連続的な眼圧モニタリングが可能なフォトニック結晶ベースのスマートコンタクトレンズ

Photonic crystal-based smart contact lens for continuous intraocular pressure monitoring.

• Bohee Maeng
• Hyung-Kwan Chang
• Jungyul Park

抄録

緑内障は白内障の後遺症として非常に多く、不可逆的な失明を引き起こすほど危険な病気です。しかし、緑内障の主症状は欠乏していたり、出現が遅かったりするために気づきにくいことが多く、失明の危険性が高くなります。眼圧（IOP）は緑内障を示す主要な因子としてよく知られています。本研究では、電池やRFベースのワイヤレス電力転送などの外部電源を使用せずに、視覚的な色の変化を介して動作するコンタクトレンズに埋め込まれたスマートなIOPセンサーを実証している。本研究では、フォトニック結晶（PC）をベースにした柔軟性のある膜を用い、眼球の眼圧による形態変化に応じてナノ構造間の格子距離が変化することで、色の変化範囲を拡大するマイクロ水力増幅機構を採用しています。本センサの性能は、in vitro評価用の人工シリコーン眼モデルとex vivo検証用のブタ眼球を用いて定量的に実証されています。検出限界（LOD）は3.2mmHgと5.12mmHgであり、それぞれ分光計とスマートフォンカメラを用いて測定・評価しました。この結果は、コンタクトレンズに埋め込んだセンサーが色の変化を利用して眼圧の変化を連続的にモニターできること、スマートフォンカメラが高価な光学式分光計を使わずに非侵襲的に定量的な眼圧測定システムとして利用できることを証明しています。

Glaucoma is a very common disease after cataracts and is dangerous enough to cause irreversible blindness. However, often the main symptom of glaucoma is difficult to recognize because it may be absent or appear late, so the risk of blindness is greater. Intraocular pressure (IOP) is a well-known primary factor indicating glaucoma. In this study, we demonstrate a smart IOP sensor embedded in a contact lens that works through visual color changes without an external power source such as a battery or RF-based wireless power transfer. A microhydraulic amplification mechanism is adopted to enhance the range of color change from a photonic crystal (PC)-based flexible membrane whose lattice distance between nanostructures varies according to the morphology changes of an eyeball caused by IOP. The performance of the sensor is quantitatively demonstrated using an artificial silicone eye model for in vitro evaluation and a porcine eyeball for ex vivo verification. It has a limit of detection (LOD) of 3.2 and 5.12 mmHg, which was measured and evaluated using a spectrometer and a smartphone camera, respectively. The results prove that our sensor embedded in the contact lens can continuously monitor the IOP change using color change, and a smartphone camera can be used as a quantitative IOP measurement system in a noninvasive manner without an expensive optical spectrometer.