Умные контактные линзы в офтальмологии: инновации, области применения и перспективы развития

• 1. Введение
• 2. Технология и достижения в области умных контактных линз
• 3. Терапевтический потенциал
• 4. Проблемы и ограничения
• 5. Выводы

1. Введение

Помимо своей роли как основного сенсорного органа, глаз также служит воротами к общему состоянию здоровья организма. Химическая и физическая информация, полученная благодаря глазам, может быть использована для проведения косвенного анализа состояния здоровья других систем организма. Хотя состав слезной жидкости и крови различается, допустимо использовать измерения слезной жидкости в качестве показателя состава крови. Содержание электролитов, таких как глюкоза, ионы Na+, K+ и Cl–, может быть измерено с помощью УКЛ и преобразовано в уровень электролитов в крови. Таким образом, медицинские работники могут делать выводы о состоянии здоровья основных органов и давать прогноз определенных заболеваний у пациентов [2] (см. рис. 1). УКЛ также могут использоваться в качестве одного из важных компонентов для диагностики таких заболеваний, как диабет. Благодаря анализу слезной жидкости по ее уровню глюкозы можно косвенно узнать уровень глюкозы в крови. Эти значения могут быть использованы для выявления пациентов с гипергликемией, а также тех, кому требуется ее дальнейший мониторинг. Диабетическая ретинопатия, серьезное последствие высокого уровня глюкозы в крови у пациентов с хроническим диабетом, является опасным заболеванием, которое можно предотвратить путем постоянного мониторинга и лечения с помощью УКЛ.

Рис. 1. Терапевтическое применение умных контактных линз
Они могут играть важную роль в лечении и мониторинге состояния пациентов в послеоперационном периоде, при синдроме сухого глаза, глаукоме и диабете 
Сделано с разрешения Biorender 

Кроме того, контактные линзы также могут использоваться для измерения внутриглазного давления (ВГД), которое является основным фактором риска развития глаукомы. Глаукома – это группа заболеваний глаз, характеризующихся дегенерацией зрительного нерва и приводящих к прогрессирующему необратимому повреждению зрительного диска и ганглиозных клеток сетчатки. Диагноз глаукомы основывается на измерении ВГД, соотношении экскавации диска и обнаружении дефектов поля зрения [3]. Из-за необратимого течения глаукомы ранняя диагностика имеет решающее значение, позволяя медицинской команде оперативно реагировать на изменения в состоя­нии пациента. Хотя лицам, у которых уже диагностирована глаукома, безусловно, полезны измерения ВГД и возможность мгновенного оповещения с помощью УКЛ, те, кто относится к группам повышенного риска развития глаукомы, также могут получить выгоду от использования УКЛ. В целом такой подход обеспечивает проактивный терапевтический ответ и способствует раннему выявлению заболевания.

УКЛ также могут применяться в целях облегчения симптомов синдрома сухого глаза, которые включают в себя зуд, жжение или покалывание в глазах. Нестабильность слезной пленки, воспаление поверхности глаза и слезных желез – это ключевые проявления синдрома сухого глаза, которые можно ослабить с помощью глазных капель для местного применения [4]. Традиционное лечение может включать в себя искусственные слезы, стероиды для местного применения, антибиотики или, в более серьезных случаях, капли циклоспорина-А или лифитеграста [5]. УКЛ могут быть полезны в лечении синдрома сухого глаза, выступая в качестве системы доставки лекарственных средств для уменьшения воспаления глаз [6].

Неудивительно также, что такие устройства для мониторинга состояния пациентов, как УКЛ, способны произвести революцию в послеоперационном наблюдении благодаря непрерывному контролю жизненно важных показателей, например ВГД. Данные, передаваемые в режиме реального времени непосредственно с УКЛ, могут помочь врачам-офтальмологам в послеоперационном ведении пациентов и способствовать выявлению любых отклонений от нормальных значений гораздо раньше, чем при стандартных послеоперационных осмотрах.

В этом обзоре будут рассмотрены основные технологии и современные достижения, используемые в УКЛ. Мы обсудим клиническое применение этих линз при таких заболеваниях, как глаукома, синдром сухого глаза, послеоперационные осложнения и диабет. Кроме того, мы рассмотрим направления будущих исследований в области УКЛ. Эти линзы активно используются в медикаментозной терапии и мониторинге различных офтальмологических заболеваний. Хотя эти носимые устройства демонстрируют обнадеживающие результаты, все еще существуют нормативные ограничения и технические проблемы. В этой всеобъемлющей обзорной статье мы обобщаем последние литературные данные, чтобы изучить роль УКЛ в диагностике, мониторинге и лечении офтальмологических заболеваний.

2. Технология и достижения в области умных контактных линз

УКЛ отличаются от обычных контактных линз прежде всего своими расширенными функциями, выходящими за рамки базовой коррекции зрения. Как уже упоминалось, эти линзы являются универсальными инструментами для контроля здоровья благодаря встроенным в них миниа­тюрным электронным устройствам, которые обеспечивают дополнительные функции, например проведение анализа состава слезной жидкости для фиксации изменений в содержании глюкозы, молочной кислоты и других биомаркеров, позволяющее осуществлять мониторинг различных заболеваний глаз [7]. Однако крайне важно найти баланс между комфортом пользователя и функциональностью. Таким образом, улучшение функциональности УКЛ не должно ухудшать удобство их ношения и затруднять их использование. Это предполагает продуманную и тщательную сборку компонентов, интегрированных в УКЛ, гарантируя, что они не будут добавлять чрезмерный вес, препятствовать зрению или выделять избыточное тепло. Кроме того, инновации в биоматериалах также играют решающую роль, поскольку исследователи разрабатывают материалы с подходящими физическими и химическими характеристиками, которые не только расширяют возможности УКЛ, но и делают их более удобными для пользователей.

В этом разделе будут представлены основные технологии и биоматериалы, используемые в контактных линзах, с акцентом на инновации в конструкции этих линз и биосенсоров, а также предложены будущие направления, специфичные для применения в офтальмологии. В целом контактные линзы состоят из различных элементов, таких как источник питания, датчики, биоматериалы и схемы, которые позволяют измерять и передавать информацию пользователям или врачам-офтальмологам. Традиционные области применения контактных линз включают в себя измерение концентрации глюкозы и молочной кислоты, измерение ВГД и доставку лекарственных препаратов.

2.1. Измерение содержания глюкозы и молочной кислоты в слезной жидкости

Измерение уровня глюкозы с помощью миниатюрных биосенсоров ограничивается двумя основными методами. Первый – это ферментативное расщепление глюкозы с помощью глюкозооксидазы, а второй – использование неферментативных процессов, которые в конечном итоге основаны на физических изменениях в мягкой контактной линзе (МКЛ), свидетельствующих о повышенном уровне глюкозы в слезной жидкости.

