Los avances recientes en lentes de contacto inteligentes pueden ayudar a los ingenieros biomédicos a realizar aplicaciones médicas e imágenes de visión para realidad aumentada con sistemas de comunicación inalámbrica. Las investigaciones anteriores sobre lentes de contacto inteligentes fueron impulsadas por un sistema inalámbrico o transferencia de energía inalámbrica con restricciones temporales y espaciales. Dichas fuentes de energía pueden limitar su uso continuo y requerir dispositivos de almacenamiento de energía. La rigidez, el calor y el tamaño grande de la batería también son menos adecuados para lentes de contacto inteligentes. En un nuevo informe sobre Avances de la ciencia , Jihun Park y un equipo de investigación en los departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Centro de Nanomedicina y Departamento de Ingeniería en Corea, describió una prueba piloto en humanos para lentes de contacto inteligentes. Diseñaron las lentes con un recargable inalámbrico, supercondensador de estado sólido para funcionamiento continuo. El equipo de investigación imprimió el supercondensador e integró todos los componentes del dispositivo, incluida la antena, rectificador y diodo emisor de luz que utilizan estructuras elásticas para formar la lente blanda sin obstruir la visión. El dispositivo era confiable contra la radiación térmica y electromagnética, con resultados prometedores en las pruebas in vivo y una promesa sustancial para las lentes de contacto inteligentes en el futuro.

Los avances en la electrónica portátil han permitido a los investigadores biomédicos monitorear los signos físicos y los metabolitos en los fluidos corporales humanos. Los lentes de contacto inteligentes se pueden estudiar ampliamente como una nueva plataforma para monitorear continuamente los signos vitales en los ojos y dentro de las lágrimas para investigar biomarcadores asociados con enfermedades. Las lentes también pueden ofrecer aplicaciones ampliadas en otras áreas, como dispositivos inteligentes para la administración de fármacos y realidad aumentada. La suavidad de las lentes de contacto inteligentes es esencial para la comodidad del usuario durante largos períodos de tiempo durante el funcionamiento inalámbrico intermitente. La rigidez, La generación de calor y el tamaño de la batería habían hecho que las lentes anteriores fueran menos adecuadas para funcionar como se requería. Para abordar los límites existentes, Park y col. introdujo un nuevo enfoque para diseñar un software Lente de contacto inteligente con un supercondensador de estado sólido recargable de forma inalámbrica para el funcionamiento continuo del dispositivo electrónico.

Primero, formaron una base de carbón activado, de Estado sólido, supercondensador eléctrico de doble capa que utiliza una alta precisión, Proceso de escritura de tinta directa a microescala (DIW) para crear la lente de contacto inteligente. Los supercondensadores suelen exhibir ciclos de vida prolongados y alta densidad de potencia para operaciones de carga y descarga inalámbrica consistentes de dispositivos electrónicos arraigados dentro de lentes de contacto inteligentes. El supercondensador en este trabajo también sirvió como soporte físico durante la integración 3-D capa por capa con los circuitos electrónicos y la antena que lo acompañan para formar el sistema de carga inalámbrica. Este fue un paso desafiante debido al área limitada de la lente de contacto inteligente.

Park y col. combinó el sistema de carga inalámbrica con el supercondensador de estado sólido para facilitar el funcionamiento continuo y repetitivo de la lente de contacto inteligente sin un puerto eléctrico externo. Para construir geometrías extensibles para la antena, Los investigadores utilizaron nanoestructuras híbridas de nanofibras de plata ultrafuertes (AgNF) y nanocables de plata fina (AgNW). Adicionalmente, utilizaron un sustrato híbrido extensible compuesto de islas rígidamente reforzadas y una matriz blanda para mejorar la resistencia de los componentes frágiles de la lente de contacto contra la deformación mecánica. El sistema mostró una resistencia excelente después de 300 ciclos con una tensión de tracción biaxial del 30 por ciento. La lente de contacto inteligente mantuvo una gran suavidad y comodidad sin oscurecer la visión del usuario, mientras protege los dispositivos eléctricos contra roturas en un plazo de siete días. El sistema de carga inalámbrica evitó el calentamiento abrupto para proteger la seguridad del usuario. Una prueba piloto en humanos y estudios traslacionales in vivo en conejos vivos verificaron aún más la biocompatibilidad de la lente.

