Forskare vid Caltech har utvecklat en implanterbar trycksensor som kan ligga i det mänskliga ögat i flera år i taget samtidigt som man trådlöst skickar data om ögats hälsa till patienten eller läkare. Implantatet kan göra det lättare att förhindra en av de främsta orsakerna till blindhet.

"Genom att sammanföra nya förpackningar och mikroelektronisk teknik, och i nära samarbete med ögonläkare, vi kunde designa en miniatyriserad, helt trådlös, och mycket känslig sensor, "säger Azita Emami, Caltechs Andrew och Peggy Cherng professor i elektroteknik och medicinsk teknik och en Heritage Medical Research Institute Investigator, och medförfattare av papper.

Sensorn är utformad för att övervaka ögonen på patienter med glaukom, en sjukdom som orsakar gradvis synförlust, vanligtvis till följd av för högt tryck inuti ögat. Glaukom är den näst vanligaste orsaken till blindhet efter grå starr, påverkar 65 miljoner människor världen över.

Patienter med risk för glaukom måste regelbundet besöka en ögonläkare för att få sitt intraokulära tryck (ögontryck) kontrollerat, vanligtvis med en enhet som kallas en tonometer. En tonometer pressar ett litet prisma mot ögats yta och bestämmer trycket inuti genom att mäta hur mycket ytan avböjer, ungefär som en person som klämmer en basket med fingrarna för att se om den är tillräckligt uppblåst.

Tonometrar anses vara guldstandarden för att mäta ögontryck, men de har nackdelen att bara kunna mäta tryck medan patienten besöker sin läkare. Det är ett problem eftersom ögontrycket varierar under hela dagen, och om tryckspetsar uppstår ibland utanför när en patient kontrolleras, deras läkare kommer inte att veta att de inträffar. Förfarandet kräver också användning av lokalbedövning.

Aubrey Shapero och Abhinav Agarwal (MS '14) —Caltech Engineering and Applied Science doktorander som arbetar i laboratorierna i Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen professor i elektroteknik och medicinsk teknik, och Emami - har skapat en enhet som kontinuerligt kan övervaka ögontrycket.

"Med vår trådlösa implanterade enhet, en patient kunde läsa sitt ögontryck när som helst, så ofta de vill, säger Agarwal, medförfattare till tidningen som beskriver deras implantat. "Att få förhöjt ögontryck tidigt skulle göra det möjligt för läkaren att ändra behandlingen om det behövs för att förhindra ytterligare synförlust."

Enheten är lite mindre än en krona och implanteras på en plats på ögats vita där den inte kommer att störa synen. Den består av en trycksensor, styrkretsar, och en antenn. Implantatet har inget batteri, gör den liten och långvarig. Under en läsning, radiovågor från en handhållen skanner tas emot av antennen och genererar en liten spänning som tillfälligt slår på enheten, som sedan tar en tryckavläsning och skickar tillbaka signalen till läsaren med samma antenn.

Ett stort framsteg med enheten är dess funktionella livslängd - så länge som fyra år enligt prognoser baserade på accelererade laboratorietester. Andra försök att bygga liknande enheter har stammats av den hårda miljön i människokroppen. Mellan vätskor som korroderar elektronik och sensorer som skadas av vävnadstillväxt, andra enheter som tidigare utvecklats både på Caltech och på andra håll fungerade högst en månad innan de behövde tas bort.

Caltech-teamet övervann problemet genom att inkapsla sin enhet i en specialbeläggning som består av en silikonoljebubbla omgiven av en biokompatibel polymer som kallas parylen.

"Inkapslingstekniken, som vi kallar 'parylene-on-oil', 'är vårt viktigaste genombrott, "Shapero säger." Kombinationen av flytande silikonolja och parylen visar mycket större tryckavläsningsstabilitet och korrosionsskydd än bara silikongel eller parylen ensam.

Enheten kan också modifieras för att ge behandling genom att lägga till en ventil som släpper ut små mängder vätska som tårar, när trycket stiger för högt, säger Shapero.

"Vi skulle skapa en" smart "glaukomdräneringsanordning där ett enda implantat kan mäta ögontryck och lindra alltför högt tryck, "säger han." På lång sikt, vi skulle vilja bygga ett slutet system, som kan justera flödet genom ventilen automatiskt beroende på tryckavläsningen. "

Forskarna säger att de hoppas kunna fortsätta utveckla enheten och kan börja testa den hos patienter under de närmaste åren.

"Vi förbereder oss för ytterligare tester med våra medarbetare vid Keck School of Medicine i USC, och vi siktar så småningom på att komma till kliniska prövningar hos människor och FDA -godkännande för användning hos patienter, "Säger Agarwal.

Pappret, betitlad, "En trådlös, Låg drift, Implanterbar intraokulär trycksensor med Parylene-on-oil inkapsling, "presenterades vid IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) i San Diego i april. Det har publicerats i IEEE Xplore databas.