Мониторинг уровня глюкозы важен для профилактики заболеваний глаз, например диабетической ретинопатии, а точные и чувствительные биосенсоры играют ключевую роль в их диагностике и лечении. Один из первых сенсоров глюкозы на базе МКЛ (или УКЛ) был разработан Бадугу (Badugu) и др. [8]; он содержал флуорофоры с группами борной кислоты, способные связываться с молекулами глюкозы в слезной жидкости. Последующая реакция приводила к возбуж­дению и изменению интенсивности флуоресценции, которые можно было измерить и соотнести с уровнем глюкозы в слезах. Хотя этот метод заложил основу для неинвазивного и непрерывного мониторинга, он сопровождался значительными помехами от других веществ, и обеспечение высокой точности представляло собой проблему [8]. С тех пор был достигнут значительный прогресс в повышении чувствительности и биосовместимости биосенсоров глюкозы.

Парк (Park) и др. [9] недавно разработали биосенсор глюкозы для контактных линз, способный передавать информацию по беспроводной связи на смартфон пользователя. Группа продемонстрировала корреляцию in vivo между уровнем глюкозы в слезной жидкости и уровнем глюкозы в крови. Мониторинг глюкозы осуществлялся с помощью рабочего электрода и противоэлектрода или референтного электрода, которые были встроены в контактные линзы и подвергались воздействию слезной жидкости. Рабочий электрод был покрыт глюкозооксидазой, иммобилизованной в матрице из хитозана. Глюкозооксидаза превращала глюкозу в глюконолактон и пероксид водорода. Он восстанавливался в присутствии берлинской лазури, которая действовала как искусственная пероксидаза на рабочем электроде; при этом высвобождались электроны и создавался ток, пропорциональный концентрации глюкозы в слезах (рис. 2). Разработка этой группы также позволяла осуществлять связь ближнего радиуса действия (NFC) для передачи данных об уровне глюкозы в режиме реального времени.

Рис. 2. Упрощенный датчик глюкозы, как описано Парком и др. [9]
Сделано с разрешения Biorender

Кроме того, Ким (Kim) и др. [10] продемонстрировали долговременный непрерывный мониторинг уровня глюкозы с применением биметаллических нанокатализаторов, иммобилизованных в нанопористых гидрогелях. Команда предложила использовать биметаллические нанокатализаторы на основе золота и платины для решения существующих проблем мониторинга уровня глюкозы, таких как низкая стабильность глюкозооксидазы и вариабельность измерений. Авторы также предположили, что это нововведение повышает чувствительность датчиков глюкозы и увеличивает время контакта слезной жидкости с биосенсором, обеспечивая более точное и стабильное количественное определение содержания глюкозы.

Интересно, что в обоих исследованиях, проведенных Парком и др., а также Кимом и др. [9, 10], рассматривались проблемы мониторинга уровня глюкозы в крови в режиме реального времени. В то время как Парк и др. [9] предложили концепцию «персонализированного времени задержки» посредством непрерывного мониторинга уровня глюкозы, что может привести к проблемам, требующим обширной калибровки для каждого пользователя, Ким и др. [10] представили существенные достижения в области материаловедения, используя нанопористые гидрогели, которые уменьшают гистерезис и снижают порог обнаружения, одновременно повышая чувствительность. Однако долговременная стабильность нанокатализатора может вызывать опасения, поскольку возможно выщелачивание или деградация, способные привести к сдвигам в базовых измерениях. Кроме того, могут потребоваться долгосрочные оценки токсичности и воспалительных маркеров. Тем не менее оба исследования продемонстрировали новые прорывы в улучшении датчиков глюкозы в УКЛ.

Хан (Han) и др. [11] разработали модифицированные биметаллические электроды из гиалуроната золота и платины в целях создания УКЛ для непрерывного мониторинга глюкозы. Группа предположила, что оптимизированная конструкция улучшает долговременную стабильность, подавляет образование трещин, часто встречающихся на обычных электродах из золота или платины, и предотвращает растворение золота ионами хлорида, содержащимися в слезах. Биметаллические электроды отвечают за высвобождение электронов за счет разложения пероксида водорода, образующегося в результате реакции окисления глюкозы. Особенно важно, что группа продемонстрировала высокую корреляцию (ρ = 0,88) между уровнями глюкозы в крови и в слезах у кроликов, и это подтверждает необходимость дальнейшего развития клинического применения этих электродов для мониторинга диабета.

Го (Guo) и др. [12] использовали другой подход, применяя тонкие нанолисты дисульфида молибдена (MoS2), которые позволяют определять концентрацию глюкозы в слезной жидкости. Глюкозооксидаза иммобилизована на поверхности нанолиста, а высвобождающиеся электроны детектируются транзистором на основе MoS₂. Группа предположила, что нанолисты MoS₂ играют роль в повышении чувствительности биосенсора благодаря высокому соотношению площади к объему слоистой поверхности, уменьшающей неспецифическое связывание других молекул в слезной жидкости, что могло бы препятствовать диффузии глюкозы к биосенсору. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что нанолисты MoS₂ обладают превосходной механической прочностью и биосовместимостью. Хотя такая конструкция позволяет осуществлять ненавязчивый мониторинг, изготовление нанолистов может быть сложным и трудно масштабируемым для коммерциализации.

Кроме того, количественное определение глюкозы с помощью датчиков, использующих ферменты, подвержено ошибкам из-за сильного влияния условий окружающей среды, таких как температура, pH слезной жидкости и ее различных компонентов, которые могут привести к денатурации [13]. Лин (Lin) и др. [14] предложили УКЛ, использующие фенилборную кислоту для поглощения глюкозы и увеличение толщины контактной линзы, что можно обнаружить с помощью смартфона. Хотя этот метод безопасен с точки зрения воздействия окружающей среды, степень расширения контактной линзы должна быть тесно связана с концентрацией глюкозы, чтобы гарантировать надежность и точность каждого измерения для клинического использования. Руан (Ruan) и др. [15] продемонстрировали действие нового датчика глюкозы, который использовал кристаллический коллоидный массив, встроенный в гидрогелевую матрицу. Линза излучала световые волны желтого, зеленого и синего спектров, которые связаны с концентрацией глюкозы в слезной жидкости. Группа также предложила свой новый биосенсор глюкозы, способный обнаруживать очень малые (0,05 мМ) ее концентрации и обладающий превосходной биосовместимостью. Однако существуют аналогичные проблемы с точным определением концентрации глюкозы в слезной жидкости, и остается неясным, могут ли визуальные методы измерения быть приемлемыми для целей диагностики или мониторинга.

Высокий уровень молочной кислоты свидетельствует о кислородном голодании и метаболических нарушениях [16]. Хотя эту кислоту обычно измеряют в крови, использование слезной жидкости для получения непрерывных данных является неинвазивным подходом, который может быть жизненно важен для пациентов, подверженных риску ишемии. Томас (Thomas) и др. [17] разработали биосенсор, в который был включен фермент лактатоксидаза для распознавания L-лактата. Хотя известно, что фермент лактатоксидаза нестабилен, авторы иммобилизовали белок посредством сшивания с бычьим сывороточным альбумином (БСА) и глутаральдегидом, чтобы смягчить эту проблему [17]. В настоящее время существует ограниченное количество исследований по использованию биосенсоров молочной кислоты в УКЛ. Это может быть связано с тем, что основное внимание уделяется более распространенным задачам, таким как лечение диабета или диагностика глаукомы, которые затрагивают более широкую популяцию. УКЛ, измеряющие выработку молочной кислоты, могут быть ориентированы на нишевые группы населения, такие как спортсмены, для измерения их физической работоспособности.