Park y col. combinó el supercondensador de estado sólido recargable de forma inalámbrica con el circuito rectificador, antena y diodo emisor de luz (LED) dentro del diseño del software, lente de contacto inteligente. Incluían una unidad de transferencia de energía inalámbrica (WPT) en la capa superior de la lente de contacto inteligente y la capa inferior contenía el supercondensador de estado sólido para almacenar y usar energía eléctrica repetidamente. El equipo de investigación integró el LED como indicador para detectar el funcionamiento inalámbrico de la lente de contacto inteligente. El factor de forma en forma de arco aseguró la máxima densidad de energía dentro de las áreas limitadas de la lente de contacto, lo que permite la deformabilidad cuando se estira. Para evitar interferencias con el campo de visión del usuario, el equipo diseñó la lente de contacto inteligente para contener todos los componentes fuera de la pupila del usuario. También incluyeron una configuración de electrodo en el plano para minimizar la falla abrupta del cortocircuito interno. Park y col. observaron los electrodos resultantes y el electrolito de estado sólido preparados mediante el proceso DIW (escritura directa con tinta) con imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM).

El equipo de investigación imprimió la forma de arco, supercondensador de estado sólido integrado monolíticamente (supercondensador MIS) directamente para formar la lente de contacto inteligente mientras se introduce una capa de relleno a base de parileno para evitar la fuga del material constituyente en los ojos. El supercondensador mostró un rendimiento cíclico razonable combinado con el sistema de carga inalámbrica para uso a largo plazo. El estudio formó un primer informe sobre una lente de contacto inteligente integrada en una fuente de energía con un rendimiento electroquímico sostenible.

Park y col. luego diseñó el circuito de transferencia de energía inalámbrica (WPT) para cargar el supercondensador. El circuito WPT subyacente mostró una buena capacidad de estiramiento mecánico y estabilidad química para soportar una variedad de estimulaciones. El circuito tenía una degradación insignificante en su rendimiento eléctrico incluso durante su estado de estiramiento, adecuado para lentes de contacto flexibles y blandas. El equipo de investigación caracterizó el supercondensador y el sistema WPT utilizando procesos de carga inalámbrica / descarga galvanostática y cargó el supercondensador por completo utilizando condiciones de carga inalámbrica en un tiempo relativamente corto (240 segundos). El sistema inalámbrico proporcionó un rendimiento confiable en múltiples ciclos para lentes de contacto inteligentes, adecuado para uso a largo plazo.

El sistema completo de lentes de contacto blandas contenía un supercondensador recargable de forma inalámbrica, antena, Circuito rectificador y LED unidos en forma estirable. Después de asimilar las capas, los científicos encapsularon los componentes electrónicos en un elastómero de silicona como un material de lente de contacto blanda disponible comercialmente moldeado en la forma de una lente de contacto. Cuando se maneja de forma inalámbrica, el LED integrado indicaba el estado de carga y descarga inalámbrica. El equipo de investigación probó primero el dispositivo en el ojo de un maniquí y supervisó la generación de calor durante el funcionamiento inalámbrico de la lente mediante una cámara de infrarrojos (IR). Los resultados indicaron la fiabilidad de la lente de contacto inteligente frente a la radiación térmica o electromagnética. Durante las pruebas de traducción in vivo, los investigadores colocaron la lente de contacto en el ojo de un conejo vivo para un funcionamiento confiable sin efectos secundarios notables o generación abrupta de calor. Durante los ensayos piloto humanos posteriores en un ojo humano, Park y col. probó todas las funciones, incluida la operación de carga / descarga inalámbrica del supercondensador y el LED. Los resultados fueron factibles con funcionalidades inalámbricas como se esperaba y sin reacciones adversas.

De este modo, Jihun Park y sus colegas diseñaron un suave Lente de contacto inteligente para cargar un supercondensador de forma inalámbrica para una función continua. Incorporaron los componentes electrónicos, incluida una antena extensible, circuitos rectificadores, LED y un supercondensador para formar el suave, lentes de contacto inteligentes sin obstruir la vista del usuario durante el uso. Llevaron a cabo muchas pruebas de estabilidad para el uso a largo plazo del soft, lente de contacto inteligente. Los estudios piloto en humanos y los estudios traslacionales con conejos vivos comprobaron una buena biocompatibilidad. El equipo de investigación espera utilizar la plataforma como un miniaturizado, Dispositivo electrónico portátil con función continua.

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