JP2023060306A

JP2023060306A - 眼内圧を監視するためにコンタクトレンズ内に埋設される歪み感知のための閉鎖型マイクロ流体ネットワーク

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Publication number: JP2023060306A
Application number: JP2023036404A
Authority: JP
Inventors: エムレアラシイスマイル; Emre Araci Ismail; アガオグルセブダ; Agaoglu Sevda; バデイムラート; Baday Murat; ディーププリシラ; Diep Priscilla
Original assignee: Smartlens Inc
Current assignee: Smartlens Inc
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-04-27
Also published as: JP2022508023A; CA3112502A1; JP7244631B2; EP3852607A4; EP3852607A1; CN113164042A; WO2020060558A1; CN117694824A

Abstract

【課題】眼内圧を監視するためにコンタクトレンズ内に埋設される歪み感知のための閉鎖型マイクロ流体ネットワークの提供。【解決手段】本デバイスは、コンタクトレンズと、コンタクトレンズに埋設される閉鎖型マイクロ流体ネットワークとを有する。ネットワークは、印加された歪みに対して敏感である体積を有する。ネットワークは、（ｉ）ガスを含有するガスリザーバ、（ｉｉ）歪みが印加されると体積を変化させる液体を含有する液体リザーバ、および（ｉｉｉ）感知チャネル内に液体を保持することが可能である感知チャネルに区別される。感知チャネルは、１つの端部上にガスリザーバを接続し、別の端部上に液体リザーバを接続する。感知チャネルは、角膜上の曲率半径変動への応答として、または角膜の機械的伸展および解放への応答として流体的に変化するであろう感知チャネル内の液体－ガス平衡圧力界面および平衡を確立する。【選択図】図１

Description

本発明は、眼内圧を監視するためのデバイス、システム、および方法に関する。特に、本発明は、眼内圧を監視するための、マイクロ流体チャネルの体積の機械的増幅に基づいて機能する、歪みセンサのためのマイクロ流体ネットワーク設計に関する。

緑内障は、眼の視神経への不可逆的な損傷、したがって、視力の喪失を引き起こす、神経変性疾患である。眼内圧（ＩＯＰ）の持続的かつ長期の監視が、緑内障の管理のために重要である。

ＩＯＰ低減が、緑内障の進行を遅らせる、および／または止める唯一の公知の方法である。１ｍｍＨｇのＩＯＰ低減毎に、神経損傷のリスクは、１１％低減されると推定される。薬物療法が、ＩＯＰを低減させるために一般的に使用されるが、緑内障治療の有効性を向上させるために対処される必要がある、重要な課題が、存在する。最も重要なこととして、患者の約５０％が、種々の理由から６カ月後に薬の使用を中止している。薬物効能を測定する能力を有する持続的な長期のＩＯＰ監視は、患者が緑内障の管理に準拠したままであるように支援し、それに関して医師を支援し得る。さらに、近年では、ＩＯＰの日内変動が、緑内障に関する別のリスク因子として確立され、これは、持続的測定の重要性をなおもさらに高めている。

ＩＯＰ測定のために利用可能な現在の技術は、持続的ではない（ＧｏｌｄｍａｎｎＡｐｐｌａｎａｔｉｏｎＴｏｎｏｍｅｔｒｙ）か、または持続的であるが一時的である（ＳｅｎｓｉｍｅｄＴｒｉｇｇｅｒｆｉｓｈ）か、または持続的であるが侵襲性である（埋込可能センサ）かのいずれかである。自己眼圧測定デバイス（例えば、Ｉｃａｒｅ）は、長期のデータを提供することができ、これは、非侵襲性であるが、これが表面麻酔剤を要求し得るレベルまで患者にとって依然として不快である。さらに、自己眼圧測定によって取得される結果は、ユーザに依存することが見出されている。

遠隔測定の持続的ＩＯＰ測定のためのアプローチが、開発され、動物モデルにおいて試験されている。これらのアプローチの中でも、コンタクトレンズベースの監視技法が、それらが、非侵襲性であるため、魅力的である。１つのコンタクトレンズシステム（ＳｅｎｓｉｍｅｄＡＧのＴｒｉｇｇｅｒｆｉｓｈ）は、信号を処理し、無線で伝送するために使用される電気的歪みセンサ、アンテナ、およびマイクロチップを装備するコンタクトレンズによって、角膜曲率の微小な変化を測定する。本技術は、患者が、データ伝送および電力伝達のために腰の上に受信機を装着することを要求する。厚いシリコーンコンタクトレンズ（中心厚さ５８０μｍ）のため、これは、日常的に使用されるコンタクトレンズと同程度に快適ではなく、軽度から中程度の有害反応が、患者の最大８０％において報告されている。訓練された人員の要件ならびに本コンタクトレンズプラットフォームと関連付けられる不快感および高費用は、長期監視用途におけるその使用を妨げるものの、単一の２４時間周期にわたる試験のみを可能にする。この理由から、Ｔｒｉｇｇｅｒｆｉｓｈは、日単位スケールにおけるＩＯＰの変化を決定するためにより好適であることが見出される。しかしながら、薬物への応答としてのＩＯＰ変化は、数週間の時間スケールにおいてである。同様に、ある生活様式の修正に応答するＩＯＰ変化もまた、２４時間の時間スケールよりも長いものにおいてであろう。したがって、薬物効能を決定し、定期的なＩＯＰ測定のために患者が行う必要がある通院の回数を減少させるために、長期においてＩＯＰ変動を監視し得る連続装着コンタクトレンズセンサの必要性が、存在する。