2.2. Измерение внутриглазного давления

Измерение ВГД имеет решающее значение в диагностике и лечении глаукомы. Хотя этот показатель определяется врачами-офтальмологами с помощью аппланационной тонометрии [18], контактные линзы могут играть роль в наблюдении за пациентами с глаукомой благодаря своим возможностям получать данные о давлении. Для измерения ВГД чаще всего используются емкостные датчики. Диэлектрический слой помещается между двумя электродами и повторяет по форме кривизну роговицы. Сжатие диэлектрического слоя из-за ВГД приводит к увеличению емкости. Чжу (Zhu) и др. [19] разработали контактные линзы на основе гидрогеля с пирамидально-микроструктурированным емкостным датчиком для беспроводного мониторинга ВГД в реальном времени. Авторы столкнулись с проблемами набухания гидрогеля, которые были решены с помощью метода конформного наслаивания [19]. Группа продемонстрировала повышенную чувствительность конденсаторного датчика благодаря микропирамидальной структуре, что повысило точность измерений при мониторинге ВГД в глазах свиней in vitro, однако процесс изготовления является довольно сложным и может быть проблематичным для крупномасштабного производства. Ян (Yang) и др. [20] представили беспроводные контактные линзы, имеющие консольную конструкцию емкостной сенсорной схемы. Это позволило осущест­влять чувствительный мониторинг ВГД и при необходимости доставку лекарственных препаратов в глаза с помощью ионофореза. Группа предположила, что их консольная конструкция обеспечивает минимальное взаимодействие между схемой доставки лекарств, мониторингом ВГД и зрением. Эта конструкция является примером новой стратегии, направленной на оптимизацию ограниченного пространства на контактных линзах и максимизацию функциональности без ущерба для зрения и комфорта. Аналогично Бобровски (Bobrowski) и др. [21] предложили гибридную схему, которая одновременно действовала как биотопливные элементы и конденсаторы для обеспечения полного использования ограниченного пространства. Устройство представляет собой самозаряжающийся биосуперконденсатор, использующий энергию глюкозы из слезной жидкости путем включения наночастиц оксида индия-олова для создания электродных поверхностей, которые усиливают емкостные и каталитические токи. Было бы интересно добавить к этой конструкции емкостной датчик для измерения ВГД и провести всесторонние испытания таких устройств на моделях in vivo.

Датчики деформации также используются для измерения ВГД и работают путем обнаружения механических искажений в материале линзы. Эти искажения преобразуются в электрические сигналы, которые затем отслеживаются [22]. Подобные датчики обычно изготавливаются из проводящих и гибких материалов, таких как металлические нанопроволоки [23, 24] и графен [25, 26]. Тонкопленочные проводящие полимеры являются перспективными материа­лами, которые необходимо исследовать при использовании УКЛ в качестве датчиков деформации. Эти полимеры изначально являются изоляторами, которые превращаются в проводники посредством стратегий легирования [27]. Преимущества таких полимеров включают в себя превосходную электропроводность, прозрачность, гибкость и отличную биосовместимость [27]. Датчики деформации становятся оптимальными, то есть обеспечивают немедленную и точную оценку, когда демонстрируют высокую чувствительность и низкие пределы обнаружения. Например, Хуанг (Huang) и др. [28] разработали модуль датчика деформации, который объединен с модулем высвобождения лекарственного средства и состоит из полиуретана на водной основе и поликапролактон-желатиновых нановолокон, усиленных слоем золота. Эти модули имеют предел обнаружения 0,1 % деформации и время отклика 0,15 с, что делает их очень чувствительными для мониторинга физиологических сигналов, таких как ВГД, и реагирования в режиме реального времени [28]. Sensimed Triggerfish – это датчик УКЛ, который использует тензометрические устройства, способные обнаруживать изменения ВГД в течение 24 ч; он имеет разрешение на продажу в США. Таким образом, датчик продемонстрировал удовлетворительную безопасность и переносимость во время клиничес­ких испытаний [29]. Это нововведение значительно расширяет данные и модели, которые клиническая практика может применять для выявления закономерностей, связанных с ВГД, но дальнейшее использование информации, собранной с помощью УКЛ, для интерпретации и применения по-прежнему является основной областью исследований.

Микрофлюидные канальные датчики также используются для определения ВГД. Жидкость в сети микро­флюидных каналов реагирует на изменения этого показателя посредством деформации роговицы. Жидкость по мере сжатия чувствительной камеры вытекает из нее в чувствительный канал. Расход жидкости калибруется в соответствии с определенными уровнями давления, что позволяет точно измерять ВГД. Жидкость часто окрашивается и может визуализироваться сама по себе или с помощью смартфона, благодаря чему можно количественно оценить уровень ВГД. Юань (Yuan) и др. [30] недавно создали новый микрофлюидный датчик для контактных линз, в котором в качестве индикаторной жидкости для отслеживания изменений ВГД использовался окрашенный рыбий жир. Команда предложила добавить к датчику двухстороннюю стенку, что продемонстрировало увеличение общей чувствительности и линейности и возможность вследствие этого проводить точные и надежные измерения ВГД. Другая группа использовала микрофлюидные канальные датчики для демонстрации автономной доставки лекарств к глазу [31]. В конструкции было применено механическое давление, создаваемое морганием, для обеспечения стабильного и предсказуемого потока лекарств через микроканалы, встроенные в контактную линзу. Таким образом, микрофлюидные канальные датчики оказались многоцелевыми в своем применении. Ключевым преимуществом таких датчиков является их способность работать без источника питания, что позволяет осуществлять истинно непрерывный мониторинг. Однако при прохождении любой жидкости через канал существует риск засорения, протечек и последующего раздражения. Поэтому Ан (An) и др. [32] провели исследования удобства использования, выполнив тесты на закупорку и протечки, чтобы убедиться, что каналы выдерживают высокое давление и остаются чистыми, а также продемонстрировали контроль над жидкостью в каналах для надежной доставки лекарств. Разработанная командой техника силанового связывания для соединения пластиковых мембран с полидиметилсилоксаном (ПДМС) и последующая новая техника термоформования продемонстрировали возможность использования микрофлюидных канальных датчиков в УКЛ, показав, что канал может быть преобразован до изогнутой формы, соответствующей форме глаза, без потери структурной целостности [32]. Группа также продемонстрировала успешный мониторинг ВГД на свиных глазах [33]. Агаоглу (Agaoglu) и др. [34] разработали микрофлюидный датчик, встроенный в силиконовую контактную линзу, который успешно измерял ВГД на глазах свиней. Команда смогла преобразовать незначительные изменения деформации в большие обнаруживаемые изменения объема жидкости, которые можно было отслеживать с помощью камеры смартфона [34]. Хотя контактные линзы являются инновационным способом измерения ВГД, Арачи (Araci) и др. [35] создали имплантируемый микрофлюидный датчик, который можно было встроить во внутриглазную линзу. Команда предположила, что эта технология представляет собой многообещающий шаг к улучшению лечения глау­комы, позволяя проводить более частые и надежные измерения [35]. Аналогично Эндерс (Enders) и др. [36] предложили систему Eyemate-IO в качестве имплантируемого медицинского устройства, которое напрямую измеряет ВГД и передает данные на смартфон. Авторы продемонстрировали благоприятные профили безопасности и эффективности через 12 мес после операции [36]. Однако инвазивный характер хирургических процедур вызывает опасения по поводу долговечности датчика, а потенциальные неточности измерений из-за таких состояний, как помутнение роговицы, могут указывать на то, что контактные линзы являются более жизнеспособным вариантом. Интересно, что Чжу (Zhu) и др. [37] модифицировали использование микро­флюидной технологии для лечения сухости глаз, отказавшись от обычных контактных линз. Движение века при моргании и внешнее его давление улучшают поток слезной жидкости, поддерживая хорошее увлажнение поверхности глаза. Способность этой инновации уменьшать дискомфорт, связанный с длительным ношением контактных линз, поддерживает ее применение в этих линзах, особенно для длительного мониторинга состоя­ния глаз и облегчения симптомов их сухости.

