用于非侵入式監控眼壓的傳感器隱形眼鏡、系統以及眼壓測量的方法

專利名稱：用于非侵入式監控眼壓的傳感器隱形眼鏡、系統以及眼壓測量的方法
技術領域：
本發明涉及用于使用非侵入式技術監控眼壓(IOP)的傳感器隱形眼鏡以及用于 使用這種傳感器隱形眼鏡測量眼壓的方法。具體來說，本發明涉及一種在中央區域包括透明聚合物納米復合材料的傳感器隱 形眼鏡，其連續地非侵入式地進行眼壓的直接測量。本發明還涉及包括所述傳感器隱形眼鏡的用于監控眼壓的遙測系統。
背景技術：
青光眼是由于眼壓(IOP)的增加而導致的一種眼睛疾病。這種眼壓增加導致視神 經的緩慢的不可逆損壞，這種損壞在早期很難檢測到并且由于一天中IOP的許多波動而難 以控制。因此，青光眼是生產部門中視覺缺陷或失明的第二主要原因。通過測量IOP來進行診斷和控制，并且所使用的最普遍的測量方法是Goldmarm拉 平眼壓測量法。因此，屬于同一所有者和發明人的專利U. S. 6，994，672和U. S. 7，169，106公開了 用于根據以上技術來測量眼睛的眼壓的設備。它們包括特定測量或在測量之間具有一定時 間的測量，因此是非連續的測量。在美國專利7，169，106的特定情況中，公開了一種隱形眼 鏡，該隱形眼鏡具有粘附于其部分內表面的傳感器。所述傳感器包括與眼睛表面的一部分 接觸的表面。該接觸表面包括被制作成阻抗元件的外部區域和內部區域，使得當內部區域 由于來自外部壓平器(applanator)對其表面的壓力而改變形狀時，其阻抗改變，外部壓平 器在表面上改變所述形狀并因此改變阻抗的。此外，專利申請WCV2003/001991公開了基于插入到硅酮眼鏡的外部區域的聚酰 亞胺基底上的微加工的應變測量器的傳感器眼鏡。IOP測量系統包括例如由硅酮制成的隱 形眼鏡以及附著于所述隱形眼鏡的有效應變測量器，其特征在于，有效張力測量器為圓弧， 并位于外部區域上且圍繞隱形眼鏡的C中心。所述隱形眼鏡將眼球變形與IOP改變相關聯，由此在典型的7. 8mm半徑中按照人 眼角膜約3μπι的曲率改變來間接地測量Ι0Ρ。此外，該測量系統及其準確性依賴于眼睛的 運動、眨眼和眼鏡的運動。這暗示了用以去除噪聲的信號濾波，尤其是如角膜厚度、硬度或 散光等因素，這些因素還影響測量的準確性并更加難以控制。值得注意的是，在所述國際專利申請中使用的材料是聚酰亞胺-硅酮的疏水材料 (導致與眼睛的液體表面有關的問題)。這樣，至今公開的系統僅測量IOP的變化，并不包括被認為是絕對壓力傳感器的
直接測量傳感器。因此，現有技術還未公開這樣的設備，如傳感器隱形眼鏡，其非侵入式地采取直 接、連續的IOP測量，這也克服了至今公開的技術的缺點。

發明內容
在第一方面，本發明涉及非侵入式傳感器隱形眼鏡，用于直接、連續地監控眼壓 (IOP)，包括對壓力變化敏感的、生物相容且透明的聚合物納米復合材料。在第二方面，本發明涉及用于使用根據本發明的第一方面的傳感器隱形眼鏡來測 量眼壓(IOP)的方法。在第三方面，本發明涉及用于監控眼壓的遙測系統，其包括所述傳感器隱形眼鏡。