コンタクトレンズセンサの他の実施例は、圧力誘発歪みに応答する電気抵抗、インダクタンス、および静電容量変化の測定に基づく。これらの実施例では、センサ応答は、典型的には、外部リーダコイルを使用する共振周波数変化の測定によって、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続性によって、遠隔で検出される。電気的測定は、レンズの内側の伝導性構成要素を要求し、これは、典型的には、透明ではなく、透気性がない。

最近では、Ｋｉｍｅｔａｌ．が、電極透明性の問題に対処するために、グラフェン－Ａｇ－ナノワイヤを使用している（Ｊ．Ｋｉｍｅｔａｌ．，「Ｗｅａｒａｂｌｅｓｍａｒｔｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｎｓｏｆｔｃｏｎｔａｃｔｌｅｎｓｅｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｏｃｕｌａｒｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ」，ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．８，Ａｐｒ２０１７，Ａｒｔ．ｎｏ．１４９９７）。長期使用能力を伴うコンタクトレンズの第１の条件は、低酸素症を防止するための高い透気性である。好ましくないことに、電気センサによって必要とされる伝導性構成要素は、ガスに対して不透過性である。金属は、軟質材料と比較して、８～１０桁低いガス透過性を有し、これは、電気的感知ベースのコンタクトレンズが、単一の２４時間にわたって使用されるときでも、ヒト治験において軽度の有害反応を引き起こす。長期使用のための他の条件は、快適性であり、これは、高い含水率および薄い（＜２００マイクロメートル）コンタクトレンズを作製することによって達成される。電気的感知方法は、コンタクトレンズの水和レベルに対して敏感である。したがって、コンタクトレンズ電気センサは、標準的シリコーン／ヒドロゲル材料の代わりに、非常に低い含水率を有するシリコーンから作製される。これは、コンタクトレンズの快適性を低減させる。水和レベルに対する感度に関する３つの主要な理由が、存在する。第１に、水和に起因するヒドロゲルの膨張は、歪みを誘発し、したがって、これは、測定における誤差の源である。第２に、コンタクトレンズと角膜との間の摩擦は、水和レベルに対して敏感であり得、したがって、感度に影響を及ぼす。最後に、電気的構成要素は、湿度から影響を受け、したがって、パリレン－ｃ等のシーラント材料を使用することによって隔離されるべきである。

本発明は、当技術分野を発展させ、現在の問題または懸念のうちの少なくともいくつかを排除する、ＩＯＰを測定するための技術を提供する。

Ｊ．Ｋｉｍｅｔａｌ．，「Ｗｅａｒａｂｌｅｓｍａｒｔｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｎｓｏｆｔｃｏｎｔａｃｔｌｅｎｓｅｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｏｃｕｌａｒｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ」，ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．８，Ａｐｒ２０１７，Ａｒｔ．ｎｏ．１４９９７

本発明は、ＩＯＰ測定のためにコンタクトレンズと統合される、マイクロ流体原理を使用する歪みセンサに関する。本発明において使用される材料は、低費用、透明、透気性、かつ可撓性である。シリコーンコンタクトレンズ内にマイクロ流体歪みセンサを埋設するための方法が、提供される。マイクロ流体コンタクトレンズセンサ（ｍｉＬｅｎＳ）は、患者が、その自身のＩＯＰを測定し、緑内障をより良好に管理することを可能にする。

マイクロ流体コンタクトレンズセンサは、患者の生涯の間の内部因子（すなわち、代謝、瞬目、および衝動性眼移動）ならびに外部因子（すなわち、薬物、食事、生活様式等）に起因するＩＯＰ増減を測定することが可能である。測定は、患者の裁量で（または自動的に）行われ、読出は、スマートフォンカメラによって（または自動化測定のためのウェアラブルカメラによって）実現されるであろう。これは、在宅監視および持続的データ記録を可能にする。データは、次いで、医療提供者のデータベースに直接送信され、これは、患者および医師が、ＩＯＰ変動を監視することを可能にする。本発明者らの技術の側面が、以下のように列挙される。