2.3. Источник питания

УКЛ оснащены сложными датчиками; для мониторинга информации, которая с них поступает, и ее передачи требуется электропитание. Одна из таких конструкций контактных линз использует беспроводную передачу. Например, Кеум (Keum) и др. [38] использовали передающую и приемную катушки в целях питания контактной линзы для диагностики и терапии диабета [38], а также датчик Sensimed Triggerfish, который включает в себя клейкую антенну, прикрепленную к коже вокруг глазницы [29]. Передача энергии осуществляется посредством индуктивной связи между катушкой в контактной линзе и клейкой антенной, которая питается от внешнего источника – батареи, носимой пациентом. Внешнее ношение также может быть оснащено портативным регистратором информации, передаваемой с датчика контактной линзы с помощью bluetooth-соединения [39]. Антенна создает постоянное магнитное поле, которое обеспечивает питание контактной линзы посредством индукции.

Как RFID (радиочастотная идентификация), так и NFC являются способами питания для контактных линз. Например, Чиу (Chiou) и др. [40] разработали беспроводную систему долговременного мониторинга ВГД для пациентов с глаукомой, используя RFID как для связи, так и для беспроводной передачи энергии. RFID-метка встроена в контактную линзу, а RFID-считыватель расположен снаружи, в очках. Основные трудности, с которыми столкнулись авторы, заключались в эффективной передаче достаточного количества энергии для непрерывной работы датчика, особенно на минимально возможном уровне, чтобы избежать перегрева глаза и не нарушить правила безопасности, установленные Институтом инженеров электротехники и электроники [41]. Кроме того, RFID-метки должны преобразовывать электромагнитную энергию, поступающую от считывающего устройства, в электрическую энергию, что может привести к ее потере, если не подходит конструкция антенны или не достигнуто согласование импеданса. Команда использовала конструкцию петлевой антенны, которая была оптимизирована для размещения на контактной линзе в ограниченном пространстве и не мешала обзору. Были внесены и другие изменения, такие как создание неравномерного распределения магнитного поля для обеспечения стабильной передачи энергии, добавление параллельного конденсатора для настройки антенны, увеличение полосы пропускания для улавливания изменений в передаваемых сигналах и согласование импеданса для обеспечения поглощения антенной большей части радиочастотной (РЧ) энергии вместо ее отражения [40]. Эти конструктивные изменения имеют решающее значение для максимальной передачи энергии и должны отражать комплексную стратегию, направленную как на обеспечение максимального комфорта пользователя, так и на удовлетворение конкретных эксплуатационных требований, связанных с длительным медицинским мониторингом.

Наконец, РЧ энергия должна быть преобразована из переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), чтобы питать схему УКЛ. Это преобразование выполняется с помощью выпрямителя, обычно на основе кремниевых дио­дов или диодов Шоттки. Например, Парк (Park) и др. [42] использовали кремниевые диоды для зарядки суперконденсатора в УКЛ, для чего требовался стабильный постоянный ток. Диоды были изготовлены с применением ультратонкой кремниевой наномембраны, которая была необходима для сохранения мягкости и гибкости контактной линзы, а также для обеспечения комфорта при ношении и соответствия кривизне глаза. В частности, авторы исследования [42] разработали силикон-гид­рогелевую линзу с перезаряжаемым твердотельным суперконденсатором, обеспечивающим надежное и непрерывное питание электронных компонентов, что является ключевым фактором для длительного и бесперебойного использования. Команда также искусно интегрировала суперконденсатор, антенну, выпрямитель и светодиод в компактную конструкцию, которая занимает мало места на УКЛ [42]. Однако известно, что кремниевые диоды имеют высокое прямое падение напряжения и могут быть слишком большими для устройств с ультранизким энергопотреблением, таких как УКЛ [43]. Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей и могут обеспечивать более низкие падения прямого напряжения и быстрое переключение [44]. Более низкое падение прямого напряжения позволяет меньше энергии терять в виде тепла, что важно для систем с зарядовой связью, где необходимо сохранять и эффективно распределять энергию. Такамацу (Takamatsu) и др. [45] использовали диод Шоттки в структуре беспроводной передачи энергии для систем с зарядовой связью на основе воздушно-металлической батареи, в которой анодом был цинк. Внедрение диода Шоттки было необходимым, поскольку исследователи решили проблему джоулева нагрева и позаботились о том, чтобы схема УКЛ не оказывала негативного влияния на поверхность глаза. Группа разработала гибридную аккумуляторную батарею, состоящую из беспроводной системы питания и воздушно-металлических первичных аккумуляторов. Постоянный ток вырабатывался с помощью оксидазы цинка и билирубина, а переменный – беспроводной системы питания. Группа исследователей предположила, что для надежной многофункциональной аккумуляторной системы необходим дополнительный источник питания, а также более высокое напряжение и улучшенная производительность [45].