圖1示出了根據本發明的傳感器隱形眼鏡，用于連續地非侵入式地監控眼壓，包 括截頂的隱形眼鏡1，其截面與該隱形眼鏡的基部平行；以及設置于中央的聚合物納米復 合材料O)，其附著于被截區域的周邊。所述材料包括接觸電極3和所述截頂的隱形眼鏡 1、用于將4個IOP測量數據傳送到外部系統(未示出)的裝置。在所述實施例中，傳送裝 置為有線的。圖2示出了本發明的遙測系統的實施例，其中通過遙測進行傳送的裝置包括集成 電路5和天線6。所述圖2示意性地示出了根據本發明的第一方面的傳感器隱形眼鏡的配 置，其中有機納米復合材料2連接到集成電路5，該集成電路5通過天線6將數據發送到接 收單元(RU)7。該單元可以位于支撐件上，該支撐件如以下圖4所示的眼鏡。另外，該單元 (RU)向集成電路提供電力，并能夠通過射頻(RF)或導線來發送存儲在數據處理單元8 (PC 或PDA(個人設備助手)類型)中的信息。該單元允許數據的操作、存儲和可視化。圖3示出了在眼壓(IOP)變化期間根據本發明第一方面的傳感器隱形眼鏡針對在 聚碳酸酯基部支撐件上的聚合物納米復合材料(BET-TTF)2IXBr3-X電阻率變化的響應的實 施例。圖4示出了本發明的放置在眼球上的傳感器隱形眼鏡的實施例，以及具有合并在 眼鏡框中的遙測元件的系統的操作圖，其中，附圖標記具有以上給出的意義。
具體實施例方式本發明的第一方面提供了例如由聚甲基丙烯酸甲酯制成的用于監控眼壓(IOP) 的傳感器隱形眼鏡，其特征在于，該傳感器隱形眼鏡包括截頂的隱形眼鏡(1)，其截面與 所述隱形眼鏡的基部平行；以及設置于中央的聚合物納米復合材料O)，其附著于被截區 域的周邊，所述材料對壓力變化敏感、生物相容且透明，并包括接觸電極(3)，以及特征在 于，其還包括用于將IOP測量數據傳送到外部系統的裝置。用于傳送IOP測量數據的裝置包括導線4或集成電路5，以及天線6，其中所述天 線6可以位于截頂的眼鏡1中或作為與聚合物納米復合材料2結合的元件。所述天線可以 由鉬、金或聚合物納米復合材料制成。另一方面，接觸電極3包括兩個外部電極，用于向聚合物納米復合材料提供連續 電力；以及兩個內部電極，用于測量其差分電壓。聚合物納米復合材料2從覆蓋有一層有機導電材料的聚合物基(基底)獲得，該 有機導電材料與聚合物基緊密鏈接。導電層由基于電荷轉移鹽的分子導體的晶體網格形 成。
有益地，使用所述聚合物納米復合材料能夠實現眼壓(IOP)變化關于電阻率變化 的線性響應。所述聚合物納米復合材料對于壓力變化敏感、生物相容且透明，具體來說由以下 獲得i)導電有機材料層，由包括分子A和摻雜劑D的至少一種鹽或導電復合物構成，所 述分子A為有機分子或大分子，是能夠形成鹽或導電復合物的電子施主或電子受主，但是 不摻雜的分子A不具有導電性，所述摻雜劑D是電子受主或電子施主化合物，其能夠與分子 或大分子A形成鹽或導電復合物；以及ii)基底或聚合物基，與有機材料層i)密切接觸，其中所述基底對于有機材料層 i)呈現惰性。這種分子或大分子A可以從以下中選擇并苯衍生物、暈苯衍生物、四硫富瓦烯衍 生物或四氰二甲基苯醌衍生物，優選為二(乙硫基)四硫富瓦烯(BET-TTF)或二(亞乙二 硫基)四硫富瓦烯(BEDT-TTF)。所述摻雜劑D是鹵素種類，有益地是從碘、溴或溴化碘 中選 擇的種類。優選地，所述鹽從以下中選擇=(BET-TTF)213、(BET-TTF)2Br· 3H20、 (BET-TTF)2IxBr3-X 和(BET-TTF) 2IxBr3-χ,其中 BET-TTF 是二 (乙硫基)四硫富瓦烯， BEDT-TTF是二(亞乙二硫基)四硫富瓦烯，優選為(BET-TTF)2Br ·3Η20，所述對于有機材料 的導電層呈現惰性的基底從以下中選擇絕緣有機聚合物，優選為熱塑性聚合物或彈性體， 更優選地為聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或聚丙烯。