ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ УМНЫХ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ
ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ УМНЫХ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ
Аннотация
Представлена история становления и развития умных контактных линз, начиная с 1508 г. Дано понятие человеческому глазу и его функциям. Показано, что в настоящее время на рынке офтальмологической продукции представлены контактные линзы для коррекции различных аномалий рефракции: близорукости, дальнозоркости, астигматизма, пресбиопии и пр. Отмечено, что катаракта, глаукома и диабетическая ретинопатия затрагивают 2,2 млрд человек во всем мире. Дано определение контактных линз и области применения. При этом по различным признакам контактные линзы подразделяются на мягкие, жесткие, газопроницаемые, пролонгированного ношения и одноразовые. С конца 2000-х годов была разработана технология мониторинга внутриглазного давления глаукомы (представляющая одну из основных причин слепоты), требующая регулярного контроля внутриглазного давления умными контактными линзами, со встроенными датчиками давления. В течение 2010-х годов появились значительные технологии, обеспечивающие возможности биологического зондирования организма человека. Установлено, что в настоящее время разрабатываются контактные линзы, которые содержат наноструктуры и оснащены встроенной микроэлектроникой, которая позволяет им выполнять функции, выходящие за рамки коррекции зрения пользователя.
1. Введение
Человеческий глаз — весьма сложный орган, который предоставляет в мозг важную физиологическую информацию посредством своей богатой библиотеки метаболитов. Так, поверхность роговицы уникальным образом представляет собой удобный и неинвазивный интерфейс для физиологических условий в организме человека. Глаза напрямую связаны с мозгом, печенью, сердцем, легкими и почками и, таки образом, могут служить окном в организм человека.
В настоящее время во всем мире наблюдается значительный рост числа нарушений зрения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нарушение зрения происходит вследствие нескорректированной рефракции, заболевания поверхности глаза, инфекционного заболевания роговицы, кератоконуса, возрастной дегенерации желтого пятна, синдрома сухого глаза, кератита и др. При этом катаракта, глаукома и диабетическая ретинопатия затрагивают 2,2 млрд человек во всем мире.
В настоящее время на рынке офтальмологической продукции (следует отметить, что 253 млн. человек во всем мире живут с серьезной формой нарушения зрения – вследствие катаракты, диабетической ретинопатии, дегенерации желтого пятна, глаукомы и отслоения сетчатки) представлены контактные линзы для коррекции различных аномалий рефракции: близорукости, дальнозоркости, астигматизма, пресбиопии и пр.
Методологическую основу такой работы составляют:
1. Философский метод, на котором базируются полученные аналитические зависимости, выводы и теории развития современных технологий «smart-медицины».
2. Общенаучный метод, на базе которого осуществляется научный анализ мировой практики и опыта перехода на повсеместное распространение технологий smart-медицины.
3. Классификационно-сравнительный метод, позволяющий с научной точки зрения рассмотреть наиболее перспективные направления smart-медицины.
2. Основная часть
2.1. Определение контактных линз и области применения
Контактные линзы представляют тонкие офтальмологические устройства, которые могут быть частично или полностью оптически прозрачными.
В настоящее время контактные линзы используются для многих целей, в том числе для лечения нарушений зрения (путем коррекции показателя рефракции), доставки терапевтических препаратов, обеспечения диагностики (путем исследования аналитов слезы) и протезирования (для косметических целей).
По различным признакам контактные линзы подразделяются на мягкие, жесткие, газопроницаемые, пролонгированного ношения и одноразовые.
2.2. История становления и развития умных контактных линз
Контактные линзы прошли довольно долгий путь с момента своего первого изобретения, эволюционировав от жестких и неудобных конструкций до современных мягких линз, которые в настоящее время во всем мире используют миллионы людей. Контактные линзы уже давно используются для коррекции зрения или изменения цвета глаз пользователя
, но новые технологические достижения сделали их следующим рубежом инноваций.Первая идея контактных линз, основанная на изменении оптической силы роговицы, была выдвинута Леонардо да Винчи и описана им в «Кодексе Глаза» в 1508 г.
В 1636 г. Декарт предложил другой инструмент, основанный на коррекции зрения, помещенный в прямой контакт с роговицей.
И хотя ни одна из этих идей не была практически применима
, , , они мотивировали выдвижение концепции заполненного жидкостью «глазного стакана», разработанного Томасом Янгом в 1801 году. Это устройство, хотя оно и было предназначено для исследования механизмов аккомодации глаза, являлось предшественником появления контактных линз различного предназначения.В 1827 г. сэр Джон Гершель, британский астроном, усовершенствовал прототип Юнга, разработав принципы для лучшего соответствия реальному человеческому глазу
, , . Его идеи включали «сферическую стеклянную капсулу, наполненную животным желе» и «форму» пригодными для улучшения частных систем отслеживания в здравоохранении.В 1887 г. была изготовлена из стекла первая практическая контактная линза, применимая для здоровья человека, и подогнаны так, чтобы покрывать весь глаз. Эти ранние линзы были жесткими и создавали проблемы с комфортом и возможностью ношения.
