เผยให้เห็นเรตินา: คอนแทคเลนส์กลูเน่นแว่นตาให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ไม่ทำให้เกิดการระคายเคือง

Anonim

วิสัยทัศน์ของเราสามารถเกิดความเสียหายหรือสูญหายได้จากความเสียหายที่เกิดขึ้นกับจอประสาทตา - เยื่อบุความรู้สึกที่อยู่ด้านหลังของดวงตาซึ่งจะรับรู้ความรู้สึกของแสงเปลี่ยนรูปที่เกิดขึ้นเป็นสัญญาณประสาทเคมีไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากเงื่อนไขทางการแพทย์สองเงื่อนไข: รวมทั้ง retinitis pigmentosa, Leber's amaurozais, dystrophy ของกรวยและ Usher Syndrome - รวมทั้งโรคจอประสาทตาเบาหวานการอุดตันเส้นประสาทส่วนกลางของจอประสาทตา retinopathy เซลล์เคียวเป็นพิษต่อ retinopathies autoimmune, retinalopathic และความผิดปกติของตาอื่น ๆ ได้รับการวินิจฉัยอย่างถูกต้องและได้รับการรักษาอย่างถูกต้อง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้อกระจกกระทบกระเทือนการเกิด ophthalmoscopy, การถ่ายภาพรังสี 2 มิติ, การตรวจเอกซเรเรียกแบบเชื่อมโยงกันทางออปติคอล 3 มิติและเครื่องมืออื่น ๆ เกี่ยวกับภาพม่านตา) เงื่อนไขทางการแพทย์ดังกล่าวต้องพึ่งพา electroretinography ซึ่งเป็นเทคนิคสำคัญที่ตรวจจับและวัดศักยภาพทางไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงที่ผิวกระจกตาที่เกิดขึ้นในการตอบสนองต่อการกระตุ้นแสงโดยเซลล์ประสาทตาที่ไม่ใช่เส้นประสาทและเซลล์ประสาท อย่างไรก็ตาม electroretinography ได้เผชิญหน้ากับความท้าทายในการตรวจจับ electroretinogram (ERG) ซึ่งเป็นความรู้สึกไม่สบายของผู้ป่วยเนื่องจากขั้วไฟฟ้าที่แข็งชนิดของ electroretinograms ที่ จำกัด ด้วยขั้วไฟฟ้าชนิดเดียวลดสัญญาณแอมพลิจูดและเสถียรภาพและสายตามากเกินไป การเคลื่อนไหว เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยปักกิ่งปักกิ่งได้แสดง Electrodetrics Contact GRAphene (GRACE) โปร่งใสสำหรับการบันทึกสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระจกตาแบบเต็มรูปแบบในกระต่ายและลิง cynomolgus แสดงให้เห็นว่าขั้วไฟฟ้าของคอนแทคเลนส์ชนิดอ่อนของพวกเขาสามารถตอบสนองข้อ จำกัด เหล่านี้ได้

ศาสตราจารย์ Xiaojie Duan กล่าวถึงบทความที่เธอเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและผู้เขียนนำ Rongkang Yin และ Zheng Xu และผู้ร่วมเขียนบทความของพวกเขาใน Nature Communications ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการผลิตอิเล็กโทรดที่ใช้คอนแทคเลนส์ graphene อ่อนพร้อมด้วยความโปร่งใสของแสงสเปกตรัมกว้าง Dr. Duan กล่าวกับ Phys.org กำลังสร้างอิเล็กโทรดเลนส์คอนแทคเลนส์ที่ปราศจากริ้วรอยอธิบายว่าริ้วรอยเหี่ยวย่นอาจส่งผลต่อการหักเหของแสงและอิเล็กโทรด ความถูกต้องของรูปแบบการกระตุ้นแสงบนม่านตา "นี่เป็นการลดประสิทธิภาพของการวินิจฉัยโรคจอประสาทตา" ดร. ด้วนกล่าวเสริม "กราฟฟิกที่ได้จากวิธีการเจริญเติบโตทั่วไปคือฟิล์มแบนและรอยยับย่อมเกิดขึ้นหลังจากถ่ายฟิล์ม graphene แบบแบนไปยังพื้นผิวโค้งเพื่อสร้างหัววัดของคอนแทคเลนส์ graphene ที่มีการนำไฟฟ้าสูงและความสม่ำเสมอของแสงผ่านอิเลคโทรด ฟิล์มกราฟฟิกโค้งที่มีความหนาสม่ำเสมอ "

