近幾十年來，隱形眼鏡傳感器作為即時診斷（point-of-care，POC）器件，在醫療保健領域用于眼部生理狀況監測和診斷正在興起。熒光傳感技術由于其準確性、高靈敏度和特異性，已被廣泛應用于隱形眼鏡傳感器。
據麥姆斯咨詢報道，近日，帝國理工學院（Imperial College London）、四川大學和重慶金鳳實驗室的研究人員組成的團隊在Biosensors and Bioelectronics期刊上發表了題為“Contact lens sensor for ocular inflammation monitoring”的論文，開發了一種結合BSA-Au納米簇（NC）探針的熒光隱形眼鏡傳感器，用于原位檢測淚液中的抗壞血酸（AA）。研究人員首先合成了NC以獲得熒光探針，該探針通過淬滅/恢復（KMnO?/AA）過程表現出較高的可重復使用性。然后探針被封裝在15 wt%的聚乙烯醇（PVA）和1.5 wt%的檸檬酸（CA）薄膜中，并被置于封閉的微流控隱形眼鏡傳感區域。
隱形眼鏡傳感器中激光燒蝕的微流控通道可使淚液流經傳感區，從而實現AA的原位檢測。同時，研究人員還開發了一款配有定制3D打印讀數盒的智能手機應用程序（App），用于圖像說明和對AA水平進行定量分析的算法實現。隱形眼鏡傳感器測試在讀數盒內進行，發射信號在室溫下通過智能手機攝像頭收集，達到的檢測限（LOD）為0.178 mmol/L（0.0 – 1.2 mmol/L）。為了確定傳感器的特性，研究人員還對其運行和儲存壽命進行了評估，結果分別為20小時和10天。本研究所開發的可重復使用的AA隱形眼鏡傳感器有望為眼部炎癥的即時診斷提供一種替代解決方案。
研究人員開發了一種可重復使用的熒光隱形眼鏡傳感器，用于檢測淚液中AA，以診斷炎癥性干眼癥（DED）。最初的目的是集中研究和廣泛探索BSA-Au NC的熒光特性，并采用適當的淬滅過程（KMnO?）來實現淚液中AA的可逆檢測（圖1A），以用于炎癥性DED的監測和診斷。該傳感器采用熒光開-關-開（on-off-on）模式來檢測AA的變化（圖1A）。BSA-Au NC首先在綴合反應下合成，并在三羥甲基氨基甲烷（TRIS）緩沖液中進行優化。這些NC被用作熒光探針以表明傳感器可用于AA檢測。研究人員使用高錳酸鉀（KMnO?）和AA對淬滅/恢復（熒光關-開）條件進行了優化。然后，FOBA品牌的脈沖激光器被用于在隱形眼鏡上制造收集和分析淚液的微流控通道。所制造的帶有微流控通道的隱形眼鏡傳感器用于收集淚液，并通過與智能手機應用程序集成的定制讀數盒來定量分析眼淚中的AA含量（0.0 - 1.4 mmol/L）。
圖1 AA檢測流程概述
研究人員首先評估了BSA-Au NC在TRIS緩沖液（10 mmol/L）中的傳感性能，接著利用淚液中的平均AA含量（0.8?mmol/L）來進一步表征熒光傳感器，如圖2所示。
圖2 AA檢測和其在TRIS緩沖液（10 ?mmol/L）中的優化
在TRIS緩沖液中對AA熒光傳感器進行優化后，研究人員將其封裝到微流控隱形眼鏡中，接著對其進行了表征，如圖3所示。與單次使用的試紙相比，該傳感器在檢測限、穩定性和淚液中的選擇性方面具有各種優勢。
圖3 微流控隱形眼鏡AA傳感器的制備和表征
為實現隱形眼鏡上AA的即時診斷檢測和評估，研究人員設計了一個尺寸為6.2 cm × 5.2 cm × 6.5 cm的定制的暗讀數盒（圖4A）。為了實現個性化即時診斷，他們還開發了一個用于熒光信號分析的智能手機應用程序，圖像處理算法流程圖如圖4B所示。在用戶界面（圖4C）上，所有用戶都可通過一個歡迎頁面訪問該應用程序，并可以使用智能手機嵌入式攝像頭拍攝實際圖片，也可以通過“TEST”按鈕上傳先前保存的文件中的圖片。研究人員對傳感器的運行和儲存壽命進行了評估，結果分別為20小時和10天，如圖4E和4F所示。
圖4 用戶界面設計和使用智能手機攝像頭的淚液AA評估
綜上所述，本研究開發了一種用于檢測淚液中抗壞血酸的可重復使用的熒光隱形眼鏡傳感器。在此過程中，研究人員對BSA-Au NC的合成條件、KMnO?淬滅優化以及TRIS緩沖液中的AA傳感器檢測進行了研究和優化。校準曲線的LOD值為0.13 mmol/ L，與商用比色條（LOD = 0.23 mmol/L）相當。通過不同的交聯工藝對NC的封裝進行了優化，15 wt% PVA 與1.5 wt% CA的交聯效果更好，泄漏率低于5%，LOD達到0.066 mmol/L。結合內置LED的3D打印讀數盒，研究人員開發了用于熒光信號分析的智能手機應用程序，并對傳感器的運行和存儲壽命進行了研究。經校準，該傳感器的LOD值為0.178 mmol/L。所開發的傳感器在為患者個性化檢測淚液中的AA方面具有優勢，其最終達到的LOD值有望為眼科領域未來的臨床診斷和研究提供一個前景廣闊的即時診斷平臺。
這項研究獲得了英國工程和自然科學研究委員會（EPSRC）項目（EP/T013567/1）、中國中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（no. YJ202152）和重慶金鳳實驗室項目（jfkyjf202203001）的資助和支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116003
延伸閱讀：
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
《3D打印材料技術及市場-2022版》
《光譜成像市場和趨勢-2022版》
《小型、微型和芯片級光譜儀技術及市場-2020版》