對于壓力傳感器應用，優選使用對于機械地周期施加的負荷具有高抵抗力、難以 被施加的負荷破壞的襯底。此外，對于該應用，優選使用具有有機層，該有機層對于壓力、變 形或應力敏感，由具有低耐熱系數的高壓阻材料構成，優選使用(BET-TTF)2Br ·3Η20作為有 機層。為了更好地理解聚合物納米復合材料2的獲得，包括西班牙專利申請Ρ200602887 的內容。有益地，根據本發明第一方面的傳感器隱形眼鏡可以在延長的時間段中獲得非侵 入式直接壓力值。另外，所使用的聚合物納米復合材料2避免了現有技術中與角膜厚度有 關的缺點。而且，有益的是，所述聚合物納米復合材料2不僅充當壓力傳感器，而且其組成允 許集成遙測電路被設計在其表面上，以便于提取信號，這樣，提供了易于使用的傳感器隱形 眼鏡，并使得能夠以最可能的生理方式來監控Ι0Ρ。因此，借助于熱打印技術，電子電路可以直接被設計在聚合物納米復合材料2的 表面上。為了更好地理解熱化學打印技術，國際專利申請W02007/014975的內容通過引用 合并于此。值得注意的是，依照根據本發明的傳感器隱形眼鏡，提供了一種人或動物眼睛的 眼壓的直接測量系統，其克服了迄今為止公開的技術的缺點。尤其是，根據本發明的第一方面，眼壓被直接轉換成整個聚合物納米復合材料的 變形，由此改變其阻抗，因此直接測量眼壓的變化。聚合物納米復合材料2由于其楊氏模數 而對壓力變化更為敏感，因此比包圍它的截頂的隱形眼鏡1更易變形。另外，所述聚合物納米復合材料完全是有機的，因此更好處理。根據本發明的第一方面的傳感器隱形眼鏡顯示出對在測量眼睛的眼壓所需的壓 力范圍(10到21mmHg之間)中的壓力的線性響應和高敏感性。在第二方面，本發明涉及用于使用根據本發明的第一方面的傳感器隱形眼鏡來測 量眼壓(IOP)的方法。所述方法包括以下步驟i)將所述傳感器隱形眼鏡放置在眼睛上，用以確定其眼壓；ii)在外部接觸電極之間提供直流電；iii)測量內部接觸電極之間的差分電壓Δ V ；iv)識別所獲得的值是否位于所述聚合物納米復合材料的阻抗相關性和壓力之間 的以電阻率變化來表示的線性響應之外。在本發明的優選實施例中，所述眼鏡的聚合物納米復合材料2是聚碳酸酯基底上 的分子導體(BET)2IXBr3-X,其給出在以下圖3中限定的線性響應。外部接觸電極之間的直流值典型地在10 μ A到100 μ A之間。在步驟iv)中識別所獲得的值是否超出根據本發明限定的聚合物納米復合材料 的線性響應范圍通過遙測法傳送到接收單元(UR)7，即通過射頻(RF)或導線發送到PC或 PDA(個人設備助理)來實現。根據本發明的第二方面，測量眼壓的方法的步驟iv)是確定疾病(已知為青光眼) 存在的必要步驟，該步驟在人或動物體的外部進行。在第三方面，本發明還涉及包括所述傳感器隱形眼鏡的遙測系統。該系統的特征 在于，其包括根據權利要求1到8中的任一權利要求的傳感器隱形眼鏡、用于通過射頻(RF) 或導線接收數據的接收單元(7)，將信息發送到PC或PDA類型的數據處理單元(8)用于對 數據進行處理、存儲和可視化。本發明的實施例以下示例性實施例描述了本發明的非侵入式眼壓(IOP)監控的系統和在人或動 物中使用的方法。