Les progrès récents dans les lentilles de contact intelligentes peuvent aider les ingénieurs biomédicaux à réaliser des applications médicales et de l'imagerie visuelle pour la réalité augmentée avec des systèmes de communication sans fil. Des recherches antérieures sur les lentilles de contact intelligentes ont été conduites par un système sans fil ou un transfert de puissance sans fil avec des restrictions temporelles et spatiales. De telles sources d'énergie peuvent limiter leur utilisation continue et nécessiter des dispositifs de stockage d'énergie. La rigidité, la chaleur et la grande taille de la batterie sont également moins adaptées aux mous, lentilles de contact intelligentes. Dans un nouveau rapport sur Avancées scientifiques , Jihun Park et une équipe de recherche dans les départements de science et génie des matériaux, Centre de nanomédecine et département d'ingénierie en Corée, ont décrit un essai pilote sur l'homme pour les lentilles de contact intelligentes. Ils ont conçu les lentilles avec un rechargeable sans fil, supercondensateur à semi-conducteurs pour un fonctionnement continu. L'équipe de recherche a imprimé le supercondensateur et intégré tous les composants de l'appareil, y compris l'antenne, redresseur et diode électroluminescente utilisant des structures extensibles pour former la lentille souple sans obstruer la vision. L'appareil était fiable contre les rayonnements thermiques et électromagnétiques, avec des résultats de test prometteurs in vivo et une promesse substantielle pour les lentilles de contact intelligentes à l'avenir.

Les progrès de l'électronique portable ont permis aux chercheurs biomédicaux de surveiller les signes physiques et les métabolites dans les fluides corporels humains. Les lentilles de contact intelligentes peuvent être étudiées de manière approfondie en tant que nouvelle plate-forme pour surveiller en permanence les signes vitaux dans les yeux et dans les larmes afin d'étudier les biomarqueurs associés à la maladie. Les lentilles peuvent également offrir des applications étendues dans d'autres domaines tels que les appareils intelligents pour l'administration de médicaments et la réalité augmentée. La douceur des lentilles de contact intelligentes est essentielle pour le confort de l'utilisateur pendant de longues périodes de temps lors d'un fonctionnement sans fil intermittent. La rigidité, la génération de chaleur et la taille de la batterie avaient rendu les lentilles précédentes moins adaptées au fonctionnement requis. Pour répondre aux limites existantes, Parc et al. introduit une nouvelle approche pour concevoir un logiciel, lentille de contact intelligente avec un supercondensateur à semi-conducteurs rechargeable sans fil pour un fonctionnement continu de l'appareil électronique.

D'abord, ils forment une base de charbon actif, état solide, supercondensateur électrique à double couche utilisant une haute précision, processus d'écriture directe à l'encre (DIW) à l'échelle microscopique pour créer la lentille de contact intelligente. Les supercondensateurs présentent généralement de longs cycles de vie et une densité de puissance élevée pour des opérations de charge et de décharge sans fil cohérentes des appareils électroniques enracinés dans les lentilles de contact intelligentes. Le supercondensateur de ce travail a également servi de support physique lors de l'intégration 3D couche par couche avec les circuits électroniques et l'antenne associés pour former le système de charge sans fil. Il s'agissait d'une étape difficile en raison de la surface limitée de la lentille de contact intelligente.

Parc et al. a combiné le système de charge sans fil avec le supercondensateur à semi-conducteurs pour faciliter le fonctionnement continu et répétitif de la lentille de contact intelligente sans port électrique externe. Pour construire des géométries extensibles pour l'antenne, les chercheurs ont utilisé des nanostructures hybrides de nanofibres d'argent ultrarésistantes (AgNFs) et de nanofils d'argent fins (AgNWs). En outre, ils ont utilisé un substrat hybride extensible composé d'îlots renforcés de manière rigide et d'une matrice souple pour améliorer l'endurance des composants fragiles de la lentille de contact contre la déformation mécanique. Le système a affiché une superbe endurance après 300 cycles avec une contrainte de traction biaxiale de 30 %. La lentille de contact intelligente a maintenu une douceur et un confort élevés sans obscurcir la vision du porteur, tout en protégeant les appareils électriques des déchirures sur une période de sept jours. Le système de charge sans fil a évité un échauffement brusque pour protéger la sécurité du porteur. Un essai pilote sur l'homme et des études translationnelles in vivo sur des lapins vivants ont en outre vérifié la biocompatibilité de la lentille.