１）ｍｉＬｅｎＳは、狭いマイクロ流体感知領域（ｍｉＬｅｎＳの周辺における０．１ｍｍと同程度に小さい幅のリング）が、シリコーンまたはシリコーン／ヒドロゲルコンタクトレンズ材料内に埋設される、ハイブリッド材料システムを使用して構築されるであろう。マイクロ流体感知チャネルは、透明、軟質、かつ疎油性材料から作製されるであろう。感知材料は、電子構成要素と比較して、６～１０桁高い透気性であろう。

２）マイクロ流体感知技法は、いかなる能動的に制御される構成要素も有しておらず、流体物理学の原理に基づいてのみ機能する。ｍｉＬｅｎＳは、あらゆる電気的構成要素がない（無電力）。これは、低費用デバイスである。加えて、これは、ウェアラブル電子センサにおいて必要とされる、データ伝送、受信、および記録のための煩雑な周辺構成要素（例えば、アンテナ、マイクロチップ等）を排除することによって、より容易な使用性を提供する。

３）センサは、歪みに対して敏感であり、角膜の曲率半径変化に応答するが、眼瞼によって直接印加される力またはコンタクトレンズ材料の水和に起因する力に対して低い感度を有する。本発明者らが設計したセンサは、側方方向において低い剛性を有し（すなわち、マイクロ流体デバイスは、薄く、低弾性率を有する）、半径方向において高い剛性を有し（すなわち、マイクロ流体ネットワークチャネルは、小さい幅を有する）、これを外力（例えば、瞬目、眼の擦過）に対して感度を低くするであろう。

４）ｍｉＬｅｎＳは、スマートフォンカメラおよび光学アダプタを用いて読出を可能にする。これは、離散的な時点における測定を提供するであろう。一変形例では、センサ応答を追跡し得るウェアラブルカメラもまた、持続的かつ自動化測定のために利用されることができる。

５）既存の技術を用いて記録された持続的データは、ＩＯＰが、１日毎および１時間毎に約５～１５ｍｍＨｇならびに１秒毎に約１５～４０ｍｍＨｇ増減することを示す。本発明者らが設計したマイクロ流体ネットワーク回路は、血圧または筋肉収縮に起因して短い時間スケールにおいて起こる大きい増減をフィルタ処理して取り除く能力を有する。この場合では、センサは、実際には、流体ローパスフィルタとして作用し、これは、数分でまたはそれよりも遅く起こる変化のみに応答する。類似する様式で、流体構成要素は、急速なＩＯＰ変化のみを登録するように設計されることができる。異なる時間スケールにおいて起こる事象を測定し得るセンサは、角膜の曲率半径測定に基づいて、真のＩＯＰのより良好な推定を行うことができる。

マイクロ流体歪みセンサ埋設コンタクトレンズは、使用が便宜的であり、持続的測定能力を有する。これは、測定を行うための訓練を殆ど要求せず、したがって、家庭医学のためのデバイスとして使用されるであろう。これらは、大規模な患者集団に関する長期ＩＯＰデータの記録が必要とされる臨床研究を可能にするであろう。ＩＯＰの持続的記録およびその分析は、神経変性疾患およびそれらの圧力との関係の理解を向上させるであろう。加えて、これは、緑内障治療のために使用される薬物の効率および効能を改良するために有用であろう。したがって、ｍｉＬｅｎＳ技術は、緑内障患者のより良好に個人化された処置のための有望な健康管理技術を提供する。上記に列挙されるこれらの利点は、潜在的に、患者が、恒久的に、かつ訓練された人員の補助を伴わずにセンサを使用することを可能にするであろう。

一実施形態では、本発明は、眼内圧変化を監視するためのマイクロ流体歪み感知デバイスを提供する。閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、透明および／または疎油性である。マイクロ流体歪み感知デバイスは、コンタクトレンズと、コンタクトレンズに埋設される、閉鎖型マイクロ流体ネットワークとを有する。コンタクトレンズは、シリコーンコンタクトレンズ、ヒドロゲルコンタクトレンズ、またはそれらの組み合わせである。コンタクトレンズは、いかなる能動的に制御される構成要素または電気的構成要素も有していない。

閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、軸方向歪みに対して敏感である体積を有する。閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、（ｉ）ガスを含有する、ガスリザーバ、（ｉｉ）歪みが、誘発されると、体積を変化させる液体を含有する、液体リザーバ、および（ｉｉｉ）感知チャネル内に液体を保持することが可能である、感知チャネルに区別される。感知チャネルは、１つの端部上にガスリザーバを接続し、別の端部上に液体リザーバを接続する。感知チャネルは、角膜上の曲率半径変動への応答として、または角膜の機械的伸展および解放への応答として流体的に変化するであろう、感知チャネル内の液体－ガス平衡圧力界面および平衡を確立する。液体－ガス平衡圧力界面および平衡は、眼内圧を測定するために使用される。

液体リザーバは、少なくとも１つのリングを形成し、空気リザーバは、少なくとも１つのリングの内側または外側に位置付けられる。各場合では、液体リザーバ体積は、コンタクトレンズを装着する眼に対する半径方向力に対して、眼に対する接線方向力に対して非常に敏感である。液体リザーバは、半径方向における高い剛性、および／または、接線方向における剛性および／またはマイクロ流体チャネル壁厚さと比べてより小さいチャネル幅を有し、液体リザーバが外力に対して感度が低くなることをもたらす。

一実施例では、液体リザーバは、１つ以上のチャンバを有する。これらのチャンバは、同心リングを有し得る。これらのチャンバはまた、１つ以上の場所において相互に接続される同心リングを有し得る。これらのチャンバはまた、同心リングを有し得、感度は、同心リングの数が、増加するにつれて、増加する。

一実施例では、液体リザーバの表面は、パターン化され得る。液体リザーバ天井の表面は、凸状形状を有し得、凸状形状は、リザーバチャネル床に向かって湾曲し得る。

感知チャネルは、液体リザーバに印加される約１％歪みあたり約４．５ｍｍ界面移動の歪み感度を有する。一実施例では、感知チャネルは、約１～１０ｍｍの内径を有する。別の実施例では、感知チャネルは、１０^－１１～１０^－８ｍ^２の断面積を伴う内径５～１２ｍｍを有する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
眼内圧変化を監視するためのマイクロ流体歪み感知デバイスであって、
（ａ）コンタクトレンズと、
（ｂ）前記コンタクトレンズに埋設される閉鎖型マイクロ流体ネットワークと
を備え、
前記閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、印加された歪みに対して敏感である体積を有し、前記閉鎖型マイクロ流体ネットワークはさらに、
（ｉ）ガスを含有するガスリザーバと、
（ｉｉ）液体リザーバであって、前記液体リザーバは、前記歪みが、印加されると、体積を変化させる液体を含有する、液体リザーバと、
（ｉｉｉ）感知チャネル内に前記液体を保持することが可能である前記感知チャネルと
を備え、
前記感知チャネルは、１つの端部上に前記ガスリザーバを接続し、別の端部上に前記液体リザーバを接続し、
前記感知チャネルは、角膜上の曲率半径変動への応答として、または前記角膜の機械的伸展および解放への応答として流体的に変化するであろう前記感知チャネル内の液体－ガス平衡圧力界面および平衡を確立し、
前記液体－ガス平衡圧力界面および平衡は、前記眼内圧を測定するために使用される、マイクロ流体歪み感知デバイス。
（項目２）
前記液体リザーバは、少なくとも１つのリングを形成し、前記空気リザーバは、前記少なくとも１つのリングの内側に位置付けられる、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目３）
前記液体リザーバ体積は、前記コンタクトレンズを装着する眼に対する半径方向力と比べて、前記眼に対する接線方向力に対して非常に敏感である、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目４）
前記液体リザーバは、半径方向における高い剛性、および／または、接線方向における剛性と比べてより小さいチャネル幅を有し、前記液体リザーバが外力に対して感度が低くなることをもたらす、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目５）
前記コンタクトレンズは、シリコーンコンタクトレンズ、ヒドロゲルコンタクトレンズ、またはそれらの組み合わせである、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目６）
前記感知チャネルは、前記液体リザーバに印加される約１％歪みあたり約４．５ｍｍ界面移動の歪み感度を有する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目７）
前記感知チャネルは、約１～１０ｍｍの内径を有する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目８）
前記感知チャネルは、１０^－１１～１０^－８ｍ^２の断面積を伴う内径５～１２ｍｍの内径を有する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目９）
前記液体リザーバは、１つ以上のチャンバを有する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１０）
前記液体リザーバは、同心リングを伴う１つ以上のチャンバを有する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１１）
前記液体リザーバは、同心リングを伴う１つ以上のチャンバを有し、前記同心リングは、１つ以上の場所において接続される、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１２）
前記液体リザーバは、同心リングを伴う１つ以上のチャンバを有し、前記感度は、同心リングの数が、増加するにつれて、増加する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１３）
前記液体リザーバの表面は、パターン化される、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１４）
前記液体リザーバ天井の表面は、凸状形状を有し、前記凸状形状は、前記リザーバチャネル床に向かって湾曲する、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１５）
前記コンタクトレンズは、いかなる能動的に制御される構成要素または電気的構成要素も有していない、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１６）
前記閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、透明である、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。
（項目１７）
前記閉鎖型マイクロ流体ネットワークは、疎油性である、項目１に記載の眼内圧監視デバイス。