用于本發明的非侵入式IOP監控系統的實現目標是允許連續監控(例如24小 時)，以評估整個一天中發生的、能夠按小時(生理節律)或由于藥物作用而完整標記的壓 力變化。利用特定測量法難以或不可能檢測到這些波動。本發明的這種傳感器監控非常 精確并與先前已知的其它系統在生理上不同。作為本系統的目標的人主要是易患青光眼的 人，對于青光眼而言，波動非常重要。PIO測量系統的描述該實例使用本發明的IOP監控系統，包括以下配置 用于非侵入式測量IOP的傳感器隱形眼鏡，由根據圖1的具有導線的傳感器隱形 眼鏡模型構成。標準的眼鏡切口平行于眼鏡的基部，留出附著有透明的有機聚合物納米復 合材料的直徑為6mm的周界，并存在4個直徑為3mm、間隔為Imm金電極。所述電極通過導 線連接到測量系統。使用用于測量傳感器材料的強度的四線設備(例如，Agilent 34970A萬用表數字 源表、Keithley 2400數字源表、Keithley 2601數字源表)。在兩個外部電極(1+和1_) 之間注入ΙΟμΑ到100 μ A之間的電流(DC)，測量內部電極(V+和V-)之間的電壓差。
所獲得的值顯示出與壓力變化(毫米汞柱)有關的阻抗變化(Ω)。根據圖3中所 示的針對聚碳酸酯基底上的(BET-TTF)2IXBr3-X的分子導體中的聚合物納米復合材料的阻 抗-壓力相關表，這些值與壓力值有關。方法描述校準 在將其放進眼睛之前，使用標準裝備(Goldmarm壓平眼壓測量法)對IOP進行測 量，并且自系統監控相對壓力值開始將該IOP值作為參考值。處理和測量然后像普通的隱形眼鏡那樣對傳感器隱形眼鏡進行放置。該實例使用導線模型， 因此需要考慮將導線引導至眼睛的外沿，使得眼瞼能夠不受干擾地打開與閉合。該導線從聚合物納米復合材料2連接至儀表。將24小時記錄數據。數據被轉發 給PC用于存儲、過濾和分析。值的計算最后，在利用所記錄的初始絕對值校準的24小時圖上顯示數據。IOP的正常值由于生理節律而在一天中波動。IOP值在10到2ImmHg之間。峰值 或超出基本值的眼壓增加將帶來對患者的治療的改變，以避免傷害視神經。在監控期間，由于傳感器眼鏡是透明的，因此患者的視力保持正常。在結合遙測技術(參見圖2)的模型中，人能夠繼續其日常的生活，并且該IOP測 量甚至更好地反應被測量IOP的人的正常生理狀態。
權利要求
1.一種傳感器隱形眼鏡，用于非侵入式地監控眼壓(IOP)，其特征在于，該傳感器隱形 眼鏡包括截頂隱形眼鏡(1)，其截面與所述隱形眼鏡的基部平行；以及聚合物納米復合材 料O)，其設置在中央并附著于被截區域的周邊，所述材料對壓力變化敏感、生物相容且透 明，并包括接觸電極(3)，以及，所述傳感器隱形眼鏡還包括用于將IOP測量數據傳送到外 部系統的裝置。
2.根據權利要求1所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述聚合物納米復合材料由以下獲得i)有機材料層，由包括分子A和摻雜劑D的至少一種鹽或導電復合物構成，所述分子 A為有機分子或大分子，是能夠形成鹽或導電復合物的電子施主或電子受主，但是在不摻雜 的情況下不具有導電性，所述摻雜劑D是電子受主或電子施主化合物，其能夠與分子或大 分子A形成鹽或導電復合物；以及 )基底或聚合物基，與所述有機材料層i)密切接觸，其中所述基底對于所述有機材 料層i)呈現惰性。
