“拇指”贴片！高度近视治疗有望获良方！
The following article is from 中国科学报 Author 杨晨
当前越来越多的朋友深受近视之苦
治疗高度近视成为了一种众望
近日，电子科大物理学院薛欣宇教授团队
与省人民医院团队合作
发明出“拇指”贴片
在该研究方向上取得了重要进展
让我们跟随《中国科学报》的报道
一起来看看吧！
如果把人的眼球看作一个气球，那么近视者的眼球就是一个被吹大变薄，且向后拉长的气球。这种“拉长”是不可逆的，而且近视度数越高，这样的“形变”越大。因此，与低度近视者相比，高度近视者面临更多风险，例如视力恶化、出现病理性症状，甚至失明。
“拇指”贴片
目前常见的控制高度近视继续发展的手术是后巩膜加固（PSR）手术。该手术将特定的器件材料植入眼球壁后方的黄斑区域，对其进行加固，阻止“变形的气球”继续变大、被拉长，或者将“变形”凸出的部分“顶”回去。
眼部手术是一项精细活儿，十分考验医生的手艺，这无形中加大了不确定性。
为此，电子科技大学教授薛欣宇团队、四川省人民医院眼科教授钟捷联合国内多家科研机构的研究人员，利用电解气泡致动，设计出一种用于高度近视治疗的无线无电池眼部调节贴片。相关论文近期发表于《自然-通讯》。
一次就诊收获意外合作
2022年，钟天延突感眼底有些不适，便计划到四川省人民医院就诊，预约到了一位“家门”——钟捷。
就诊期间，为缓解紧张气氛，钟捷主动问起钟天延的学业。当听到对方在电子科技大学攻读博士，于脑机接口、深脑刺激领域有涉猎时，钟捷称自己也在做一些医工融合的东西，并表达了合作意向。回校后，钟天延将这件事告诉了导师薛欣宇。
不久后，钟捷特地到电子科技大学和薛欣宇团队见了一面。“我目前做的课题，就是研究微型致动器，利用电化学反应产生的气泡进行致动，引起柔性材料的形变。”钟天延正在介绍时，钟捷“突发奇想”：“那它能不能用于后巩膜葡萄肿的治疗？”
但现有加固材料的舒适度、延展性不够，而且术中医生操作难度大。因此，钟捷提出能否结合微型致动器的动力原理，基于现有的治疗思路，研发一种新型加固器材。
“而且我们发现，不光是葡萄肿，大多由高度近视发展而成的病理性近视，如黄斑牵拉、视网膜劈裂等，都存在眼轴增长。我们可以针对这一类疾病进行设计。”钟天延说。
功能强大的“拇指”贴片
设计之初，团队研究和参考了目前同类型器件，最终将器件设计成三角结构的贴片。该贴片只有拇指大小、有3个支脚，中部还有一块呈马蹄形的主要功能区。
“拇指”贴片
整个贴片重量仅为0.41克、厚度4毫米，每两条“腿”之间距离为19毫米。“贴片轻薄，有助于手术植入。”钟捷介绍，贴片虽小，但“五脏俱全”。该系统的一大特点就是集成性强，承载了压电换能器、电化学微致动器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路等多个板块，它们发挥着不同的作用。
要想启动这些功能，必须通电。在贴片的3条“腿”上，各有一个直径3毫米、厚度1毫米的圆片。它们是3个高灵敏度的锆钛酸铅（PZT）压电换能器，系贴片的超声能量转换器和无线控制单元，可被视为贴片的供电“中枢”。
贴片正面
薛欣宇介绍，贴片内并未设置电池或电线，而是利用外接的超声探头发射超声波，接收端压电换能器再将接收到的超声能转化为电能，以供植入式设备使用。这一工作原理与手机无线充电类似。
而3条“腿”上的PZT分工不同，分别为定位指示灯、电化学微致动器和药物微针阵列供电。按照固定的方向和位置，把贴片植入后，操作人员会将超声探头贴于患者眼皮上。“想要运行哪个功能，就把探头放在与之对应的PZT的位置。再利用外部的小型控制终端进行操作，从而连通相应的电路，启动装置。”钟天延表示。
贴片侧面
值得一提的是，正是因为这一超声无线供电设计，贴片被植入后，患者可一直处于闭眼状态，避免眼球暴露。所以相比其他同类型眼科手术，该高度近视治疗手术更稳妥。
贴片植入看“灯”行事
如何确定贴片被“送”到了所需位置？定位指示灯会给出答案。
“医生在利用裂隙灯检查和调整贴片位置的同时，会启动定位指示灯。通过光照范围，就能查看贴片是否覆盖在治疗所需的区域。”钟天延解释。
贴片制备过程
当贴片就位后，治疗正式开始。这个过程中，脆弱的“泡泡”贡献了意想不到的“能量”。
随着红色指示灯的闪烁，位于中部“马蹄”区域的电化学微致动器便投入工作。致动器是一个透明且密封的溶液储存器，内部除了有一个交错的电极外，还被注入了一定量的离子溶液。
电路连通后，储液器内会发生电解反应，产生气泡，形成一个微型泵，导致附着的薄膜膨胀。在这种膨胀的驱动下，可将凸出的部分“顶”回去，缩短变长的眼轴，有助于外界物体光线在视网膜上形成正确的图像。
除了缩短眼轴，还要“加固”巩膜，使其不再“反弹”。在储液器紧挨着眼球的一侧，有一层薄薄的药物微针阵列。贴片被植入后，阵列开始将储存的核黄素逐渐释放至后巩膜。
贴片制备过程
“待‘顶压’完成，连通电路开启围在中部区域的3个μ-LED蓝光灯后，就能进行胶原交联固化，以提高巩膜的杨氏模量。”钟天延形容，这相当于让巩膜“更皮实，不松弛”。
同样，这个步骤中也会亮起对应的红色指示灯，用于提示。“不过因为有蓝光显示，所以两者一结合，就发出了偏紫色的光，让我们更容易分辨。”钟天延说。
基于上述设计，目前团队选取了与人类眼部结构相似的实验动物兔和猪，分别以它们为对象进行了体内和体外实验。结果表明，该类型的贴片成功将实验兔的眼轴长度缩短了约1217微米，并将巩膜强度增加了387%。
团队合影
而在对猪进行的体外实验中，团队通过OCT图像直观感受并记录下了眼球巩膜变化过程。
“可以看出，贴片将多种功能集成，结合了PSR和后巩膜交联技术的优点，并提供了无线控制、无电池的解决方案。”同时，薛欣宇表示，植入的微型泵的柔性材料与人体有很好的相容性，采用的是一种名叫PDMS的透明硅胶，多个研究认为这是一种对人体无毒无害的材料。
不过，薛欣宇强调，目前他们只是通过实验验证了贴片的可行性，距离实现成果转化，真正投入临床应用并最终造福高度近视患者，还有很长的路要走。
文字：《中国科学报》 杨晨图片：薛欣宇教授团队提供编辑：微视野工作室 黄心舟
责编：新闻中心 林坤
推荐阅读
最好的青春！最美的成电！
陈奕君：以时间之矢，答人生之卷