智能角膜镜(包括：眼压传感器)：(1)提供一种双功能部署的智能角膜镜电路设计方案，可同时进行眼压和眼表温度的监测；(2)提供眼压传感的一种新型材料及制备方案，检测结果显示具有更高的灵敏度、更好的可重复性、线性度、生物兼容性好。

15、本发明可穿戴式智能接触镜，实际应用时，银线连接电化学工作站即可进行检测。

16、对于眼压监测功能来说，灵敏度达0.03％mmhg-1，线性度达0.9896；眼压传感器几乎不受温度传感器影响；

17、对于温度监测功能来说，其于30-50℃内，电阻变化为1.1ω/℃，温敏系数为0.3512，温度传感器受小应变影响可忽略不计。

18、上述效果可以帮助青光眼患者或青光眼动物模型精准监测10-50mmhg范围内的眼压波动及眼表温度的变化，用来筛查、诊断、预后监测病情。

19、本发明的主要创新点：

20、(1)采用单晶硅薄膜材料，通过单晶硅薄膜转印技术，使用微纳工艺个性化定义硅薄膜图形，实现高灵敏度、高测量范围眼压传感器制备与个性化调节；

21、(2)创新设计眼压传感器与温度传感器集成的电路，将两种功能器件整合于隐形眼镜内，不影响佩戴后的视觉质量；

22、(3)采用银胶与银线的连接方式实现有线有源连接，较无线无源信号稳定、制作简单；

23、(4)器件表层采用pdms与phema混合封装，减小摩擦，减小眨眼等因素对器件性能的影响。