电子科技大学林媛团队 Nat. Commun.：角膜受伤了，你就眨眨眼

2023-06-18 来源：高分子科技

眼睛是最复杂的器官之一，是人体与外界交互的天然半开放窗口。角膜是眼睛防御外界侵袭的第一道屏障，轻度角膜损伤能够自愈，中度/重度角膜损伤易引发浑浊进而导致不可逆的视觉功能丧失。角膜损伤治疗不仅需要伤口闭合，恢复角膜透明性及视觉功能至关重要。药物治疗、角膜移植、细胞疗法等是严重角膜损伤的主要临床修复手段，然而效果弱、供体少、疗程长、成本高等问题仍是临床医学面临的重大挑战。此外，角膜损伤后，日常眨眼过程中眼睑与角膜之间的刮擦会引发角膜二次损伤。现有角膜绷带镜能够缓解二次刮擦损伤，但难以促进角膜快速有序愈合。物理电场干预在促进组织快速有序修复领域具有广阔的应用前景。然而，干预实施的复杂性和安全性限制了此类疗法的广泛应用。

电子科技大学材料与能源学院柔性电子团队林媛教授课题组姚光提出了一种雪花启发、眨眼驱动的柔性可延展压电角膜接触镜，能够将日常眨眼能量有效地转化为脉冲电场直接作用于损伤角膜，在小鼠和兔子角膜碱烧伤模型中实现了高效有序修复验证。相关成果以“Snowflake-inspired and blink-driven flexible piezoelectric contact lenses for effective corneal injury repair”为题发表在国际期刊《Nature Communications》上。材料与能源学院柔性电子团队负责人林媛教授为通讯作者，第一/共同通讯作者为柔性电子团队姚光。电子科技大学陈科副教授（共同通讯作者）及团队提供了实验室帮助，电子科技大学附属医院·四川省人民医院眼科专家陈施言提供了角膜检测分析帮助，柔性电子团队潘泰松副教授提供了力学模拟帮助。该工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅、西藏自治区科技厅、电子科技大学医工交叉基金等项目的支持。

雪花启发的压电角膜接触镜如图1所示，器件集成后结构类似于商业美瞳隐形眼镜，佩戴过程中能够规避瞳孔遮挡，不影响固有视觉通路。通过力学结构设计及优化，在保证柔性可延展特性基础上，器件能够将机械能量转换为稳定输出（图2）。

图1. 眨眼驱动的压电角膜接触镜（BPCL）。（a）器件结构示意图和分解图。（b）器件在不同状态下的光学图像。

图2. 压电角膜接触镜（BPCL）的性能调控优化。（a）雪花启发结构设计（引用冬奥会图片；燕山雪花大如席）。（b）眨眼驱动器件的工作原理。（c）压电单元的性能优化。

眨眼驱动产生的单向脉冲电场能够促进角膜碱烧伤修复，在小鼠和兔子模型上实现了器件功能验证（图3）。生物医学机制研究表明，角膜接触镜干预可以调控具有双重作用生长因子在角膜上皮及基质中的分布，调节眼部微环境，减轻角膜基质纤维化，促进上皮有序排列，并恢复角膜透明度。通过器件干预，小鼠和兔子的角膜透明度及修复率提高50%以上。

图3. 压电角膜接触镜的干预效果验证。（a）器件干预对双重作用生长因子的调控修复机理。（b）小鼠角膜干预修复验证。（c）兔子角膜干预修复验证。

面向国家科技发展重大需求和人民生命健康，通过综合敏感电子学、微电子学、柔性力学、生物医学等多学科的交叉研究，电子科技大学柔性电子团队林媛教授课题组姚光及合作者已制备多种应用于健康监测、组织修复、神经调控的可延展柔性诊疗电子器件及原型系统，近年相关成果以通讯/第一作者身份先后发表在Nature Communications（2023; 2018）、Science Advances（2022）、PNAS（2021）、ACS Nano（2023; 2019）、Advanced Intelligent Systems（2023）、IEEE Electron Device Letters（2023）等国际期刊上。柔性诊疗电子技术的快速发展，可以实现相关疾病的早诊断和早干预，将极大地改变未来医疗保健方式，有望从源头上缓解医疗资源的供需矛盾。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39315-6

团队链接(欢迎加入)：https://materials.uestc.edu.cn/kxyj/kytd/rxwjbmdzqjtd.htm

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（责任编辑：xu）

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