Sort silicium forhindrer øjenimplantat i at stivne

Et team af forskere ledet af Caltechs Hyuck Choo har udviklet et øjenimplantat til glaukompatienter, som en dag kan føre til mere rettidig og effektiv behandling.

Hvis du nogensinde har været hos en øjenlæge, du har sandsynligvis fået tjekket dit øjetryk:med din hage hvilende på en støtte for at holde hovedet stille, lægen lægger pres på dit øje enten via et blæs varm luft eller ved forsigtigt at trykke en sonde mod øjet. Ved at måle mængden af ​​overfladen deformeres som følge af en kendt mængde tryk, øjenlægen kan beregne et groft skøn over det intraokulære tryk.

Selvom det er effektivt nok til rutinemæssige øjenundersøgelser, teknikken er ikke tilstrækkelig til patienter, der lider af glaukom. Grøn stær påvirker mere end 2 millioner mennesker i USA, og er den anden hyppigste årsag til blindhed efter grå stær. Det er faktisk en familie af øjensygdomme, der er karakteriseret ved en stigning i trykket af væsken inde i øjet. Det tryk beskadiger synsnerven bagerst i øjet.

Glaukompatienter kan opleve episoder med forhøjet øjentryk, der opstår relativt pludseligt, i løbet af et par timer. For at forhindre permanent skade, Det er afgørende hurtigt at anvende medicin for at reducere dette tryk. Som sådan, glaukompatienter ville have gavn af lettere og mere nøjagtige aflæsninger, siger Choo, assisterende professor i elektroteknik i Afdelingen for Ingeniørvidenskab og Anvendt Videnskab og en Heritage Medical Research Institute Investigator.

"For glaukompatienter, det er vigtigt at kunne tage regelmæssige og nøjagtige målinger af øjentrykket. Det ville være godt, hvis det ikke krævede konstant at besøge en læges kontor, " han siger.

Choo leder et team i Andrew og Peggy Cherng Department of Medical Engineering hos Caltech, der har udviklet et nyt øjeimplantat designet til at måle intraokulært tryk. Mens han stadig finjusterer sit design, han vurderer, at den kan være klar til FDA-gennemgang inden for et par år.

Øjenimplantater til at måle tryk findes allerede, men disse enheder er flere millimeter i diameter - omfangsrige for en genstand, der skal indsættes i øjet - fordi de kræver batteridrevet elektronik såvel som antenner til at transmittere de data, de indsamler.

Derimod Choo har udviklet et passivt system, der undgår elektronik og derfor ikke har brug for batterier og ingen antenner. Med kun 600-800 mikrometer i diameter, sensoren er bredden af ​​et par hårstrå. Den består af en flad cylinder, kun 600 mikrometer i total højde, med en reflekterende overflade på bagsiden og en deformerbar membran foran. Den lille gadget er designet til at blive implanteret lige under øjets overflade, hvor den kan registrere trykændringer i øjenvæske.

For at måle trykket inde i øjet, en håndholdt enhed, designet af holdet, bruges til at skinne lys på implantatet. Ændring af øjentrykket deformerer implantatets membran, ændring af afstanden mellem membranen og den reflekterende overflade; det her, på tur, ændrer bølgelængden af ​​det lys, der reflekteres fra den overflade. Måling af bølgelængden af ​​det reflekterede lys, derefter, giver et direkte mål for det intraokulære tryk.

"En læge implanterer sensoren i øjet, og så kan du scanne den når som helst med en enhed, der er lige så nem at bruge som stregkodescanneren i en supermarkedskasse, " siger Vinayak Narasimhan, kandidatstuderende i medicinsk teknik.

En mindre enhed kunne indsættes med et mindre snit, der ville gøre det muligt for patienterne at komme sig hurtigere. Yderligere, fordi de mangler elektronik, Choos implantater har en potentielt ubegrænset levetid.

En hindring, som alle bioimplantater står over for, imidlertid, er tilsmudsning af kroppens egne forsvarsmekanismer. Til et hvidt blodlegeme, et synsbesparende øjenimplantat er ikke anderledes end en synsnedbrydende mikrobe. Begge vil blive behandlet som en fremmed angriber, og angreb. Dette immunsystemangreb kan føre til ophobning af cellulært materiale omkring implantaterne, reducere deres effektivitet.

En mulig løsning, som Choo og hans team rapporterede i en nylig artikel i tidsskriftet Avancerede sundhedsmaterialer , involverer at bruge en udvendig ring lavet af silicium, der er "ru" på nanoskala, så den spreder lyset i stedet for at reflektere det. Den lysspredende ru overflade-som giver ringen et sort udseende-afskrækker også celler fra at låse sig fast på enheden, forhindrer det i at blive tygget af biomateriale efter implantation. Desuden, det faktum, at sort silicium ikke reflekterer lys godt, gør det lettere for den håndholdte sensor at få en aflæsning fra den reflekterende overflade inde i enheden.

Næste, teamet planlægger at undersøge andre materialer, der yderligere kan forbedre enhedens funktionalitet.