科技前沿：接触镜黑科技

今天接触镜已经高度普及，尤其软性接触镜是非常容易配适的、适合多数角膜的、高透氧的镜片，而且价格是50年前价格的1/50。50年来，人们对接触镜的不断研究，包括对镜片材料、生产工艺、眼表形态学和测量、眼球生理解剖、镜片设计、镜片护理等的研究，不断扩展该领域的知识，未来接触镜科技仍然会继续突飞猛进。

在过去的50年中，接触镜一直在发展。硅水凝胶材料的出现，提高了软性接触镜的透氧性，也减少了配戴并发症，比传统的水凝胶镜片更优。日抛镜片大幅提高了配戴的安全性，有研究表明日抛软镜还可以减少配戴者的复查频率，戴日抛软镜的配戴者最长可以2年才复诊一次而无安全风险。

软性接触镜一直在创新连续过夜配戴的产品，但由于软镜直径大，镜片活动度相对少，镜下泪液交换少，虽然软镜材料的透氧性已经提升到了新高度，但连续过夜配戴的并发症还是比常规日戴的软镜高很多。（图1）

图1 连续过夜配戴比日戴软性接触镜的风险更大

硬性高透气性接触镜（RGP）则很好地解决了这一问题。RGP不含水、硬质、高透氧、活动度大、泪液交换好等特性让连续过夜配戴成为可能，在欧美一些国家允许RGP连续过夜配戴，最长的允许连续过夜配戴30天。

巩膜镜、半巩膜镜的出现则为复杂屈光不正，不规则角膜，重度干眼患者带来了兼顾清晰、舒适、持久良好的治疗效果。

接触镜的未来

数码技术、微电子、纳米科技和微电池技术会促进接触镜和微电子科技的结合，拓展我们对未来接触镜的创新设想。

一、生物传感技术与接触镜的结合

最新的芯片技术已经实现了原子级尺寸的芯片制造。所以可以在接触镜中植入能连续反映眼球生物环境刺激变化的各类微型传感器。接着，可以通过外部的分析、显示设备把传感器的数据呈现给用户或医生。其中，还需要解决给植入在接触镜中的传感器供能（微电池技术）的问题。而这些天马行空的想象已经开始逐步实现了。

1. 可测量眼压变化的接触镜

美国FDA批准了首款可测量眼压变化的接触镜，镜片由特殊的医用级的硅水凝胶材料制作，镜片内置环形的应变器，可感受角膜曲率的微小变化，依此来测量眼内压。

图2 可测量眼压变化的接触镜

2. 可检测血糖的接触镜

在接触镜中植入化学感受器能分析配戴者的泪液来判断代谢变化，比如血糖（图3）、脂质、一些特殊的蛋白质等（未来还可以测量抗体/毒素、微生物、血液酒精含量、炎性因子等）。也可以附带根据眼部微环境变化的药物缓释系统。

图3 可测量血糖变化的接触镜

二、安装微摄像头的接触镜

接触镜上还可以安装向外或向内的微型摄像头（图4）。比如现在已经在研究能拍摄和监控闭角性青光眼患者房角的接触镜（安装对内的摄像头）。未来将会出现能检测眼底血管的变化，实时监控眼部或全身的系统性疾病的接触镜。

图4 带微摄像头的接触镜

1. 接触镜在VR/AR（虚拟现实/增强现实）中的应用

VR头盔都很厚重。因为放映视频的显示器距离眼睛很近，而且需要在眼球向各方向转动时都有良好的视野，这就要求VR的光学镜片度数够高（一般是+20D），直径够大。而新的特殊的接触镜技术能解决这个问题，使得VR设备更美观、小巧、轻便（图5），可以不再使用笨重的头盔，只需要配戴VR接触镜（图6）和带微型显示器的眼镜就能实现同样的功能。而且眼球能向各方向转动都能有全面的视野，而且接触镜上有眼动定位追踪标记芯片，方便眼动追踪。

左：CR头盔 右：带微型显示器的眼镜

图5 接触镜使设备更轻便美观

图6 内置于接触镜的眼动定位追踪标记芯片

按摩尔定律，随着芯片技术的快速进步，未来可能连外戴的带微型显示器的眼镜都不需要就能实现AR效果，那Google眼镜也可以变为接触镜了。

由美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency）和美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）资助的一项研究中，就使用了一种新型的滤片和中央微镜片技术制作的AR接触镜（图7）。能用于看真实的世界，也能看极近距离的显示屏。