図１は、本発明の例示的実施形態による、圧力監視に基づくｍｉＬｅｎｓデバイスのワークフローを示す。図２Ａは、本発明の例示的実施形態による、わずか１００マイクロメートル厚さであるセンサの画像を示す。各側上の小さい滴は、センサをシールするために使用され、２０マイクロメートル未満の厚さで作製され得る、Ｎｏｒｌａｎｄ光学接着剤（ＮＯＡ）である。図２Ｂは、本発明の例示的実施形態による、センサをコンタクトレンズの中に埋設した後のセンサ（３００マイクロメートル最終厚さ）の画像を示す。図３は、本発明の例示的実施形態による、コンタクトレンズ内に埋設される複数のリング液体リザーバを伴う閉鎖型システムセンサの上面図を示す。図４は、本発明の例示的実施形態による、複数チャンバ液体リザーバセンサＡ）対単一チャンバ液体リザーバセンサＢ）ならびにＡ^＊）およびＢ^＊）に示されるようなセンサが接線方向力下で伸展されるときのそれらの個別の挙動の側面図を示す。４１０－Ａおよび４１０－Ｂは、センサの伸展下の可能性として考えられる伸展点を示す。センサは、両方の方向における剛性を減少させる軟質材料から作製される必要性がある。センサは、薄くある必要性がある。図４は、これを図示し、基本的に、マイクロ流体チャネル天井厚さｔ１および床厚さｔ２は、小さくある（＜２０μｍ）必要性がある。これもまた、両方の方向における剛性を低減させる。リザーバリング幅ｗは、小さくある（＜１００μｍ）必要性がある。これは、接線方向剛性に影響を及ぼさないが、マイクロ流体チャネルの半径方向剛性を増加させ、センサ性能を向上させる際に重要である。図５は、本発明の例示的実施形態による、単一リング液体リザーバ対３リングリザーバの上面図を示す。３つのリングに関する丸で囲まれた領域は、拡大されたリングを示す。図６は、本発明の例示的実施形態による、３つの異なるセンサタイプ、すなわち、１つ、２つ、および５つのリザーバリングの圧力応答を示す。リング高さ、幅、および間隔は、１００マイクロメートルである。傾斜値は、感度であり、ｍｍ／ｍｍＨｇ単位で対応する曲線の下に示される。曲線毎に、少なくとも３つの測定値の平均および標準偏差が、使用される。図７は、本発明の例示的実施形態による、３つの異なるリング幅に関するリザーバリングの数に対する感度依存性を示す。リング数のうちのいくつかに関する複数のデータ点が、同一のパラメータを伴う異なる時点で加工されたセンサを使用して取得され、感度値における増減は、加工の差異の結果である。感度は、５０および１００マイクロメートル幅を伴うリングの数に線形に依存するが、２００マイクロメートル幅に関するものから有意に影響を受けない。図８は、本発明の例示的実施形態による、角膜上のｍｉＬｅｎＳの設置および液体リザーバの位置の側面図を示す。挿入図は、液体リザーバおよびそれらに作用する力の拡大図を示し、挿入図ａ）は、半径方向力下で圧縮される単一の幅広液体リザーバを示し、挿入図ｂ）は、同一の力の下で圧縮されない液体リザーバとしての一連の同心円を示す。図９は、本発明の例示的実施形態による、３つの異なるリング幅に関する高さに対する感度依存性を示す。高さのうちのいくつかに関する複数のデータ点が、同一のパラメータを伴う異なる時点で加工されたセンサを使用して取得され、感度値における増減は、加工の差異の結果である。感度は、リザーバ高さに線形に依存する。赤色データ点９１０は、より厚いチップ（３００マイクロメートル）を示し、それらは、より薄い（１５０マイクロメートル）対応物９２０と比較して、５０％低減された感度を示す。図１０は、本発明の例示的実施形態による、オーゼティックコンタクトレンズセンサおよび液体リザーバ断面の拡大図を示す。図８に示されるような長方形チャネルを伴うセンサと異なり、本チャネルは、湾曲上部層を有する。本上部層は、本発明者らのデータおよびＣｏｍｓｏｌシミュレーションによって示されるように、接線方向力が印加されると、平坦化される。図１１は、本発明の例示的実施形態による、円形および線形凸状形状を伴うパターン化されたリザーバ天井を伴うセンサを示す。図１２は、本発明の例示的実施形態による、線形にパターン化された液体リザーバ天井を伴うセンサの顕微鏡画像を左側に示す。右側に、それぞれ、平坦天井センサ対湾曲天井（オーゼティック）デバイスに関する測定された感度２９マイクロメートル／ｍｍＨｇおよび７７マイクロメートル／ｍｍＨｇの比較が、示される。図１３は、本発明の例示的実施形態による、センサを加工する方法を示す。Ａは、ＵＶ処理を指す。Ｂは、プラズマ処理（ＰＤＭＳ）を指す。Ｃは、処理ＡＰＴＥＳを指す。１は、ガラススライドを指し、２は、ＮＯＡ６５（未硬化）を指し、３は、ＰＤＭＳを指し、４は、ＮＯＡ６５（硬化）を指す。ステップ１では、ＮＯＡ６５が、２つのＰＤＭＳコーティングガラススライドの間に挟装され、ＵＶ硬化され、２０マイクロメートルフィルムを作成する。これは、２回繰り返される。ステップ２では、ＮＯＡ６５が、金型上に滴下され、ステップ２からの２０マイクロメートルフィルムが、プラズマ処理される。ステップ３では、ステップ２からの２つの層が、ともに挟装され、ＵＶ硬化される。ステップ４では、ステップ３からの７０マイクロメートル層が、プラズマ処理される。ステップ１からの２０マイクロメートル層は、プラズマ処理され、ＡＰＴＥＳ処理される。ステップ５では、ステップ４からの２つの層が、ともに挟装される。図１４は、本発明の例示的実施形態による、コンタクトレンズの中にセンサを埋設する方法を示す。Ｂは、プラズマ処理（ＰＤＭＳ）を指す。Ｃは、処理ＡＰＴＥＳを指す。Ｄは、硬化（熱）処理を指す。５は、コンタクトレンズ加工のための半球形金型を指し、６は、センサを指し、７は、コンタクトレンズの上部層を指す。ステップ６では、ＰＤＭＳが、コンタクトレンズ金型上に流し込まれる。次いで、摂氏８０度において硬化され、プラズマおよびＡＰＴＥＳ処理される。センサ底面が、プラズマ処理される。ステップ７では、センサ底面が、ＰＤＭＳコーティングコンタクトレンズ金型上に設置される。センサリザーバは、作業液体を用いて充填され、シールされる。ステップ８では、より多くのＰＤＭＳが、センサ上に流し込まれ、室温において硬化される。ステップ９では、コンタクトレンズが、金型の表面から剥離される。図１５は、本発明の例示的実施形態による、オーゼティックマイクロ流体センサの天井層の加工ステップを示す。図１６は、本発明の例示的実施形態による、癌細胞の生物力学のための歪みセンサを示す。底部チャネルでは、歪みセンサが、設置される一方、細胞が、上部チャネル内に播種される。図１７は、本発明の例示的実施形態による、コンタクトレンズおよび形状の場所の上面図ならびに側面図を示す。上面図および側面図における星形形状の他に、他の例示的形状もまた、提供されることができる。これらの形状の組み合わせもまた、使用されることができる。図１８は、本発明の例示的実施形態による、５０マイクロメートル高さおよび５０マイクロメートル幅のチャネルが、薄いデバイスを維持しながら最適な感度付近を提供する、Ｃｏｍｓｏｌ結果を示す。図１８の星形形状は、本デバイスを薄く維持しながらの最大体積変化（すなわち、感度）のための最適な幾何学的パラメータを示す。

