Dùng kính áp tròng điện tử để theo dõi hoạt động của não

Kính áp tròng thông minh có thể cách mạng hóa cách chúng ta theo dõi hoạt động của não và chẩn đoán các bệnh thần kinh.

Các thiết bị giao tiếp thần kinh có thể cấy ghép được áp dụng rộng rãi trong các môi trường lâm sàng khác nhau để theo dõi hoạt động của não. Tuy nhiên, các thiết bị này có tính xâm lấn cao và do đó phải có khả năng sinh học, mềm mại để giảm thiểu thiệt hại và đủ nhỏ để cấy ghép. Bản thân thiết bị mặc dù, quy trình tiêm đòi hỏi một hoạt động chính xác cao, mang rủi ro riêng của nó.

Do đó, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm vi điện tử (meLAB), do Tiến sĩ Hadi Heidari tại Đại học Glasgow, và phối hợp với Wöhlk Contactlinsen GmbH và Đại học Aarhus đã đặt ra câu hỏi liệu có thể theo dõi hoạt động của não và các dấu hiệu quan trọng khác trong an toàn mà không bị xâm lấn?

Advanced Science News thông tin, theo truyền thống, kính áp tròng đã được sử dụng để điều trị suy giảm thị lực như cận thị, viễn thị và loạn thị. Ngoài ra, kính áp tròng điện tử đã được coi là một nền tảng hiệu quả, không xâm lấn để phát hiện và chẩn đoán các dấu hiệu quan trọng và dấu ấn sinh học cho các bệnh khác nhau, chẳng hạn như phát hiện nồng độ glucose ở bệnh nhân tiểu đường và chẩn đoán bệnh tăng nhãn áp.

Kính áp tròng được sửa đổi là không xâm lấn và dễ đeo, do đó có thể là một nền tảng khả thi để cảm nhận và theo dõi hoạt động của não mà không cần bất kỳ hoạt động tiêm hoặc phẫu thuật. Ví dụ, theo dõi dịch nước mắt và chuyển động mắt là những dấu ấn sinh học đầy hứa hẹn để chẩn đoán và theo dõi các bệnh thần kinh như Alzheimer và Parkinson.

Tuy nhiên, vì các thiết bị đeo thông thường cần có pin, những chiếc kính áp tròng thông minh này sẽ cần một phương tiện truyền năng lượng không dây để cung cấp năng lượng cho chúng. Một phương pháp gọi là truyền tải điện không dây đã được sử dụng trong các tình huống tương tự, trong đó năng lượng được truyền từ một thiết bị phát điện từ xa sang máy thu.

Truyền năng lượng khớp nối tự động (ICPT), là một công nghệ được thiết lập tốt, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh nơi các thiết bị cần nguồn điện không dây. ICPT dựa vào truyền năng lượng bằng cách sử dụng từ trường được tạo ra bởi hai cuộn dây được ghép và lý tưởng cho kính áp tròng điện tử do khả năng mở rộng, thiết kế đơn giản và hiệu quả cao.

Mặc dù là một phương tiện cung cấp năng lượng đầy hứa hẹn, đối với kích thước bánh rán bị hạn chế của kính áp tròng thông minh của đội (có đường kính trong 8 mm và đường kính ngoài 14 mm), tích hợp ăng ten thu - phải được tích hợp liền mạch vào thiết kế mà không cản trở tầm nhìn - trở thành một thách thức.

Bên cạnh những thách thức về sức mạnh và truyền dữ liệu, việc tích hợp hệ thống và đóng gói cũng rất quan trọng trong thiết bị đeo được thu nhỏ này. Mặc dù những tiến bộ gần đây trong công nghệ nano đã giúp việc tích hợp các thiết bị điện tử trở nên khả thi về mặt kỹ thuật, chẳng hạn như cảm biến, mạch, thu phát, ăng-ten và thậm chí hiển thị, trong giới hạn của kính áp tròng kích thước tiêu chuẩn, tất nhiên, các thành phần này không nên đi vào trực tiếp tiếp xúc với giác mạc hoặc kết mạc, vì điều này có thể dẫn đến các bệnh về mắt như viêm giác mạc hoặc viêm mô tế bào. Do đó, không cần phải nói rằng sự phát triển của các chiến lược đóng gói linh hoạt và tương thích sinh học cho các thành phần tích hợp là cần thiết.

Để giải quyết những thách thức này, Heidari và nhóm của ông đã thiết kế một ăng-ten hình xoắn ốc để cung cấp năng lượng và liên lạc, phù hợp với hình dạng bánh rán hạn chế của kính áp tròng thông minh trong khi vẫn duy trì mức tăng và hiệu quả. Các tiếp điểm thông minh được tạo ra bằng polyimide linh hoạt - một vật liệu thường được sử dụng cho các tiếp điểm - và ăng ten cuộn xoắn ốc, được bọc bằng polydimethylsiloxane (PDMS), lý tưởng vì đây là vật liệu linh hoạt, trong suốt và chi phí thấp. Một mắt in 3D đã được sử dụng để định hình chính xác độ cong của ống kính và ống kính được chứng minh là có khả năng truyền trong phần nhìn thấy của quang phổ - cho thấy nó sẽ không làm giảm tầm nhìn.

Tần số hoạt động của ăng-ten là 2,4-2 GHz, đây là tần số y tế đã được xác nhận bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) tại Hoa Kỳ. Ngoài ra, sự sinh nhiệt trong quá trình cung cấp năng lượng được theo dõi bằng phần mềm chuyên dụng cho các cấu trúc điện từ và được phát hiện là có phơi nhiễm điện từ an toàn ở người.

Kính áp tròng điện tử như vậy có thể đưa ra một viễn cảnh mới để theo dõi các dấu hiệu quan trọng và thực hiện chẩn đoán mà không cần tiêm thuốc đau đớn. Với sự cải thiện về băng thông rộng hơn và hiệu quả truyền cao hơn, kính áp tròng tích hợp electronics trong điện tử có thể là thế hệ tiếp theo của sản phẩm đeo được với các khả năng vượt ra ngoài khả năng điều chỉnh tầm nhìn.

Thanh Tùng (T/h)