การใช้ GRACEs เพื่อให้สอดคล้องกับการบันทึกภาพ electroretinographic ในกระจกน่องเต็มรูปแบบไม่เป็นอุปสรรคสำคัญเธอยังคงดำเนินต่อไป "แม้ว่าจะไม่มีความยากลำบากหลักในการใช้ GRACEs กับการบันทึกภาพไฟฟ้ากระจกตาแบบเต็มตาและแบบกระจกตาเต็มรูปแบบตราบใดที่ GRACEs ประดิษฐ์มีความสมเหตุสมผลและความโปร่งใสด้วยแสงเราก็สามารถบันทึกสัญญาณ ffERG และ mfERG ที่มีคุณภาพสูงได้ดังนั้นจึงได้รับสมรรถนะที่เหมาะสมกับ GRACES และความโปร่งใสของแสงฟิล์มกราฟีนที่มีความต้านทานต่อแผ่น "- วัดความต้านทานของฟิล์มบางที่มีความหนาสม่ำเสมอ -" ต่ำกว่า 2000 Ω / sq และความโปร่งแสงทางแสงสูงกว่า 70% จะดีพอ "

อย่างไรก็ตามความท้าทายที่สำคัญสำหรับการบันทึก ERG โดยทั่วไปคือการวัด multifocal ERG (mfERG) ซึ่งจะวัดการตอบสนองของจอประสาทตาในท้องถิ่นได้ถึง 250 ตำแหน่งบนจอประสาทตาภายในใจกลางเมือง 30 องศาซึ่งจะสะท้อนถึงการตอบสนองของม่านตาต่อการกระตุ้นในบริเวณจอประสาทตาขนาดเล็ก. "สำหรับการวัด ERG แบบ multifocal" ดร. ด้วนกล่าวกับ Phys.org ว่า "รูปแบบการกระตุ้นแสงจะถูกฉายลงบนเรตินาดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ตาจะต้องมีการหักเหที่เหมาะสมเพื่อให้รูปแบบกระตุ้นสามารถฉายได้อย่างชัดเจน" นอกจากนี้ความกว้างของสัญญาณของ ERG แบบ multifocal มีเพียงประมาณ 1/1000 เท่าของ ERG แบบเต็มรูปแบบ (ffERG ซึ่งวัด ERG ภายใต้การกระตุ้นเรตินาทั้งหมดด้วยแหล่งกำเนิดแสงภายใต้ scotopic (dark adaptable) หรือ photopic (light-adapted) การปรับตัวจอประสาทตา) ในขณะที่ mfERG ต้องใช้เวลาในการบันทึกนานขึ้นทำให้เกิดความรู้สึกไวต่อความรู้สึกสบายและมีเสถียรภาพในการเชื่อมต่อกับตาที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบันทึกข้อมูล ERG แบบ multifocal "คอนแทคเลนส์คอนแทคเลนส์มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนการหักเหของดวงตาได้" เธอชี้ "ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสำหรับการบันทึก ERG แบบ multifocal" ที่กล่าวว่าขั้วไฟฟ้าอื่น ๆ (เช่นขั้วไฟฟ้า DTL) จะไม่เปลี่ยนการหักเหของดวงตา แต่ต้องทนต่อความไวในการวัดต่ำและความเสถียรของสัญญาณ

ข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือดร. ด้วนกล่าวว่าการกระจายพื้นที่ของ ERG ไปทั่วกระจกตาเป็นคำถามที่มีมานานแล้ว "ขั้วไฟฟ้าแบบธรรมดาใช้โลหะขุ่นเป็นองค์ประกอบของการบันทึกซึ่งสามารถตั้งอยู่ที่ขอบกระจกตาเท่านั้นเพื่อหลีกเลี่ยงการปิดกั้นวิสัยทัศน์ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ป้องกันการบันทึก ERG ในพื้นที่หลายพื้นที่ซึ่งจำเป็นต้องเปิดเผยการกระจายศักยภาพ ERG ผ่านกระจกตาปัจจัยอื่น ๆ ก็คือว่าสำหรับอิเล็กโทรดแบบแข็งทั่วไปมีฟิล์มฉีกขาดไว้แน่นระหว่างขั้วไฟฟ้าและกระจกตาซึ่งสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างตำแหน่งที่แตกต่างกันบนกระจกตาได้ " ปัญหาล่าสุดนี้ยังเป็นอีกหนึ่งความท้าทายที่สำคัญในการอธิบายการกระจายตัวของ ERG ในกระจกตา

