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電子科技大學(xué)林媛團(tuán)隊(duì) Nat. Commun.:角膜受傷了,你就眨眨眼
2023-06-18  來(lái)源:高分子科技

  眼睛是最復(fù)雜的器官之一,是人體與外界交互的天然半開(kāi)放窗口。角膜是眼睛防御外界侵襲的第一道屏障,輕度角膜損傷能夠自愈,中度/重度角膜損傷易引發(fā)渾濁進(jìn)而導(dǎo)致不可逆的視覺(jué)功能喪失。角膜損傷治療不僅需要傷口閉合,恢復(fù)角膜透明性及視覺(jué)功能至關(guān)重要。藥物治療、角膜移植、細(xì)胞療法等是嚴(yán)重角膜損傷的主要臨床修復(fù)手段,然而效果弱、供體少、療程長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題仍是臨床醫(yī)學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn)。此外,角膜損傷后,日常眨眼過(guò)程中眼瞼與角膜之間的刮擦?xí)l(fā)角膜二次損傷,F(xiàn)有角膜繃帶鏡能夠緩解二次刮擦損傷,但難以促進(jìn)角膜快速有序愈合。物理電場(chǎng)干預(yù)在促進(jìn)組織快速有序修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,干預(yù)實(shí)施的復(fù)雜性和安全性限制了此類療法的廣泛應(yīng)用。



  電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院柔性電子團(tuán)隊(duì)林媛教授課題組姚光提出了一種雪花啟發(fā)眨眼驅(qū)動(dòng)的柔性可延展壓電角膜接觸鏡,能夠?qū)⑷粘UQ勰芰坑行У剞D(zhuǎn)化為脈沖電場(chǎng)直接作用于損傷角膜,小鼠和兔子角膜堿燒傷模型中實(shí)現(xiàn)了高效有序修復(fù)驗(yàn)證。相關(guān)成果以Snowflake-inspired and blink-driven flexible piezoelectric contact lenses for effective corneal injury repair為題發(fā)表在國(guó)際期刊《Nature Communications上。材料與能源學(xué)院柔性電子團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人林媛教授為通訊作者,第一/共同通訊作者為柔性電子團(tuán)隊(duì)姚光。電子科技大學(xué)陳科副教授(共同通訊作者及團(tuán)隊(duì)提供了實(shí)驗(yàn)室?guī)椭,電子科技大學(xué)附屬醫(yī)院·四川省人民醫(yī)院眼科專家陳施言提供了角膜檢測(cè)分析幫助,柔性電子團(tuán)隊(duì)潘泰松副教授提供了力學(xué)模擬幫助。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、四川省科技廳、西藏自治區(qū)科技廳、電子科技大學(xué)醫(yī)工交叉基金等項(xiàng)目的支持。

  雪花啟發(fā)的壓電角膜接觸鏡如圖1所示,器件集成后結(jié)構(gòu)類似于商業(yè)美瞳隱形眼鏡,佩戴過(guò)程中能夠規(guī)避瞳孔遮擋,不影響固有視覺(jué)通路。通過(guò)力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化,在保證柔性可延展特性基礎(chǔ)上,器件能夠?qū)C(jī)械能量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出(圖2)。 


1. 眨眼驅(qū)動(dòng)的壓電角膜接觸鏡(BPCL)。(a)器件結(jié)構(gòu)示意圖和分解圖。(b)器件在不同狀態(tài)下的光學(xué)圖像。 


2. 壓電角膜接觸鏡(BPCL)的性能調(diào)控優(yōu)化。(a)雪花啟發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(引用冬奧會(huì)圖片;燕山雪花大如席)。(b)眨眼驅(qū)動(dòng)器件的工作原理。(c)壓電單元的性能優(yōu)化。


  眨眼驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的單向脈沖電場(chǎng)能夠促進(jìn)角膜堿燒傷修復(fù),在小鼠和兔子模型上實(shí)現(xiàn)了器件功能驗(yàn)證(圖3)。生物醫(yī)學(xué)機(jī)制研究表明,角膜接觸鏡干預(yù)可以調(diào)控具有雙重作用生長(zhǎng)因子在角膜上皮及基質(zhì)中的分布,調(diào)節(jié)眼部微環(huán)境,減輕角膜基質(zhì)纖維化,促進(jìn)上皮有序排列,并恢復(fù)角膜透明度。通過(guò)器件干預(yù),小鼠和兔子的角膜透明度及修復(fù)率提高50%以上。 


3. 壓電角膜接觸鏡的干預(yù)效果驗(yàn)證。(a)器件干預(yù)對(duì)雙重作用生長(zhǎng)因子的調(diào)控修復(fù)機(jī)理。(b)小鼠角膜干預(yù)修復(fù)驗(yàn)證。(c)兔子角膜干預(yù)修復(fù)驗(yàn)證。


  面向國(guó)家科技發(fā)展重大需求和人民生命健康,通過(guò)綜合敏感電子學(xué)、微電子學(xué)、柔性力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的交叉研究,電子科技大學(xué)柔性電子團(tuán)隊(duì)林媛教授課題組及合作者已制備多種應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)、組織修復(fù)、神經(jīng)調(diào)控的可延展柔性診療電子器件及原型系統(tǒng),近年相關(guān)成果以通訊/第一作者身份先后發(fā)表在Nature Communications2023; 2018)、Science Advances2022)、PNAS2021)、ACS Nano2023;  2019)、Advanced Intelligent Systems2023)、IEEE Electron Device Letters2023)等國(guó)際期刊上。柔性診療電子技術(shù)的快速發(fā)展,可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)疾病的早診斷和早干預(yù),將極大地改變未來(lái)醫(yī)療保健方式,有望從源頭上緩解醫(yī)療資源的供需矛盾。


  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39315-6


  團(tuán)隊(duì)鏈接(歡迎加入)https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm

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