图7 AR接触镜

2. 可实时摄像的接触镜

也有安装对外的摄像头的接触镜，可以记录配戴者看到的一切，可用于执法（间谍）、工业、低视力和盲的人群。科幻大片的技术已经到来。

三、药物缓释接触镜

常规点眼液的方法，常常初始剂量较大，而药液很快流逝或被吸收，造成给药浓度不稳定。为了避免较高的初始剂量对眼和全身的不良反应，用接触镜作为药物的缓释系统是很好的方法。

眼球的解剖结构和生理特点使得药物很难穿透进入的作用靶点。通过泪液能进入到眼内的药物剂量一般只有1~5%。

使用接触镜作为眼液的缓释给药系统，目前研究聚焦于如何改进药物在镜片的储存，包括分子印刷技术，让药物更容易粘附在软镜材料中，或者让药物像三明治一样夹在镜片层间等。还有研究期望用泪液中的溶菌酶作为药物的缓释机制。药物用聚氨基葡糖作为其微胶囊外壳，在一般溶液中保持完整，而遇到泪液中的溶菌酶则被破坏，而释放其中的药物。

抗菌素、抗炎、抗青光眼、干眼等药物都可以用这种方式实现更好的给药和治疗效果。但接触镜药物缓释系统也有缺点，有些对光线敏感的药物会受到影响。此外镜片材料中的防腐剂也会影响药物作用。

四、老视和超视力接触镜

接触镜光学中心与视轴中心是不一定重合的，这种情况临床上称为kappa角，即光轴和视轴的夹角。当二者不重合时戴接触镜造成视轴偏离光学中心，会引入较多像差而影响视觉质量。这种情况在多焦点的老视接触镜上更显著，而且瞳孔大的时候更明显，因为后者中央光学区更小。kappa角大的患者戴多焦接触镜视觉质量下降更明显。而未来将会有针对个体Kappa角和瞳孔直径个性化设计的不对称接触镜（包括软镜、RGP等），使配戴者获得更好的视觉质量，甚至能实现超视力。

现在已有在镜片周边做不对称设计的技术，这意味着未来生产的镜片不一定是圆形的也能在角膜上获得良好的定位。

此外，利用特殊的流体介质（图8）或液晶（图9）可以制作可变焦（光度可变化）接触镜。由传感器先探测注视距离、辐辏变化、瞳孔直径变化等信息，计算眼球需要的矫正光度，改变镜片上液晶的分布，改变镜片厚度分布和前表面曲率，从而实现“自动变焦”。这将是最好的老视矫正工具。

图8 流体介质变焦接触镜

图9 液晶变焦接触镜

五、个性化近视控制接触镜

今天用于近视控制的多焦软镜和角膜塑形设计都是标准化的设计，未来会依据个体眼球周边离焦状态、瞳孔直径、kappa角等检查结果设计的个性化近视控制镜片。即，对周边离焦量、光学区直径、不对称设计量等的个性化设计，这样不但能提高视觉质量，更能提高近视控制效果。

六、模拟户外活动效果的接触镜

户外活动能有效防控近视。已有研究把LED灯内置到接触镜中，称为“量子点LED接触镜”（图10）。通过程序控制入瞳光线的色度、方向、持续时间和振幅模拟户外活动的光照效果以控制近视。这种技术还可以和日戴周边离焦软镜或夜戴角膜塑形镜结合以来应用。

图10量子点LED接触镜

七、治疗抑郁症/情绪失调的接触镜

在高纬度地区生活的人，或者常年阴雨的地区，因为少见阳光而抑郁症或情绪失调（常常是季节性的）高发。研究表明这类疾病可以通过移居到多光照，白昼长、温暖的地区而明显缓解甚至治愈。所以，有研究利用控制在接触镜上的光源技术（图11）用于治疗调节情绪失调。接触镜上的光源发出合适波长的光亮来刺激视网膜的神经节细胞，而这些细胞会通过一系列的生化神经机制改变人体褪黑素的分泌来调节情绪。

图11 光源控制接触镜用于治疗抑郁症

未来的接触镜更多地是高科技产品的载体，这些植入镜片的元件可能会增加镜片厚度、增加弹性模量、减少氧传导性，但也可以通过对边缘设计的改善而提高舒适度。

八、未来的接触镜验配——AI取代人类？

对眼表形态的精确测量分析，3D打印，基于临床验配算法的软件模拟配适评估系统将会发展出AI辅助的接触镜验配。AI可以按检测得到的临床数据，计算出最合理的配适，验配效果可比拟有经验的验配专家。这样不仅能大幅提高首次验配成功率，还能更精确地做个性化设计实现配戴者的超视力（2.0视力），或个性化的近视控制设计，获得更好的近视控制效果。

未来也许患者可以实现“自我验配”而不需要验配师介入了。

未来已来，只有想不到，没有做不到！

（图片均来源于文献资料）

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