2018年5月15日

蝴蝶翅膀启发了青光眼传感器的设计

乍看上去

  • 受清晰的蝴蝶翅膀的启发,研究人员设计了一种微型植入式传感器来测量眼压,并在兔子中成功进行了测试。
  • 随着进一步的发展,这项技术可以在人中进行测试。
长尾玻璃翼蝴蝶从任何方向几乎看不见长尾玻璃翼蝴蝶翅膀的透明部分。 加州理工学院

在美国,约有300万人患有称为青光眼的眼病。这是永久失明的主要原因之一。青光眼最常见的形式是眼压升高。该压力会损坏视神经并导致视力丧失。压力升高通常不会引起症状,必须在进行眼科检查时发现。早期进行眼药水,药丸或手术的发现和治疗可以防止视力下降。由于无法治愈,因此需要例行检查以监测眼压。

由加州理工学院(Caltech)的Hyuck Choo博士领导的研究小组正在开发一种传感器,该传感器可以植入眼内以监测眼压。当某种类型的光照射到传感器上时,它反射的信号取决于眼压。这种设计的局限性在于,除非将光以特定角度入射到传感器,否则从传感器读取的压力是不准确的。

Choo的团队着手改进传感器的设计,以便用户无需将光源保持在如此精确的角度。由加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)的David Sretavan博士领导的研究小组在实验室的兔子中植入并测试了这种新型传感器。这项研究得到了NIH国家眼科研究所(NEI)的部分支持,并在线发表在 自然纳米技术 于2018年4月30日。

受蝴蝶翅膀上纳米级结构的启发,加州理工学院的工程师开发了合成版本,可以帮助使青光眼患者的眼压传感器更准确地发挥作用。

受蝴蝶翅膀上纳米级结构的启发,加州理工学院的工程师开发了合成版本,可以帮助使青光眼患者的眼压传感器更准确地发挥作用。

加州理工学院的研究小组分析了长尾玻璃翼蝴蝶,以找出是什么原因使它的翅膀从任何方向都几乎看不见。他们发现,微小的支柱结构是光线无法从机翼的透明部分反射的原因。无论入射到机翼净空的角度如何,它都会通过。每个支柱的宽度约为100纳米,比纸薄1000倍。他们在氮化硅膜上复制了这种纳米柱状结构,并将其结合到压力传感器中。

为了测量光角度对传感器读数的影响,研究小组将传感器放在压力控制室内的倾斜平台上。与平膜传感器相比,纳米柱传感器的精度几乎不取决于光的角度。

传感器还需要防止微生物和其他细胞粘附。植入物可能会因感染或身体被组织包裹而过早衰竭。多项测试表明,与平坦膜相比,蛋白质和细胞更不可能粘附到纳米柱膜上。

接下来,UCSF团队测试了兔子眼中的传感器。与平膜传感器相比,纳米柱状传感器即使在坐立不安的兔子身上也可以在更宽的角度进行更一致,更准确的测量。此外,在30天后,平板传感器的表面约有59%被纳米柱传感器覆盖,而纳米柱传感器仅约5%被组织覆盖。

Choo解释说:“目前,眼压通常在医生办公室每年测量两次。” “青光眼患者需要一种轻松,定期测量眼压的方法。”

Sretavan说:“该传感器目前的尺寸小于1毫米,其目标是进一步实现小型化,因此最终可以通过快速,简单的步骤将其植入医生办公室。”

—由Geri Piazza

相关链接

参考文献: 多功能生物光子纳米结构受长尾玻璃翼蝴蝶启发,用于医疗设备. Narasimhan V,Siddique RH,Lee JO,Kumar S,Ndjamen B,Du J,Hong N,Sretavan D,ChooH。 纳米纳米技术。 2018年4月30日。doi:10.1038 / s41565-018-0111-5。 [Epub提前发行]。 PMID:29713074。

资金: NIH的国家眼科研究所(NEI);传统医学研究所;加州理工学院的罗滕堡创新计划;鲍威尔基金会;加州理工学院贝克曼研究所;阿诺德和梅贝尔·贝克曼基金会;和预防失明的研究。