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智慧隱形眼鏡與智慧眼鏡組合型態醫療設備發展近況

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科技產業資訊室 (iKnow) - Legolas 發表於 2020年1月16日
韓美大學研發團隊智慧隱形眼鏡組合醫療設備:監測糖尿病患者血糖數值並提供藥物治療眼疾病變
 
韓國浦項科技大學(POSTECH)的材料科學與工程教授Sei Kwang Hahn及其研究團隊、史丹佛大學醫學眼科系(Department of Ophthalmology at Stanford University)研究團隊與史丹佛大學化學工程系研究團隊共同合作,於2020年1月7日在世界著名期刊《自然評論材料》(Nature Reviews Materials)上發表了一種智慧光學隱形眼鏡和對應的可穿戴醫療設備,此智慧光學隱形眼鏡和可穿戴醫療設備:(1)監測糖尿病患者的血糖值,並且能(2)因應血糖值變化,即時釋放藥物來治療糖尿病性視網膜病變。
 
目前已知的Sei Kwang Hahn教授的相關核准專利為US10399291B專利家族。如此 ’291專利第14圖所示,此發明係為一個智慧隱形眼鏡(smart contact lens)和智慧眼鏡(smart eyeglass)組合,可用於監測糖尿病,並且依據需要釋放藥物。


圖一、原 '291專利第14圖:智慧隱形眼鏡與智慧眼鏡外觀圖片(images of a contact lens and smart glasses)

如IEEE SPECTRUM, 2016 五月報導與此 '291專利第5圖所示,其中智慧隱形眼鏡係由兩個柔軟的有機矽水凝膠層(soft silicone hydrogel layers)組成,中間夾有一個環形電路。

圖二、原 '291專利第5圖:智慧隱形眼鏡中結構與訊號傳輸/接收裝置 (the structure and a signal transmitting and receiving process of a smart contact lens)

如此 ’291專利第13圖所示,該環形電路包含四個組件:電化學葡萄糖傳感器(BioSensor),微控制器晶片(IC Chip),藥物輸送系統(Electrode)和一個WiTricity天線感應線圈(Transmitter Coil)。此WiTricity天線感應線圈用於接收來自智慧眼鏡眼鏡的無線傳輸電能。
 

圖三、原 '291專利第13圖:圖示說明智慧隱形眼鏡製程和如何透過Witricity線圈進行無線電能傳遞與無線通訊 (diagram illustrating a process of producing a contact lens and energy supply and wireless communication using WiTricity)
 
當眼淚中所包含的葡萄糖濃度升高時(代表血液中血糖值上升),會使得電化學葡萄糖傳感器的輸出電流增加,而微控制器晶片也會透過此WiTricity天線感應線圈,將這些電流輸出增加所代表的血糖值上升值以RF無線訊號傳輸到智慧眼鏡上;甚至當眼淚中所包含的葡萄糖濃度過高時,智慧眼鏡上的LED會發出警報。

其中藥物輸送系統部分包含:多個藥物容納腔體,以及覆蓋在此多個藥物容納腔體上的電極薄膜。系統可透過兩種方式來產生藥物釋放信號:(1)用戶使用語音命令告訴智慧眼鏡將藥物釋放信號發送到智慧隱形眼鏡中的微控制器晶片、或(2)智慧眼鏡上的控制電路自動決定何時釋放藥物。當智慧隱形眼鏡中的微控制器晶片接收到此藥物釋放信號時,微控制器晶片會施加電壓在電極薄膜上,以破壞此多個藥物容納腔體其中之一,進而釋放藥物到眼球角膜上,再滲透進入患者眼球中產生藥效治療。

如此智慧眼鏡能以WiTricity無線傳輸方式供應電能給患者所配戴的智慧隱形眼鏡,且智慧眼鏡與智慧隱形眼鏡間能以RF無線通訊傳遞傳感器的葡萄糖濃度、藥物輸送濃度...等等。藉由設置多個藥物容納腔體,智慧隱形眼鏡可設計包含一個月所需的藥物。
 

圖四、韓國浦項科技大學(POSTECH)的材料科學與工程教授Sei Kwang Hahn研究相關網頁,參考資料(2)
 
美商Google監視糖尿病血糖數值的智慧隱形眼鏡型態醫療設備產品

谷歌也有類似產品設計的專利申請案構想,Google於2015年3月公開了一種用於糖尿病監測的隱形眼鏡的專利申請案家族,該申請案家族稍後核准為US9557582B2、TW-I531178B。該專利揭露了可對隱形眼鏡進行無線傳輸供電並與進行無限數據通訊,如此可將隱形眼鏡配置為糖尿病患者監測葡萄糖水平的設備,但並未揭露藥物釋放系統。

瑞士商Sensimed監視青光眼眼壓的智慧隱形眼鏡型態醫療設備產品

另外瑞士Sensimed公司已經在歐美公開銷售Triggerfish智慧隱形眼鏡,可監測青光眼的眼壓。Triggerfish智慧隱形眼鏡是一種傳感器,可監測角膜曲率的變化,角膜曲率是形成眼睛前部的透明圓頂狀組織。根據Sensimed公司的臨床分析結論,這些角膜變化直接對應於眼壓的波動,這是某些類型的青光眼的特徵,故可據此來設計可監測青光眼眼壓的智慧隱形眼鏡,參考資料(4)~(5)。

結語

台商已經掌握製造隱形眼鏡的相關技術,如何能繼續升級技術加上電學、藥學和醫學眼科等技術,把單純矯正視力的光學隱形眼鏡,或年輕小姐愛美配戴的瞳孔放大片,進一步轉型升級為糖尿病或青光眼的醫療設備,就有賴台商急起直追,趕上歐美韓的技術了。(1328字;圖3)


參考資料:
(1) No Need to Draw Blood. Smart Photonic Contact Lens for Diabetic Diagnosis and Retinopathy Treatment. POSTECH, 2020 Jan. 10.
(2) Prof. Sei Kwang Hahn, Blood sugar-measuring, drug-delivering smart lens. POSTECH,  出版時間不詳
(3) Smart Contact Lens-Eyeglass Combo Monitors Diabetes and Delivers Drugs. IEEE SPECTRUM, 2016 May 30.
(4) A contact lens that tracks ocular pressure may help treat glaucoma. IEEE SPECTRUM, 2010 May 28.
(5)The FDA Approves Marketing of the Triggerfish "Smart" Contact Lens Sensor to Monitor Glaucoma Eye Pressure. VISIONAWARE BLOG, 2016 Mar. 15 



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