В 1939 г. произошел значительный прорыв, когда контактные линзы были изготовлены из пластиковых материалов, что повысило комфорт и удобство использования.
В 1948 г. чешские химики Отто Вихтерле и Драшослав Лим изобрели воздухопроницаемый пластиковый материал, что привело к разработке мягких контактных линз, которые покрывали только роговицу. Эти мягкие линзы произвели революцию в этой области и позволили увеличить время их ношения пациентом без особых проблем со здоровьем.
В период до 2000-х годов была разработана и реализовывалась идея интеграции датчиков в контактные линзы для медицинских целей, которая заложила основу для будущих инновационных и наукоемких разработок.
В начале 2000-х гг. в офтальмологии стали реализовываться достижения, полученные в области биосенсорных технологий (особенно в области микроэлектроники и миниатюризации датчиков), которые открыли новый путь для разработки интеллектуальных контактных линз.
В это период исследователи начали изучать возможность встраивания датчиков (которые подключены к микроэлектронике, которая обрабатывает данные и передает их по беспроводной связи на внешние устройства для анализа организма человека) в контактные линзы для мониторинга различных физиологических параметров.
В середине 2000-х годов были разработаны технологии непрерывного мониторинга уровня глюкозы в жидких выделениях человеческого глаза.
Одно из самых ранних и самых известных применений интеллектуальных контактных линз было в области управления диабетом. Исследователи начали разрабатывать различные прототипы, которые могли бы непрерывно контролировать уровень глюкозы в слезах, предлагая неинвазивную альтернативу традиционным методам взятия крови из пальца. Это ознаменовало значительный шаг на пути к улучшению качества жизни людей, больных диабетом.
Значительный технологический прорыв произошел, когда умные контактные линзы доказали значительную способность помощь в диагностике и клиническом лечении современных глазных заболеваний
, .Для этого они имеют сенсорные устройства для проверки характеристик глаза, включая внутриглазное давление (ВГД) и состав глазной жидкости. Кроме того, они предоставляют ценную статистику состояния организма пациентов для последующего анализа и лечения современных заболеваний (включая глаукому, кератит и диабет).
С конца 2000-х годов была разработана технология мониторинга внутриглазного давления глаукомы (представляющая одну из основных причин слепоты), требующая регулярного контроля внутриглазного давления умными контактными линзами, со встроенными датчиками давления. В результате возникло как решение, позволяющее непрерывно для биосенсорных приложений и без необходимости инвазивного вмешательства осуществлять мониторинг. Эта разработка продемонстрировала инженерам и специалистам в области здравоохранения значительный потенциал интеллектуальных контактных линз в решении критически важных потребностей и проблем здравоохранения, выходящие за рамки лечения диабета.
В течение 2010-х годов появились значительные технологии, обеспечивающие возможности биологического зондирования организма человека. Так, достижения в области сенсорных технологий, благодаря которым интеллектуальные микродатчики, встроенные в линзы, могут устанавливать и анализировать различные заболевания, сделали контактные линзы более сложными и точными.
Современная концепция интеллектуальных контактных линз представляет собой следующий значительный скачок в их технологии. Так, в настоящее время разрабатываются контактные линзы, которые содержат наноструктуры и оснащены встроенной микроэлектроникой, которая позволяет им выполнять функции, выходящие за рамки коррекции зрения пользователя.
Миниатюризация датчиков, улучшение используемых материалов и улучшенные возможности обработки получаемых данных способствовали разработке более надежных и удобных в использовании интеллектуальных контактных линз
.По мере развития технологий применение интеллектуальных технологий контактные линзы расширились за пределы анализа глюкозы, а также неинвазивного и непрерывного мониторинга и измерения внутриглазного давления. Исследователи изучили возможность обнаружения различных биомаркеров, связанных с различными медицинскими состояниями организма человека. Это требование к интеллектуальным контактным линзам в биосенсорной диверсификации технологических приложений открыло возможности персонализированного мониторинга состояния здоровья пациента и раннего выявления заболеваний.
3. Заключение
Практически 500-летнее развитие контактных линз привело к устройствам, которые способны не только корректировать зрение пользователя заменяя более традиционные очки, но и к устройствам, обладающим определенным интеллектом: способным самостоятельно снимать необходимые показания состояния организма пользователя и осуществлять первичные лечебные мероприятия.