これまでに報告されているＩＯＰ測定デバイスは、センサに作用する力の方向性を考慮していない。例えば、Ｃｈｅｎｅｔａｌ．（Ｇ．－Ｚ．Ｃｈｅｎ，Ｉ．－Ｓ．
Ｃｈａｎ，Ｌ．Ｋ．Ｋ．Ｌｅｕｎｇ，ａｎｄＤ．Ｃ．Ｃ．Ｌａｍ，「Ｓｏｆｔｗｅａｒａｂｌｅｃｏｎｔａｃｔｌｅｎｓｓｅｎｓｏｒｆｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」，ＭｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．９，ｐｐ．１１３４－１１３９，Ｓｅｐ２０１４）による静電容量測定ベースのセンサは、瞬目に起因する等のレンズに対して印加される半径方向力に応答する。理想的なコンタクトレンズセンサは、角膜の半径変化の結果として印加される歪みに対してのみ敏感であるべきであり、レンズに対して垂直に印加される力（すなわち、半径方向力）によって影響を受けるべきではない。これを考慮して、本発明者らは、眼に対する半径方向力よりも接線方向力に対してより敏感である歪みセンサを開発するために、ＣＯＭＳＯＬシミュレーションおよび実験的測定を使用した。本発明の実施形態は、ＩＯＰ測定のためのマイクロ流体感知およびそのような所望の歪みセンサ力応答に基づく。