Твердотельные аккумуляторы стали тоньше и гибче, что позволяет использовать их непосредственно на изогнутых полимерных поверхностях. Эти аккумуляторы обеспечивают постоянное питание, что дает возможность использовать их предсказуе­мо и стабильно, в то время как при беспроводной передаче энергии соединение может быть потеряно, если устройство окажется вне зоны действия источника энергии. Кроме того, беспроводная передача энергии вызывает опасения вследствие постоянного воздействия электромагнитных волн на глаза, что представляет угрозу безопасности, а также является менее эффективной, так как при этом возникают потери энергии. В отличие от многофункцио­нальной аккумуляторной системы, твердотельные аккумуляторы обладают высокой энергоэффективностью, но должны быть физически интегрированы в устройство, что может негативно сказаться на комфорте использования УКЛ. Ли (Lee) и др. [46] изготовили твердотельные литий-ионные аккумуляторы, которые можно было производить непосредственно на гидрогелевых поверхностях с помощью одноэтапного процесса отжига. Однако серьезной проблемой является утечка токсичных электролитов из литий-ионных аккумуляторов. Юн (Yun) и др. [47] предложили использовать натрий-калиевую водную батарею, работающую на основе слезной жидкости. Ее использование в качестве электролита минимизировало риск цитотоксичности. Однако несмотря на то, что вырабатываемое напряжение составляло от 0,3 до 0,7 В, чего, по мнению команды, было достаточно для работы маломощных компонентов, при установке большего количества модулей в многоцелевые УКЛ могут потребоваться более высокие значения напряжения. Для сравнения: твердотельные батареи обеспечивают напряжение около 3 В [46]. Также важно учитывать, что новые разработки в области процессоров и сенсорных модулей могут потреблять меньше энергии, поскольку они становятся более эффективными благодаря растущей тенденции к миниатюризации крупных компонентов до наноразмеров.

Биотопливные элементы преобразуют энергию биологических веществ в электричество. Кан (Kang) и др. [48] разработали топливные элементы на основе глюкозы, встроенные в гидрогель TRIS ([трис(триметилсилокси)силил]пропилметакрилат), с использованием платиновых нанопроволок в качестве анода и углеродных нанотрубок в качестве катода для обеспечения стабильного питания УКЛ. Аналогично Фальк (Falk) и др. [49] создали биотопливный элемент, использующий аскорбат из слез вместо глюкозы для генерации энергии. Хотя биотопливные элементы обеспечивают автономную работу без потребности во внешнем источнике питания, они выдают напряжение всего около 0,5 В, чего может быть недостаточно для нескольких компонентов, установленных на УКЛ. Фрей (Frei) и др. [50] предположили, что для многих применений УКЛ будет достаточно 7 мкВт в течение 24 ч. Команда продемонстрировала, что выходная мощность магниево-воздушных батарей при 40 мкВт в течение 24 ч была значительно выше, чем у абиотических топливных элементов на основе глюкозы при 2 мкВт в течение 24 ч [50].

Также изучаются новые способы питания УКЛ. Например, Лин (Lin) и др. [51] разработали органические солнечные элементы, которые могут обеспечивать необходимую мощность для биосенсоров, измеряющих уровень глюкозы и ионов кальция. Эти солнечные элементы, способные поглощать фотоны и генерировать электрический ток, были оптимизированы для эффективной работы в условиях внутреннего освещения и вырабатывали около 0,6 В [51]. Трибоэлектрические наногенераторы вырабатывают электричество за счет механических движений. Чу (Chu) и др. [52], а также Пу (Pu) и др. [53] предложили использовать этот источник питания в широком спектре носимых электронных устройств. Трибоэлектрические наногенераторы могут вырабатывать энергию за счет естественных и обычных движений глаз, таких как моргание, однако миниатюризация этих устройств может оказаться непростой задачей. Пуршабан (Pourshaban) и др. [54] разработали УКЛ, использующие как солнечную энергию, так и металловоз­душный преобразователь энергии, который питается за счет движений век при моргании. Когда веко движется по преобразователю, электролиты в слезной жидкости вызывают реакцию окисления и вырабатывают электроны, которые питают УКЛ. Ян (Yang) и др. [55] предлагают использовать тепло тела для подачи электрического тока от термоэлектрического генератора. Команда продемонстрировала этот способ сбора энергии, создав носимый браслет, который работал даже при крайне низком энергопотреблении [55]. Уменьшенная конструкция, подходящая для УКЛ, может представлять собой новое решение для генерации энергии.

2.4. Биоматериалы

Традиционные материалы для контактных линз включают в себя комбинацию проводящих материалов, например графена [56], нанопроволоки из серебра [23] или сплава галлия и индия [57], в сочетании с гидрогелями, такими как полидиметилсилоксан (PDMS), силикон [38], поли(2-гидроксиэтилметакрилат) (PHEMA) [19], полиэтилентерефталат (PET) [58], полиметилметакрилат (PMMA) [59] и 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (MPC) [60]. Гидрогель PHEMA [поли(2-гидроксиэтилметакрилат)] является популярным материалом для контактных линз, который обладает высокой биосовместимостью благодаря своей водо- и кислородопроницаемости и имеет превосходные оптические и гидрофильные свойства [61]. PDMS также широко используется за счет своей биосовместимости, оптической прозрачности и высокой кислородопроницаемости; эти свойства делают его мягким и воздухопроницаемым. Однако его часто покрывают поли­этиленгликольметакрилатом (PEGMA), который, как было показано, увеличивает содержание воды и проницаемость глюкозы [62, 63].

Графен – это уникальный тонкий наноматериал, обладающий высокой прочностью, электропроводностью, прозрачностью и гибкостью, а также отличной биосовместимостью [59]. Поэтому он применяется во многих компонентах сенсоров. Например, Ку (Ku) и др. [57] использовали графен в полевом транзисторе, который мог измерять концентрацию кортизола и генерировать электрический сигнал. Кроме того, Ли (Lee) и др. [64] показали, что графеновое покрытие на контактных линзах может защищать от электромагнитных волн и предотвращать обезвоживание поверхности глаза. Поскольку контактные линзы содержат электронные устройства, передающие электромагнитные сигналы, графен может обеспечить защиту от некоторых заболеваний глаз, таких как глаукома. Кроме того, этот материал может также использоваться в контактных линзах для борьбы с синдромом сухого глаза, обеспечивая минимальное испарение слезной жидкости, что приводит к облегчению симптомов. Было также продемонстрировано, что графеновые наноструктуры являются экономически эффективным материалом при использовании капельного нанесения, а затем формирования рисунка с помощью метода прямой лазерной интерференционной микроскопии. Это потенциально может ускорить коммерциализацию УКЛ при сохранении их превосходных оптичес­ких и проводящих свойств [56].