3.根據權利要求1或2所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述聚合物納米復合材料(2)基 于聚碳酸酯聚合物基上的(BET-TTF)2IxBr3-x。
4.根據權利要求1所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述截頂隱形眼鏡(1)由聚甲基丙烯 酸甲酯制成。
5.根據權利要求1所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述傳送IOP測量數據的裝置包括導 線(4)或者是集成電路(5)和天線(6)。
6.根據權利要求1和5所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述天線(6)位于截頂隱形眼鏡 (1)中。
7.根據權利要求6所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述天線(6)由鉬、金或所述聚合物納 米復合材料制成。
8.根據權利要求1所述的傳感器隱形眼鏡，其中所述接觸電極(3)是用于提供直流電 的兩個外部電極和用于測量差分電壓的兩個內部電極。
9.一種使用根據權利要求1到8中任一權利要求的傳感器隱形眼鏡來測量眼壓(IOP) 的方法，包括以下步驟i)將所述傳感器隱形眼鏡放置在眼睛里，用以確定眼壓； )在外部接觸電極之間提供直流電；iii)測量內部接觸電極之間的差分電壓AV;iv)識別所獲得的值是否位于所述聚合物納米復合材料的阻抗和壓力的相關性之間的 以電阻率變化來表示的線性響應之外。
10.根據權利要求9所述的用于測量眼壓(IOP)的方法，其中，所述聚合物納米復合材 料基于聚碳酸酯聚合物基底上的分子導體(BET-TTF)2IXBr3-X,獲得圖3中限定的線性響應。
11.一種用于監控眼壓的系統，其特征在于包括根據權利要求1到8中任一權利要求 的傳感器隱形眼鏡；以及數據接收單元(7)，該數據接收單元(7)通過射頻(RF)或導線將 信息發送到PC或PDA(S)類型的數據處理單元，用于數據處理、存儲和可視化。
全文摘要
本發明的特征在于其包括截頂的隱形眼鏡(1)，其截面與所述隱形眼鏡的基部平行；以及設置于中央的聚合物納米復合材料(2)，其附著于被截區域的周邊，所述材料對壓力變化敏感、生物相容且透明，并包括接觸電極(3)，以及，其還包括用于將IOP測量數據傳送到外部系統的裝置。本發明還涉及一種用于使用所述眼鏡來測量IOP的方法，包括i)將所述傳感器隱形眼鏡放置在眼睛上，用以確定其眼壓；ii)在外部電極之間提供直流電；iii)測量內部電極之間的ΔV；以及iv)識別所獲得的值是否位于聚合物納米復合材料的以電阻率變化表示的線性響應之外。本發明還涉及包括所述眼鏡的遙測系統。
文檔編號A61B3/16GK102098956SQ200980127662
公開日2011年6月15日 申請日期2009年6月5日 優先權日2008年6月6日
發明者喬塞·卡洛斯·帕斯托爾, 勞爾·馬丁埃蘭斯, 埃萊娜·勞希娜, 安東·吉梅拉, 康塞普西奧·羅維拉, 弗拉迪米爾·勞欣, 瑪爾塔·馬斯-托倫特, 羅薩·維利亞桑斯, 豪梅·貝西亞納, 費爾南多·烏薩姆, 霍爾迪·阿吉洛洛貝特 申請人:加泰羅尼亞高等研究院(Icrea), 巴利亞多利德大學, 巴塞羅那自治大學, 康斯喬最高科學研究公司, 西貝爾-Bbn公司