図１は、ＩＯＰ自己測定技法のワークフローの実施例を示す。ｍｉＬｅｎＳは、患者が、通常のコンタクトレンズと同様に、これを自身で設置および除去することが可能であろうため、他のセンサと明確に異なる。ＩＯＰが、増減するにつれて、角膜の曲率半径は、変化する（ＩＯＰの各１ｍｍＨｇ変化は、曲率半径の４μｍ変化を引き起こす）。本技術では、センサのマイクロ流体感知チャネルにおける流体レベルは、角膜上の曲率半径変動への応答として変化するであろう。センサ応答は、光学アダプタを装備するスマートフォンカメラを用いて検出され、次いで、スマートフォンアプリによって圧力値に変換されるであろう。これは、無線周波数またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）データ転送方法に関連するセキュリティおよび健康懸念を排除するであろう。本発明者らは、ＩＯＰ監視用途のために十分である、除核されたブタの眼上での１ｍｍＨｇのＩＯＰ検出限界を実証した。

電子回路に類似する、マイクロ流体回路は、ローまたはハイパスフィルタとして機能することができる（電気抵抗および静電容量は、それぞれ、圧縮性材料の流体抵抗（Ｒ）およびコンプライアンス（Ｃ）によって置換される）。ＲＣ値は、センサ応答の時定数を決定するであろう。大きいＲＣ値を伴うセンサは、急速な変化に応答しないであろうが、緩慢に変動する日内変動に対して敏感であるであろう。小さいＲＣ値を伴うセンサは、瞬目および眼球脈動の効果を検出する能力を有するであろう。

一例示的実施形態では、マイクロ流体歪みセンサ（図２Ａ）は、ウェアラブル感知用途のためにＰＤＭＳコンタクトレンズ（図２Ｂ）に統合される。図３－４のセンサ材料３０２を伴うセンサ３００を参照すると、センサ３００は、コンタクトレンズ３１０内に埋設され、液体リザーバ３２０（変位された液体体積を増幅し、本実施例では、液体リザーバリングとして示される）、ガスリザーバ３３０、および一方の端部上で液体リザーバ３２０に接続され、他方の端部上でガスリザーバ３３０に接続される、感知チャネル３４０に区別される。最初に、液体リザーバ３２０は、毛細管作用を使用して、油等の作業液体を用いて充填され、次いで、シールされる。これは、感知チャネル３４０内に安定したガス／液体界面３５０を作成し、閉鎖型マイクロ流体ネットワークを形成する。ＩＯＰ増減は、角膜の曲率半径を変化させ、ＩＯＰの１ｍｍＨｇ増加毎に、角膜の曲率半径は、４μｍ増加する。これは、液体リザーバ弾性壁に対して印加される歪みに起因して、液体リザーバ体積を増加させる。増加されたリザーバ体積は、真空を作成し、感知チャネル３４０内のガス／液体位置３５０を液体リザーバ３２０に向かって偏移させる。感知チャネル断面積が、低減されるにつれて、リザーバ体積変化に適応するために要求される線形液体変位は、増加し、したがって、感度は、向上する。

図５は、マイクロ流体歪みセンサの２つの例示的設計、すなわち、液体リザーバに関する単一のリング５１０対３つのリング５２０の上面図を示す。液体リザーバの垂直壁表面積を増加させることは、ＩＯＰの変化に対するセンサの感度を増加させる。これは、２つの方法、すなわち、ｉ）壁の数を増加させること、ｉｉ）チャネル壁の高さを増加させることにおいて試験された。最初に、本発明者らは、例えば、５２０によって示されるような複数の液体リザーバリングを伴うセンサを設計および加工し、したがって、合計壁表面積を増加させた。異なる数のリングに関する感度結果は、図６－７に提示される。本発明者らは、より多くのリングを追加することによって壁の数を増加させることが、線形様式で本デバイスの感度を増加させることを見出した。対照的に、リザーバの幅は、感度に対して有意な効果を及ぼさなかった。本現象は、図８に示されるような接線方向歪みと半径方向力が誘発した圧潰との間の相互作用の直接的結果である。リザーバ壁高さの効果を試験するために、本発明者らは、３つのタイプのセンサ（５０、１００、および３３０μｍ高さ）を構築し、それらの感度を比較した。図９に示されるように、リザーバ高さが、倍増するにつれて、感度もまた、倍増された。本発明者らが、リザーバ高さを３３０μｍまで増加させると、感度もまた、３倍に増加し（２００μｍ幅に関してのみ示される）、垂直壁高さの効果を証明した。図９はさらに、センサ剛性の効果を示す。１５０μｍ厚さのセンサが、３００μｍ厚さのものと比較されるとき（１００Ｔおよび３３０Ｔによって示される）、より厚いセンサは、～５０％のより低い感度を有する。