2.5. Передача информации

УКЛ должны эффективно передавать и принимать информацию при взаимодействии с внешними устройствами, такими как смартфоны и другие медицинские приборы мониторинга. Это позволяет осуществлять контроль состояния здоровья в режиме реального времени и быстро реагировать на терапевтические ситуации, что крайне важно для пациентов с хроническими заболеваниями, такими как глаукома или диабет. Антенны являются основой для исходящей связи, и их конструкция в максимальной степени должна служить предотвращению препятствий для зрения. Следовательно, петлевые и спиральные антенны являются перспективными геометрическими формами для УКЛ. Однопетлевая антенна была разработана Чиу (Chiou) и др. [65] и облегчила передачу информации с помощью протоколов связи RFID. Тинг (Ting) и др. [66] также создали однопетлевую антенну и получили ее диаграмму направленности, измерили эффективность и коэффициент усиления при использовании на глазах свиней. Кроме того, команда предложила свое новое устройство для беспроводного мониторинга здоровья глаз [66]. Ким (Kim) и др. [67] продемонстрировали использование спиральной антенны, изготовленной из гибрида графена и серебряных нанопроволок, которая была литографически сформирована на ультратонкой париленовой подложке. Магнитная связь была достигнута между внешней антенной считывателя и спиральной антенной датчика. Антенна не только поддерживала передачу данных, но и обеспечивала потребности устройства в питании. Спиральная конструкция позволяла измерять ВГД за счет увеличения емкости и индуктивности путем расширения катушек. Это расширение, в свою очередь, изменяло резонансную частоту, и его величина передавалась на внешнюю катушку считывателя, расположенную над датчиком. Таким образом, хотя отдельные антенны могут быть проще и потенциально дешевле в производстве, спиральные антенны лучше подходят для УКЛ, поскольку их можно спроектировать чрезвычайно компактными и работающими в широком диапазоне частот, что упрощает выполнение множества функций, таких как измерение и передача данных. В отличие от одиночных антенн, круговые диа­граммы направленности спиральных антенн позволяют им принимать сигналы с разных направлений, что важно для УКЛ, где ориентация считывателя может быть неконтролируемой. Аналогично Чен (Chen) и др. [68] решили разместить спиральные антенны в распределенной схеме, что также поддерживало передачу данных и энергии посредством ближней связи со смартфоном.

3. Терапевтический потенциал

Без сомнения, УКЛ обладают потенциа­лом для изменения подхода к лечению известных заболеваний, в числе которых синдром сухого глаза, глаукома и диабет, за счет таких функций, как доставка глазных препаратов и мониторинг состояния глаз.

3.1. Сухость глаз

Традиционные методы, например использование глазных капель, неэффективны из-за низкой биодоступности, обусловленной потерей лекарственного средства при моргании и его вытекании из глаза [69]. Кроме того, глазные капли плохо распределяются по его поверхности и их эффективность может зависеть от соблюдения пациентом режима лечения и техники использования [70]. С другой стороны, в УКЛ можно внедрить системы доставки лекарств с контролируемой скоростью, и такие линзы могут быть интегрированы с диагностическими инструментами для мониторинга эффективности лечения и состояния здоровья в режиме реального времени, что позволяет вносить необходимые корректировки.

Целенаправленная и контролируемая доставка лекарств является крае­угольным камнем в разработке УКЛ. Сунь (Sun) и др. [71] разработали инновационные контактные линзы, которые высвобождают левофлоксацин и диклофенак в ответ на повышенный уровень активных форм кислорода (АФК), присутствующих в очаге воспаления глаза. Эта модель может быть дополнительно разработана не только в целях проведения терапии, но и для мониторинга прогрессирования заболевания и управления лечением. УКЛ могут определять уровни АФК и позволять настраивать скорость высвобождения лекарств, что приведет к персонализированным подходам в офтальмологии. Это особенно важно при синдроме сухого глаза или в послеоперационный период, когда на поверхности глаза может возникать воспаление. В более широком смысле поддержание постоянного и точного терапевтического уровня антибиотика непосредственно там, где это необходимо, с помощью заложенных в УКЛ технологий позволит снизить риск развития антибиотикорезистентности и повысить приверженность пациентов к лечению.

3.2. Глаукома

Польза для пациентов с глаукомой состоит как в контролируемом применении глазных препаратов, так и в точном отслеживании ВГД с помощью контактных линз. Кумара (Kumara) и др. [72] разработали контактные линзы для лечения глаукомы, которые могут доставлять один препарат (латанопрост) или два препарата одновременно (латанопрост и тимолол) на поверхность глаза. Их конструкция основана на нанокомпозитном материале, полученном из хитозана, который удерживает лекарственный препарат и гидролизуется в присутствии естественного лизоцима в слезной жидкости. Группа исследователей продемонстрировала значительное высвобождение лекарственного препарата в присутствии лизоцима in vitro; при этом не было выявлено никаких побочных эффектов для глаз кроликов. Дальнейшие исследования должны быть направлены на интеграцию УКЛ с датчиками для мониторинга высвобождения лекарственного препарата и использование других биомаркеров, которые могут служить триггерами для такого высвобождения. Это может повлиять на реакцию си­стемы УКЛ и сделать ее более избирательной с учетом разных стадий заболевания и состояний глаз.

Аналогичным образом Сюй (Xu) и др. [73] разработали контактные линзы, которые доставляли два препарата, латанопрост и тимолол, но они были заключены в мицеллы. Мицеллы были вплетены в гидрогелевую матрицу и высвобождались в процессе ее гидратации и разложения [73]. Исследователи предположили, что такое пролонгированное высвобождение лекарственных препаратов можно контролировать, регулируя плотность сшивки, пористость и гидрофильность полимера.
Кроме того, Ким (Kim) и др. [74] создали УКЛ с возможностью доставки тимолола по требованию за счет растворения золотых каналов. Команда интегрировала датчик ВГД для мониторинга глаукомы и продемонстрировала высокую эффективность доставки лекарств с помощью УКЛ, проведя иммуногистохимический анализ, показавший значительные различия между группами лечения и контроля у кроликов с индуцированной глау­комой. В конечном итоге команда успешно интегрировала датчик ВГД, систему доставки лекарств, микрочип, а также беспроводные системы связи и питания в компактную среду контактной линзы [74].

Несомненно, ключевым аспектом терапевтического потенциала УКЛ является их способность исследовать прогрессирование глазных заболеваний путем измерения физических свойств, таких как ВГД, и химических биомаркеров в слезной пленке. Этот мониторинг помогает врачам-офтальмологам оценивать тяжесть заболевания в режиме реального времени и соответствующим образом корректировать программы лечения. Например, матриксные металлопротеиназы (ММП) – это протеолитические ферменты, которые расщепляют структуры внеклеточного матрикса, такие как коллаген, и приводят к структурному ремоделированию. ММП является биомаркером глаукомы и в большом количестве обнаруживается на ранних ее стадиях. Однако на тяжелых стадиях наблюдается заметное снижение активности ММП-9 в слезах [75]. Возможно, удастся выявить глаукому на ранней стадии и точно определить стадию заболевания с помощью УКЛ со специфическими биосенсорами ММП. Йе (Ye) и др. [76] разработали УКЛ, способные измерять как ВГД, так и ММП-9 в слезах. Авторы использовали антиопаловую структуру, которая меняет цвет в ответ на значение ВГД и впоследствии количественно определяет активность MMП-9 посредством сигналов поверхностно-усиленного рамановского рассеяния света при расщеплении определенных субстратов. Эта конструкция предлагает неинвазивный и прямой подход к мониторингу прогрессирования глаукомы. Постоянные инженерные усовершенствования включают в себя интеграцию дополнительных биосенсоров для других биомаркеров без ограничения зрения или комфорта пользователя, а также повышение чувствительности и специфичности биосенсоров для улучшения их работы.

