有些人戏谑将现在的人类称为电子人，主要是因为我们对电子设备的依赖和对智能手机近乎持续的使用，你可能会认为这样描述太宽泛了。但是我们离“电子人”只能说越来越近了，因为如今智能隐形眼镜的技术开发，我们即将实现让电子设备成为我们身体的一部分了。

水凝胶制备隐形眼镜的特点

自1887年德国科学家成功制造出第一只玻璃隐形眼镜以来，隐形眼镜材料几经迭代，材质不断提升，经过科学家400年的努力，完成从最初的从玻璃→硬式PMMA→硬式高透氧RGP→软式水凝胶HEMA→软式硅水凝胶的跨越式发展，硅水凝胶隐形眼镜已经可以兼具保湿和透氧。

水凝胶是目前市面上隐形眼镜的主要材料之一，HEMA等非离子材料都属于此类。水凝胶镜片柔软、富有弹性，同时含水量高、湿润舒适，戴上以后仿若无物。不过，水凝胶隐形眼镜无法让高透氧和高含水共存，只有含水量高的镜片，透氧性才高。但是，含水量高的隐形眼镜水分更易蒸发，又容易引起眼干的问题，这种矛盾让很多人望而却步。

在之后的发展过程中，水凝胶又升级为一种叫做硅水凝胶的材料。硅水凝胶具有硅和水的透氧双通道，在透氧性和保湿度方面都有着不错的表现，不仅可以让眼睛保持水润舒适，同时透氧率还能达到水凝胶五倍以上，因而很受消费者的欢迎。硅水凝胶很容易吸附沉淀物，一般都用来制作短周期隐形眼镜，所以也被认为是最健康的隐形眼镜类型。

智能隐形眼镜热潮

眼睛是心灵的窗户，也是人体与外界天然的半开放的交互窗口。面向医疗健康、VR/AR、人机交互的智能隐形眼镜是可穿戴柔性电子的重要发展方向之一。

根据新Global Market Vision分析报告，一个新智能隐形眼镜市场将在未来五年左右的时间里兴起并将在上述公司的全力进军下经历指数式增长。这是一个相当乐观的前景，因为现在以公开信息或原型的方式提供的这种技术非常少。对于一个新可穿戴设备类别在2029年之前突然经历激增几乎是不可想象的，但话说回来，这也正是新生的智能手机市场在最初几年经历的繁荣。

也就是说，很难将智能隐形眼镜等同于智能手机，就承诺和潜在的失望而言，它们可能更接近于智能手表。在智能手表存在的头两年左右，很少有消费者真正理解智能手表会有什么用处。只有当苹果带头之后，其他人才最终看到它不是一个迷你智能手机而是一个小型的个人诊断诊所。智能隐形眼镜也有同样的潜力，特别是考虑到它们是直接戴在眼睛上的。

智能隐形眼镜设备开发面临的困难

在医疗健康监测方面，眼压是一个具有昼夜节律的动态生理参数，尤其在青光眼诊断和眼部手术恢复时期是重要的治疗依据。因此，长程实时动态眼压监测的需求日益增长。然而，现有的眼压测量医疗设备（如金标准Goldmann眼压计）具有时空局限性，无法满足长程眼压监测的临床新需求。智能隐形眼镜能够通过检测角膜的微弱应变进而监测眼压。为了将眼压监测眼镜推向临床应用，眼镜的安全性、舒适性、传感准确度以及无线无源的工作能力需要得到满足，这对器件设计、材料、工艺等方面提出了巨大挑战。

可实时动态的眼压监测的水凝胶隐形眼镜

徐飞教授团队针对上述难点，提出了共形叠层组装工艺，实现了一种高灵敏无线眼压监测的水凝胶智能隐形眼镜。通过多类型材料复合应用、水凝胶溶胀预校准、精密微纳加工工艺，实现了pHEMA水凝胶材料和金字塔型微结构介电弹性体的球面共形集成。智能隐形眼镜为无线无源LC谐振式器件。眼压的变化使角膜形变，作用在隐形眼镜上使压力传感器的电容值发生变化，进而引起谐振频率的漂移。外置的近场阅读线圈能够无线地获取器件信号，从而实现实时动态的眼压监测。

金字塔型微结构介电弹性体被制备在平行板电容器中，一方面降低了器件整体的弹性模量，另一方面在压力作用下引入等效介电系数的变化。在两种机制的共同作用下，极大提高了器件的压力响应。该微结构传感器在1300次重复性测试中呈现出长时间稳定一致的压力响应。

得益于优异的灵敏度、稳定性，和pHEMA水凝胶的柔性、亲水、高透氧，隐形眼镜在离体猪眼模型上成功实现无线眼压监测。眼压传感的灵敏度为1.101‰ mmHg-1，平均误差在0.30 mmHg，满足眼压检测的临床要求。

此外，依靠阻抗匹配谐振原理，作者成功地将阅读器和框架眼镜集成，在镜瞳距的远距离读取下提升了隐形眼镜无线阅读信号的信噪比，保证了系统整体的便携性。

该工作依靠共形叠层组装工艺，提出了无线眼压监测的水凝胶智能隐形眼镜，成功实现pHEMA水凝胶和电子功能器件的集成以及金字塔型微结构弹性体的球面共形制备。大幅提升眼压传感灵敏度的同时，也提升了智能隐形眼镜的安全性和舒适性，为下一步推动智能隐形眼镜走向临床应用打下坚实基础。此外，阻抗匹配可调谐近场阅读器的提出使得将阅读器集成在框架眼镜上，提升了整套传感方案的便携性和可穿戴性，为眼压日常健康监测的实现铺平道路。

智能隐形眼镜的研究成果举例

1、智能隐形眼镜让眼睛成为导航

近期，韩国联合研究所蔚山国立科学技术院（UNIST）的一个研究团队介绍了其智能隐形眼镜的核心技术，该隐形眼镜可以通过3D打印过程实现基于AR的导航。据称，这种新型智能隐形眼镜可以像普通隐形眼镜一样戴在人眼内。在最新研究中，研究人员们研发了一种无需电镀工艺的新技术，即在不施加电压的情况下，仅使用3D打印微图案来实现AR。最新成果已于近期发表在了《先进科学》杂志。

2、全球首款智能 AR 隐形眼镜

2020 年初，Mojo Vision这家初创公司正式公布了其首款产品计划——一款智能 AR 隐形眼镜。它集结了迄今为止所有你能想到的AR镜片技术特性——显示器、电池系统、眼动追踪、运动传感器、带有 5-Ghz 模块的 ARM0 处理器以及用于内容流传输的专有无线技术。Mojo Lens具有三大亮点：世界上最小、像素点最密集的MicroLED显示屏，适用AR设备的低延迟通信技术(Low Latency Communication)，以及超精准的眼动追踪系统。戴上这副智能隐形眼镜，你能从镜片中看到文本、图形和视频的所有常见格式显示。只不过这些播放的内容来自于一个单独的迷你电脑，你需要像脖子上挂着耳机一样把这台迷你电脑挂在肩膀上。因为集成了用于运动检测的传感器和图像传感器，Mojo Lens 可以直接在视网膜上显示 15 度视野内的内容。

文章来源： 小材科研，科创板日报，陈思进，cnBeta，爱生华光学