ดร. ด้วนอธิบายถึงข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญนวัตกรรมและเทคนิคที่พวกเขาใช้ประโยชน์เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ "ตามที่ได้กล่าวมาแล้วเราสามารถขจัดริ้วรอยได้โดยการใช้ฟิล์ม graphene โค้งที่ปลูกได้โดยตรงบนแม่พิมพ์ควอทซ์ที่โค้งงอและรูปทรงและความโค้งของแผ่นฟิล์มสามารถปรับแต่งได้ง่ายโดยเปลี่ยนจากรูปของผลึก" จุดสำคัญที่เธอเน้นคือความหนาสม่ำเสมอของฟิล์ม graphene แบบโค้งที่นำไปสู่การเกิด GRACEs ที่มีการนำไฟฟ้าสม่ำเสมอและความโปร่งใสของแสงผ่านเลนส์คอนแทคเลนส์ทั้งหมดซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เหมือนใครเกี่ยวกับ GRACEs ของทีมเมื่อเทียบกับรายงานก่อนหน้านี้ว่า graphene- based interfacing อุปกรณ์ นอกจากนี้เธอเสริมว่า "เราได้สร้างและเพิ่มประสิทธิภาพการไหลเวียนของการประดิษฐ์ของ electrode" เธอเน้นย้ำว่าด้วยการใส่แผ่นฟิล์มหุ้มฉนวน ultrathin โดยตรง (Parylene-C ซึ่งเป็นสารตั้งต้น GRACE) เข้าสู่คอมเพล็กซ์ graphene / quartz แล้วแกะแม่พิมพ์ควอทซ์อุปกรณ์ GRACE สามารถประดิษฐ์ได้ง่าย "กุญแจสำคัญในการผลิตคือกลยุทธ์การประดิษฐ์นี้ หลีกเลี่ยง poly (เมทิลเมทาคริเลต) (PMMA) - เทอร์โมพลาสติกโปร่งใส (เรียกว่าอะครีลิคหรืออะคริลิคแก้ว) ที่ใช้กันทั่วไปในการถ่ายโอนกราฟีนซึ่งไม่เพียง แต่หลีกเลี่ยงการปนเปื้อน PMMA ที่เป็นไปได้ซึ่งอาจก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอของแสง แต่ยังคงความสมบูรณ์แบบของฟิล์มเกรน - เป็นปัจจัยสำคัญในการรักษาการนำไฟฟ้าของ GRACE

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้เป็นสิ่งที่ท้าทายในการบันทึกสัญญาณ ERG แบบ multifocal ด้วยอิเล็กโทรดเลนส์คอนแทคเลนส์เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงการหักเหของดวงตา ดร. ด้วนชี้ว่า "ในการแก้ปัญหานี้" ดร. ด้วนชี้ว่า "เราออกแบบ GRACE ให้นุ่มและสอดคล้องกับผิวกระจกตาที่มีส่วนติดต่อ GRACE / cornea แบบแน่น ๆ " หลีกเลี่ยงช่องว่างระหว่างช่องว่างหรือช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้ากับกระจกตาซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดหลักของการหักเหเมื่อเกิดขั้วไฟฟ้าของคอนแทคเลนส์แข็ง ดังที่แสดงไว้ในเอกสาร GRACEs สามารถบันทึกสัญญาณ ERG แบบ multifocal คุณภาพสูงซึ่งแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบของ GRACEs เหนือขั้วไฟฟ้าของคอนแทคเลนส์ที่แข็ง

นักวิจัยได้ออกแบบและใช้งานอาร์เรย์หลายรูปแบบที่มีความโปร่งใสของ graphene เพื่อจัดเตรียมการบันทึก ERG แบบหลายพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ "อินเตอร์เฟซที่แน่นหนาของขั้วไฟฟ้าอ่อนกับกระจกตาช่วยป้องกันการฉีกขาดของฟิล์มฉีกขาด" เธออธิบาย "และความโปร่งใสของแสงสูงช่วยให้สามารถวางอิเลคโทรดที่มีความหนาแน่นสูงผ่านพื้นผิวกระจกตาทั้งหมดได้โดยไม่ทำให้เกิดการปิดกั้นวิสัยทัศน์หรือส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการกระตุ้นแสง" เป็นผลให้พวกเขาสังเกตเห็นสัญญาณที่แข็งแกร่งที่กระจกตาตอนกลางกว่าขอบพิสูจน์ข้อดีของอิเล็กโทรดที่อ่อนนุ่ม graphene ที่ใช้ในการบันทึก ERG