MMП-9 также является биомаркером воспаления при многих других заболеваниях глаз. Джанг (Jang) и др. [6] создали УКЛ с биосенсором на основе графенового полевого транзистора, способным измерять уровень ММР-9 в слезной жидкости. Команда расширила конструкцию, добавив тепловой пластырь на верхнее и нижнее веки, который облегчает симптомы дисфункции мейбомиевых желез и активируется при обнаружении MMП-9 в слезной жидкости [6]. Это исследование позволяет не только диагностировать заболевания, но и мгновенно оказывать терапевтичес­кое воздействие, а также закладывает основу для последовательного и оперативного лечения заболеваний глаз. Кроме того, количественная оценка воспаления, возникающего в результате послеоперационных процедур, может помочь врачам-офтальмологам эффективно наблюдать, контро­лировать и смягчать осложнения при восстановлении.

3.3. Диабет

УКЛ могут играть важную роль как в мониторинге уровня глюкозы в слезной жидкости, так и в применении местных лекарственных средств для защиты глаз от ретинопатий. Хотя метод измерения уровня глюкозы в крови с помощью прокола пальца популярен благодаря своей скорости и простоте, он также может привести к ряду осложнений, таких как инфекция [77], боль и дискомфорт. Неинвазивные методы измерения уровня глюкозы в настоящее время находятся в центре внимания, и измерение глюкозы в слезной жидкости является перспективной идеей, поскольку оно тесно коррелирует с уровнем глюкозы в крови [78]. Следовательно, неинвазивный характер УКЛ делает их идеальными для мониторинга диабета.

Кеум (Keum) и др. [38] разработали УКЛ с биосенсором для мониторинга уровня глюкозы в слезах и включили в эти линзы гибкую систему доставки лекарственного средства, состоящую из генистеина, для снижения риска тяжелой диабетической ретинопатии. Эта система управляется электрохимически путем растворения золотой мембраны при подаче напряжения, и последующий лекарственный препарат высвобождается импульсно. Система была протестирована in vitro и in vivo на кроликах для оценки профиля безопасности; команда продемонстрировала отсутствие значительных изменений температуры из-за теп­ла, выделяемого при работе УКЛ. Что наиболее важно, исследователи показали сопоставимый терапевтический эффект генистеина, доставляемого через СКЛ, с эффектом Авастина при интравитреальной инъекции [38]. Это еще раз подтверждает неинвазивный характер УКЛ и их потенциал для лечения заболеваний без ущерба для клинической эффективности.

Сео (Seo) и др. [79] предлагают использовать колориметрические контактные линзы для количественного определения уровня глюкозы в слезной жидкости, что позволяет избежать высоких производственных затрат и потребности в источнике питания, связанном с электрохимическими методами. Группа нанесла на поверхность контактной линзы покрытие из поли(дубильной) кислоты с борной кислотой. Это позволило обратимо связывать глюкозу, которую можно измерить с помощью колориметрического анализа. Однако для анализа результатов необходимо снять линзу, что не совместимо с мониторингом уровня глюкозы в режиме реального времени [79].

Аналогичным образом Джон (Jeon) и др. (2021) разработали неинвазивную оптическую систему мониторинга с использованием контактной линзы со встроенными наночастицами, которая меняла цвет в зависимости от концентрации глюкозы в слезной жидкости. Система была усовершенствована с помощью алгоритмов обработки изображений и протестирована in vivo на моделях мышей и образцах слезной жидкости человека. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию оптических систем для контактных линз, с помощью которых можно визуально определять уровень глюкозы, чтобы избежать дискомфорта, связанного с традиционными системами тестирования, и уменьшить громоздкость технологии, определяющей действие электрохимических систем в УКЛ.

4. Проблемы и ограничения

УКЛ могут найти широкое применение в офтальмологии. Эти неинвазивные носимые устройства способны помочь в диагностике, контроле и лечении заболеваний, а также в улучшении состояния глаз пациентов. Однако несмотря на все преимущества, внедрение УКЛ по-прежнему сопряжено со многими трудностями, которые необходимо преодолеть.
Первая задача – убедиться, что материал и конструкция УКЛ биосовместимы, безопасны и не вызывают сильного раздражения или побочных реакций при длительном ношении на глазах. Существует несколько исследований, в которых показано, что умные линзы можно использовать в течение более длительного времени, чем 72 ч [80, 81]. Кроме того, в этих исследованиях участвовали очень небольшие группы людей, в основном здоровых, поэтому полученные результаты могут быть неприменимы к пациентам с заболеваниями глаз.

Использование контактных линз сопряжено с трудностями в обеспечении надлежащей гигиены и ухода за линзами, а также в соблюдении пациентами правил использования. В частности, исследование Кардоны (Cardona) и др. [82] выявило значительное несоблюдение рекомендаций, таких как правильное хранение и уход за линзами. Такое поведение может аналогичным образом повлиять на использование контактных линз и потенциально привести к дополнительным осложнениям, таким как инфекция. Аналогично пациенты могут даже не носить контактные линзы, отпускаемые по рецепту, из-за их неудобства или сложности в обращении с ними, что может привести к снижению лояльности и потенциально поставить под угрозу здоровье глаз.

Кроме того, текущие исследования УКЛ все еще находятся на начальной стадии. Большинство ограничено исследованиями in vitro и моделями глаз кроликов или свиней. К сожалению, результаты, полученные в ходе исследований на животных, не могут быть полностью экстраполированы на человека, поскольку обе модели глаз отличаются по скорости выработки слезной жидкости и характеристикам глазной поверхности [83]. Также краткосрочный и долгосрочный комфорт пользователя можно исследовать только в клинических испытаниях, и многие исследования, тестирующие использование УКЛ in vivo, часто проводят в краткосрочной перспективе, иногда всего в течение нескольких дней. По этой причине необходимо выполнить больше исследований долгосрочных эффектов непрерывного использования для определения биосовместимости и потенциальных хронических побочных эффектов. Хотя были проведены значительные исследования, необходимы дополнительные клиничес­кие испытания этих контактных линз, прежде чем их можно будет вывести на рынок. Тем не менее текущие исследования УКЛ демонстрируют существенные инновации как в технологиях, так и в возможностях мониторинга, создавая основу для персонализированной медицины.

