智能隐形眼镜：科学幻想？技术颠覆？还是赛博朋克？

2012年6月，谷歌I/O开发者大会的最后阶段，谷歌联合创始人谢尔盖•布林（Sergey Brin）戴着谷歌眼镜（Google Glass）亮相。在他背后的屏幕上，是在发布会上空飞机里的两名谷歌工程师。突然，他们背着降落伞跳出飞机，降落在发布会场的屋顶上。大屏幕直播了跳伞的全过程，会场上的人们通过他佩戴的谷歌眼镜体验了高空降落的视觉冲击。

图片来源：2012年谷歌I/O开发者大会

尽管在发布会上的这场表演轰动一时，但随后几年使用者们反馈更多的则是抱怨，比如眼镜太重佩戴不便、视野难受、续航能力差、散热问题导致右太阳穴位置发烫严重等等。更有人认为，谷歌眼镜的拍摄功能，侵犯了大众的隐私。当然，不菲的价格也是谷歌眼镜难以占领市场的关键原因之一。最终，2015年产品停止销售，或许，谷歌眼镜只是出现在了不属于它的时代里。

技术本身不值得炫耀，重要的是能否带来真正的价值。谷歌眼镜没有取得市场上的成功，但它并不是一次没有价值的尝试，至少揭示了智能可穿戴设备能为人类社会带来颠覆性的改变，并引发了人们对于技术界限的讨论。智能眼镜的研究还未退场，更加“科幻”的智能隐形眼镜研究也开始激发起业内的兴趣。

佩戴智能隐形眼镜的特工。图片来源：电影《碟中谍4》

提到智能隐形眼镜，你可能会联想到很多电影桥段。比如，《碟中谍4》中特工布兰特当着敌人的面，用智能隐形眼镜拍摄并无线传输关键文件。

图片来源：电影《碟中谍4》

在现实世界里，智能隐形眼镜的研究者们更多的专注于一些疾病的诊断、监控以及视力障碍者的治疗与视力恢复。这样既没有佩戴不便的问题，又避免了侵犯隐私权的担忧。早在2014年，谷歌就宣布与诺华公司合作研发一款智能隐形眼镜，遗憾的是，合作于2018年终止。另一家坐落于美国硅谷名为Mojo Vision的公司则尝试AR光学显示元件、运动传感器等集成在隐形眼镜中，由一核ARM处理器驱动，该项目已筹集到1.59亿美元融资。无独有偶，瑞士的Sensimed公司也研发了一款智能隐形眼镜，通过对眼角膜周边眼压的连续监测，实现对青光眼的防治 ^[2]。

关注智能隐形眼镜的不仅仅这几家公司。近日，韩国延世大学Jang-Ung Park与庆北大学Hong Kyun Kim等研究者在Science Advances 杂志上发表论文，报道了一款基于石墨烯场效应晶体管的智能隐形眼镜以及热贴片，通过实时测量泪液中基质金属蛋白酶-9的浓度，经手机远程监测，实现慢性眼表炎症（ocular surface inflammation，OSI）的即时诊断和治疗。

真人试戴OSI诊断用智能隐形眼镜。图片来源：Sci. Adv.

柔软的智能隐形眼镜，将柔性的石墨烯FET、生物传感器、无线天线、电容器、电阻器、NFC芯片集成在柔性透明凝胶上。其中银纳米线作为电极，平均直径为25±5 μm，由此制备的NFC芯片（线圈内径4.65 mm；外径11.5mm）具有更高的透明度，可见光透过率~70%。另外，连接有蓝牙模块的可伸缩的透明热贴片可贴到患者的眼睑处，用于缓解OSI。

智能隐形眼镜诊断和治疗系统示意图及基本参数测定。图片来源：Sci. Adv.

这种隐形眼镜表现出优异的机械性能，拉伸应变高达80%，在变形条件下具有高稳定性，弯曲半径~70 μm下，器件电阻几乎不变。同时，隐形眼镜具有良好的透明度，在可见光波长范围内的透射率为90%，以避免干扰佩戴者的视觉。

智能隐形眼镜制备工艺示意图。图片来源：Sci. Adv.

由于人们每天注视屏幕的时间增加，以及空气污染和人口老龄化等，慢性OSI，包括干眼症、睑板腺功能障碍等疾病在普通人群中的患病率持续上升。目前，慢性OSI一般通过观察眼表面上皮细胞、泪液分泌等方式诊断。基质金属蛋白酶-9（MMP-9），作为OSI的生物标记物，其浓度可以准确地诊断OSI症状。传感器对泪液中MMP-9浓度的病理范围（1至500 ng/ml）具有高度响应性。在2 ng/ml时，信噪比为8.14，检出限为0.74 ng/ml，传感器的响应时间为~2.5s。

MMP-9生物传感器及小鼠实验。图片来源：Sci. Adv.

正常状态下，泪腺分泌泪液确保眼球表面湿润，而睑板腺分泌的脂质层可以防止水分蒸发。当腺体受损时，会导致眼表水分过度蒸发，这是导致慢性OSI的主要原因。因此，研究者在PDMS静电纺丝银纳米线电极，制备了轻便的可穿戴热贴片，利用手机自动调整温度，通过对眼睑的热处理可以有效缓解眼睛干涩等症状。

用于热治疗的可穿戴热贴片。图片来源：Sci. Adv.

患者通过佩戴隐形眼镜，可以对日常活动中MMP-9定量分析，建立个人健康状况数据库。隐形眼镜和热贴片对人体无毒无刺激，通过对一位试戴小姐姐的实验，智能隐形眼镜将眼泪中MMP-9的浓度数据传输到智能手机上，根据数据进行诊断，使热贴片能够即时地开启热疗。

试戴小姐姐。图片来源：Sci. Adv.

相比于汗液，泪液中含有更加丰富的蛋白质，这些蛋白质与血液中的蛋白质成分更为相似。因此开发出专门针对泪液中分析物的生物传感器，可以更好地实时非侵入检测人体的健康信号，搭建起理想的可穿戴诊断平台。随着柔性电子学领域的发展，智能隐形眼镜正在与传感器、AR平台等集成，并有望真正走向商业化。

智能隐形眼镜传感器概念图。图片来源：Sensors ^[4]

PS，小希很期待未来隐形眼镜可以像电影中一样，真的智能且安全，让人可以随时随地、自由自在、健健康康的上网或者刷剧……不过，各种资本千万不要在智能隐形眼镜中植入广告，突然蹦出来，不充VIP就关不掉，充了VIP还要看会员专属广告……

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Smart contact lens and transparent heat patch for remote monitoring and therapy of chronic ocular surface inflammation using mobiles

Jiuk Jang, Joohee Kim, Haein Shin, Young-Geun Park, Byung Jun Joo, Hunkyu Seo, Jong-eun Won, Dai Woo Kim, Chang Young Lee, Hong Kyun Kim, Jang-Ung Park

Sci. Adv., 2021, 7, eabf7194, DOI: 10.1126/sciadv.abf7194

参考文献：

[1] Mojo Vision公司官网：

https://www.mojo.vision/ 

[2] K. Gillmann, et al. Continuous 24-hour measurement of intraocular pressure in millimeters of mercury (mmHg) using a novel contact lens sensor: Comparison with pneumatonometry. PLoS One, 2021, 16, e0248211. DOI: 10.1371/journal.pone.0248211

 [3] Sensimed公司官网

https://www.sensimed.ch 

[4] R. C. Tseng, et al. Contact-Lens Biosensors. Sensors, 2018, 18, 2651. DOI: 10.3390/s18082651

（本文由小希供稿）