เกี่ยวกับผลการค้นพบของพวกเขาเกี่ยวกับ GRACE สำหรับการศึกษาเกี่ยวกับ Electrophysiology ในร่างกาย ดร. ด้วนกล่าวต่อว่าขั้วไฟฟ้าของคอนแทคเลนส์ที่ทำจากกราไฟต์แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการบันทึก ERG ในรูปแบบต่างๆรวมทั้ง ffERG, mfERG และ meERG หลายขั้ว ERG ซึ่งแผนที่ความแตกต่างเชิงพื้นที่ในกิจกรรมจอประสาทตาโดยใช้ตัวกระตุ้นสนามเต็มรูปแบบแบบดั้งเดิมและอาร์เรย์ของขั้วไฟฟ้าบนกระจกตา) - ความยืดหยุ่นไม่สามารถทำได้โดยใช้ขั้วไฟฟ้า ERG ธรรมดา "ด้วยการทดสอบและพัฒนาเพิ่มเติม" เธอเน้นย้ำว่า "สามารถทดแทนอิเล็กโทรดแบบดั้งเดิมและใช้ในการปฏิบัติการทางคลินิกได้นอกจากนี้เนื่องจากแผลที่จอประสาทตาสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระจกตาในร่างกายได้การบันทึก ERG หลายขั้วด้วย graphene microelectrode แสดงให้เห็นถึงเทคนิคการถ่ายภาพอิเล็กโทรฟอเรสเซียมวิทยาที่มีศักยภาพในการทำงานซึ่งสามารถใช้เป็นเครื่องมือวินิจฉัยเพื่อตรวจหาพื้นที่ในท้องถิ่นของความผิดปกติของจอตาได้ภายใต้มาตรการกระตุ้นภาคสนามแบบเต็มรูปแบบ "

ก้าวไปข้างหน้าดร. ด้วนระบุสามขั้นตอนต่อไปที่วางแผนไว้ในการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้:

  • เพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของขั้วไฟฟ้าเพื่อให้เหมาะสมกับการสึกหรอในระยะยาว
  • สร้างอาร์เรย์อิเลคตรอนแบบโปร่งใสที่มีความหนาแน่นสูงสองมิติเพื่อสร้างแผนที่ศักยภาพของ ERG ทั่วทั้งกระจกตา
  • ใช้อาร์เรย์ของ graphene graphene ที่โปร่งใสเพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ปมประสาทของจอประสาทตาในระดับเซลล์เดียว

เธอยังกล่าวถึงการวิจัยและนวัตกรรมอื่น ๆ ที่พวกเขาอาจพิจารณาในการพัฒนา "จากนาโนเทคโนโลยีและนาโนเทคโนโลยีเราพยายามที่จะพัฒนาเทคนิคที่สามารถบันทึกหรือปรับเปลี่ยนกิจกรรมประสาทที่มีขนาดใหญ่ที่มีความละเอียดสูงเป็นเวลาและเสถียรภาพในระยะยาวรวมถึงการประยุกต์ใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทางสมองขั้นพื้นฐานและทางพยาธิวิทยา "

ในการปิดดรดานระบุว่ามีงานวิจัยอื่น ๆ ที่อาจได้รับประโยชน์จากการศึกษาของพวกเขา "อิเล็กโทรดโปร่งใสอ่อนยังช่วยกระตุ้นการสร้างภาพอิเลคโตรโฟซึ่มและการกระตุ้นด้วยประสาทออพติคอลซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการศึกษาการเชื่อมต่อและการทำงานของวงจรประสาทเทียมอาร์เรย์ของขั้วไฟฟ้าอิเล็กโทรดเทอร์เรียลโดยใช้ตัวนำโลหะสีทึบไม่เหมาะสำหรับใช้ในการเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าและออปติคอล พวกเขาปิดกั้นมุมมองและมีแนวโน้มที่จะผลิตสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดจากแสงในการบันทึกข้อมูลด้วยไฟฟ้า graphene microelectrode ที่โปร่งใสอาร์เรย์ที่อธิบายไว้ในที่นี้สามารถนำมาใช้ในการวิจัยรวมรังสีความร้อนและไฟฟ้าเข้าด้วยกันในระบบประสาท "

menu
menu