如果把人的眼球看作一个气球,那么近视者的眼球就是一个被吹大变薄,且向后拉长的气球。这种“拉长”是不可逆的,而且近视度数越高,这样的“形变”越大。因此,与低度近视者相比,高度近视者面临更多风险,例如视力恶化、出现病理性症状,甚至失明。
目前常见的控制高度近视继续发展的手术是后巩膜加固(PSR)手术。该手术将特定的器件材料植入眼球壁后方的黄斑区域,对其进行加固,阻止“变形的气球”继续变大、被拉长,或者将“变形”凸出的部分“顶”回去。
眼部手术是一项精细活儿,十分考验医生的手艺,这无形中加大了不确定性。为此,电子科技大学教授薛欣宇团队、四川省人民医院眼科教授钟捷联合国内多家科研机构的研究人员,利用电解气泡致动,设计出一种用于高度近视治疗的无线无电池眼部调节贴片。相关论文近期发表于《自然-通讯》。
一次就诊收获意外合作。2022年,钟天延突感眼底有些不适,便计划到四川省人民医院就诊,预约到了一位“家门”——钟捷。就诊期间,为缓解紧张气氛,钟捷主动问起钟天延的学业。当听到对方在电子科技大学攻读博士,于脑机接口、深脑刺激领域有涉猎时,钟捷称自己也在做一些医工融合的东西,并表达了合作意向。回校后,钟天延将这件事告诉了导师薛欣宇。不久后,钟捷特地到电子科技大学和薛欣宇团队见了一面。
设计之初,团队研究和参考了目前同类型器件,最终将器件设计成三角结构的贴片。该贴片只有拇指大小、有3个支脚,中部还有一块呈马蹄形的主要功能区。整个贴片重量仅为0.41克、厚度4毫米,每两条“腿”之间距离为19毫米。贴片虽小,但“五脏俱全”。该系统的一大特点就是集成性强,承载了压电换能器、电化学微致动器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路等多个板块,它们发挥着不同的作用。
要想启动这些功能,必须通电。在贴片的3条“腿”上,各有一个直径3毫米、厚度1毫米的圆片。它们是3个高灵敏度的锆钛酸铅(PZT)压电换能器,系贴片的超声能量转换器和无线控制单元,可被视为贴片的供电“中枢”。薛欣宇介绍,贴片内并未设置电池或电线,而是利用外接的超声探头发射超声波,接收端压电换能器再将接收到的超声能转化为电能,以供植入式设备使用。
基于上述设计,目前团队选取了与人类眼部结构相似的实验动物兔和猪,分别以它们为对象进行了体内和体外实验。结果表明,该类型的贴片成功将实验兔的眼轴长度缩短了约1217微米,并将巩膜强度增加了387%。而对猪进行的体外实验中,团队通过OCT图像直观感受并记录下了眼球巩膜变化过程。
不过,薛欣宇强调,目前他们只是通过实验验证了贴片的可行性,距离实现成果转化,真正投入临床应用并最终造福高度近视患者,还有很长的路要走。