Неудивительно, что постоянное развитие миниатюризации схем, наряду с инновациями в нанотехнологиях и 3D-печати, ускорило прогресс в исследованиях УКЛ. Однако в их производстве также существует множество технических проблем. Необходимо внедрять креативные инженерные решения для интеграции нескольких датчиков в умные линзы, не препятствуя зрению и не снижая комфорта. Многие исследователи использовали и оптимизировали пространство на внешнем кольце для решения этой проблемы. Другой метод может включать в себя применение оптических датчиков, не требующих электрических компонентов, что уменьшит необходимость установки дополнительных микропроцессоров. Кроме того, биосенсоры должны быть способны обнаруживать низкие концентрации биомаркеров и небольшие изменения ВГД из-за едва заметных, но существенных изменений, которые могут указывать на ранние стадии глазных заболеваний. Колебания температуры тела и окружающей среды также могут влиять на поверхность глаза, что приводит к ошибкам в измерениях и затрудняет применение таких линз в клинических условиях [84]. Кроме того, изменения температуры и влажности, по-видимому, влияют на измерение ВГД при использовании УКЛ [85]. В недавнем исследовании Ли (Li) и др. [86] изучалась точность измерений ВГД при значительных колебаниях температуры глаза, а также предлагалось решение для преодоления этих ограничений. Группа разработала УКЛ, в которых используется двойная система из катушки индуктивности, конденсатора и резистора, предназначенная для компенсации изменений температуры [86].

Тщательное изучение нормативных актов, процедур утверждения и этических соображений также требуется для новых и в основном неизвестных технологий, таких как УКЛ. В настоя­щее время Sensimed Triggerfish является единственным одобренным FDA устройством для мониторинга ВГД при глаукоме [87]. Однако другие компании, например GlakoLens, разрабатывают УКЛ для мониторинга ВГД, при этом шесть здоровых добровольцев были вовлечены в доклиническое пилотное исследование [88]. Такие компании, как Sensimed и GlakoLens, стали пионерами в коммерциализации УКЛ для широкого использования. Получение одобрения регулирующих органов, в частности FDA, является наиболее важным шагом, и для обеспечения соответствия различным регулирующим стандартам должны потребоваться тщательные клинические испытания и исследования безопасности.

Кроме того, разработчикам крайне важно иметь четкое представление о своем основном целевом рынке, например о врачах-офтальмологах, и адаптировать характеристики устройства к их конкретным потреб­ностям. Это касается простоты использования, надежности в различных условиях, точности сбора данных, цены и совместимости с существующими протоколами диагностики и лечения. Более того, компаниям, производящим контактные линзы, важно обеспечить их покрытие страховыми компаниями для широкого распространения и для этого вести переговоры с плательщиками медицинских услуг и демонстрировать экономическую эффективность этих устройств в снижении общих затрат на здравоохранение. Это включает в себя разработку метода крупномасштабного производства устройств и соблюдение протоколов надлежащей производственной практики. Наконец, для обеспечения правильного использования устройства необходимо проводить непрерывное и всестороннее обучение медицинских работников. Надежная поддержка клиентов позволяет получать прямую обратную связь, что способствует улучшению функциональности и пользовательского опыта.

Как и в случае с любым носимым смарт-устройством, безопасность и конфиденциальность имеют первостепенное значение при сборе и обработке конфиденциальных медицинских данных. Исследователи также должны шифровать передаваемые данные, используя надежные стандарты шифрования, чтобы защитить их от несанкционированного доступа. Кроме того, пациенты должны быть проинформированы о том, как собираются данные, как и где они будут использоваться, и с кем эта информация будет передаваться. Это обеспечивает прозрачность между пользователем и поставщиком медицинских услуг, что соответствует принципам информированного согласия. Наконец, хранение данных должно осуществляться с полной анонимностью и гарантией того, что данные не будут изменены или искажены. Это помогает защитить конфиденциальность пациентов и соответствует нормативным актам в области здравоохранения, которые предписывают безопасное хранение персональных медицинских данных.

5. Выводы

Как отмечается в этой обзорной статье, УКЛ произведут революцию в офтальмологии в плане как возможностей мониторинга, так и терапевтических вмешательств. Применение инновационных технологий производства датчиков, источников питания, передатчиков и биоматериа­лов позволяет создавать миниатюрные схемы для помещения в гибкие контактные линзы. Благодаря постоянному мониторингу химических и физических свойств глаза в режиме реального времени УКЛ могут помочь в лечении хронических заболеваний, таких как глаукома, диабет и синдром сухого глаза. Кроме того, перспективы УКЛ не огра­ничиваются мониторингом и биосенсорами. Они могут применяться для подключения к другим носимым устройствам. Бесшовное подключение и обмен данными с другими устройствами для мониторинга состояния здоровья могут способствовать комплексному управлению здоровьем. По мере развития технологий УКЛ необходимо внедрять более четкие нормативные требования, правила безопасности и этические нормы, которые помогут защитить потенциально конфиденциальные данные о состоянии здоровья и решить проблемы с конфиденциальностью.

УКЛ также имеют широкий спектр других применений. Например, Чжу (Zhu) и др. [80] создали линзы, предназначенные для отслеживания взгляда и беспроводного взаимодействия человека и машины. Эта разработка имеет большое значение в офтальмологии, поскольку ее можно использовать для улучшения тестирования поля зрения, повышения эффективности выявления потери периферического зрения и оказания помощи в лечении таких расстройств, как косоглазие или амблиопия [80]. Цай (Tsai) и др. [89] представили дис­плей УКЛ, который можно использовать для создания дополненной реальности, что открывает двери для более широкого спектра приложений, таких как навигация, помощь с использованием искусственного интеллекта или даже предоставление данных о состоянии здоровья в режиме реального времени. Яо (Yao) и др. [90] разработали УКЛ для эффективного восстановления повреждений роговицы, а Рустей (Roostaei) и др. [91] исследовали использование УКЛ для коррекции дальтонизма.

В конечном итоге УКЛ – это устройства, созданные по инновационным технологиям, имеющие широкое применение и способные стать важным инструментом в арсенале врача-офтальмолога для диагностики, мониторинга и лечения заболеваний глаз. 

Источник: Smart contact lenses in ophthalmology: innovations, applications and future prospect / Kevin Y. Wu, Archan Dave, Marjorie Carbonneau, Simon D. Tran // MDPI [Electronic resource]. URL: www.mdpi.com (дата обращения: 13.01.2026).

* Список литературы предоставляется по запросу.

Авторы: Кевин И. Ву (Kevin Y. Wu),
отделение хирургии, отделение офтальмологии Шербрукского университета, Шербрук, Квебек (Канада)

Архан Дэйв (Archan Dave),
медицинский факультет Университета Британской Колумбии, Ванкувер, Колумбия (Канада)

Марджори Карбоно (Marjorie Carbonneau),
отделение хирургии, отделение офтальмологии Шербрукского университета, Шербрук, Квебек (Канада)

Саймон Д. Тран (Simon D. Tran),
факультет стоматологической медицины и гигиены полости рта Университета Макгилла, Монреаль, Квебек (Канада)

Перевод: А. Козловцев

© РА «Веко»

Печатная версия статьи опубликована в журнале «Современная оптометрия»  [2026. № 1 (178)].
Оформить подписку на бумажную версию – https://vekopress.ru/
Оформить подписку на электронную версию - https://magazine.ochki.com/

Наши страницы в соцсетях:

• vk.com/vekomagazine
• t.me/ochkinet