Parc et al. combiné le supercondensateur à semi-conducteurs rechargeable sans fil avec le circuit redresseur, antenne et diode électroluminescente (LED) dans la disposition du soft, lentille de contact intelligente. Ils comprenaient une unité de transfert de puissance sans fil (WPT) dans la couche supérieure de la lentille de contact intelligente et la couche inférieure contenait le supercondensateur à semi-conducteurs pour stocker et utiliser à plusieurs reprises l'énergie électrique. L'équipe de recherche a intégré la LED comme indicateur pour détecter le fonctionnement sans fil de la lentille de contact intelligente. Le facteur de forme en forme d'arc a garanti une densité d'énergie maximale dans les zones limitées de la lentille de contact, permettant une déformation lorsqu'elle est étirée. Pour éviter toute interférence avec le champ de vision du porteur, l'équipe a conçu la lentille de contact intelligente pour contenir tous les composants en dehors de la pupille du porteur. Ils comprenaient également une configuration d'électrode dans le plan pour minimiser la défaillance brutale du court-circuit interne. Parc et al. ont observé les électrodes résultantes et l'électrolyte à l'état solide préparé à l'aide du processus DIW (écriture directe à l'encre) avec des images au microscope électronique à balayage (MEB).

L'équipe de recherche a imprimé la forme d'arc, supercondensateur à semi-conducteur intégré de manière monolithique (supercondensateur MIS) directement pour former la lentille de contact intelligente tout en introduisant une couche d'emballage à base de parylène pour empêcher les fuites du matériau constitutif dans les yeux. Le supercondensateur a montré des performances de cyclisme raisonnables combinées au système de charge sans fil pour une utilisation à long terme. L'étude a formé un premier rapport sur une lentille de contact intelligente intégrée à une source d'alimentation avec des performances électrochimiques durables.

Parc et al. puis conçu le circuit de transfert de puissance sans fil (WPT) pour charger le supercondensateur. Le circuit WPT sous-jacent a montré une bonne élasticité mécanique et une bonne stabilité chimique pour supporter une variété de stimulations. Le circuit présentait une dégradation négligeable de ses performances électriques, même pendant son état d'étirement, adapté aux lentilles de contact souples et souples. L'équipe de recherche a caractérisé le supercondensateur et le système WPT à l'aide de processus de charge/décharge galvanostatique sans fil et a chargé le supercondensateur entièrement en utilisant des conditions de charge sans fil en un temps relativement court (240 secondes). Le système sans fil a fourni des performances fiables sur plusieurs cycles pour les lentilles de contact intelligentes, adaptées à une utilisation à long terme.

Le système de lentilles de contact souples terminé contenait ainsi un supercondensateur rechargeable sans fil, antenne, circuit redresseur et LED unis sous forme extensible. Après avoir assimilé les couches, les scientifiques ont encapsulé les composants électroniques dans un élastomère de silicone en tant que matériau de lentille de contact souple disponible dans le commerce moulé sous la forme d'une lentille de contact. Lorsqu'il est conduit sans fil, la LED intégrée indiquait l'état de la charge et de la décharge sans fil. L'équipe de recherche a d'abord testé l'appareil sur l'œil d'un mannequin et surveillé la production de chaleur pendant le fonctionnement sans fil de l'objectif à l'aide d'une caméra infrarouge (IR). Les résultats ont indiqué la fiabilité de la lentille de contact intelligente contre le rayonnement thermique ou électromagnétique. Lors de tests translationnels in vivo, les chercheurs ont placé la lentille de contact sur l'œil d'un lapin vivant pour un fonctionnement fiable sans effets secondaires notables ni génération brusque de chaleur. Au cours d'essais pilotes humains ultérieurs sur un œil humain, Parc et al. testé toutes les fonctions, y compris l'opération de charge/décharge sans fil du supercondensateur et de la LED. Les résultats étaient réalisables avec des fonctionnalités sans fil comme prévu et sans effets indésirables.

De cette façon, Jihun Park et ses collègues ont conçu un soft, lentille de contact intelligente pour charger un supercondensateur sans fil pour une fonction continue. Ils ont intégré les composants électroniques dont une antenne extensible, circuits redresseurs, Des LED et un supercondensateur pour former le soft, lentille de contact intelligente sans obstruer la vue du porteur lors de l'utilisation. Ils ont effectué de nombreux tests de stabilité pour une utilisation à long terme du soft, lentille de contact intelligente. Les études pilotes chez l'homme et les études translationnelles avec des lapins vivants ont vérifié une bonne biocompatibilité. L'équipe de recherche s'attend à utiliser la plate-forme comme un miniaturisé, appareil électronique portable avec fonction continue.

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