要約すると、本発明者らは、センサ性能を理解および最適化するために、広いパラメータ範囲を実験的に精査した。本発明者らは、様々な数のリザーバリング（１～５つ）、リング幅（ｗ＝５０～５００μｍ）、リザーバ高さ（５０、１００、３３０μｍ）、チップ厚さ（１３０μｍ、３００μｍ）、ならびに異なるヤング率約１ＭＰａ（ＰＤＭＳ）対約１０ＭＰａ（ＮＯＡ６５）および約１００ＭＰａ（ＮＯＡ６１）を伴うセンサを加工した。これらの感度試験の結果は、以下を実証した。ｉ）増加された液体リザーバ高さは、感度を増加させる。ｉｉ）本発明者らは、必要に応じて（例えば、要求される連続装着コンタクトレンズ性質に応じて）、より多くのリザーバリングを設計に追加することによって感度を向上させることが可能である。ｉｉｉ）剛性（ヤング率（Ｅ）×チップ厚さ（ｔ）／幅（ｗ））は、感度を有意に改変しないが、しかしながら、これは、快適性およびレンズ／角膜の機械的相互作用等の他の因子を考慮して最適化される必要がある。

マイクロ流体歪み感知のためのオーゼティックメタマテリアル
センサの別のバージョンでは、マイクロ流体チャネルネットワーク高さは、印加される接線方向歪み１０１０に応答して増加する。体積増加は、エラストマセンサのリソグラフィパターン化を通したポアソン比修正によって達成される。図１０は、コンタクトレンズセンサの断面を介して、歪み感知のためのオーゼティックメタマテリアルの作動原理を示す。マイクロ流体チャネルの天井は、示されるように、凸状形状を有する、すなわち、チャネル内部に向かって湾曲する。これは、図１１に示されるような円形または線形パターンのいずれかを伴う天井フィルムをパターン化することによって達成される。これらは、本発明者らが試験した唯一のパターンであるが、他のパターンも、同一の効果を得るために使用されることができる。図１０に示されるように、接線方向力が、印加されると（すなわち、ＩＯＰ変化に起因して）、天井は、平坦な天井が使用されるときに観察される圧潰と対照的に、凸状天井のため、外向きに変形される。センサの前面に向かう本変形は、２０１７年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６３６６号（その中の図１４）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に示されるような本発明者らのＣＯＭＳＯＬシミュレーションによると、チャネル高さの増加、したがって、液体リザーバ体積拡張の増幅を引き起こす。本増幅は、センサの感度を増加させる。

図１２は、天井上の凸状構造の線形パターンを伴うオーゼティックセンサ上の液体リザーバの画像を左側に示す。図１２は、平坦および湾曲（オーゼティック）デバイスの間の実験的感度比較を右側に示す。感度増加は、２．５倍である。

生体適合性であり、電子機器のないマイクロ流体機械的メタマテリアルは、非常に敏感であり、信頼性のある歪みセンサの加工を可能にした。本発明者らが開発した接線方向歪み感知方法は、本発明者らの実験によって実証されるように、ＩＯＰに特有である。本発明者らは、ブタの眼におけるＩＯＰを監視するために本アプローチを使用し、１ｍｍＨｇの検出限界（０．０５％歪みに対応する）および数週間にわたる信頼性を実証した。マイクロ流体歪みセンサは、臨床的に関連する範囲内のＩＯＰに応答する形状変化に起因する眼の歪みを測定することができる。

製造
本発明者らは、フォトリソグラフィおよびソフトリソグラフィ技法を使用してセンサを構築した。最初に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）軟質金型が、加工された。センサ材料として、ポリウレタンベースのＮｏｒｌａｎｄ光学接着剤６５（ＮＯＡ６５）が、その透明性、可撓性、疎油性、および生体適合性に起因して選定された。次いで、要求される特徴を伴う薄いＮＯＡ６５フィルムが、作製され、図１３に示されるように、センサを作製するためにともに接合された。本発明の目的のために、本発明者らは、極端に薄い（約１００μｍ）マイクロ流体デバイスを構築するために、具体的加工方法を開発した。本発明者らのデバイスにおいて使用されるポリウレタンのガス透過性は、ウェアラブル電子機器において使用される金属よりも６～８桁低い。

本発明者らは、最初に、歪みセンサを所望の形状に切断し、平坦な１００μｍ歪みセンサ（図２Ａ）をＰＤＭＳコンタクトレンズの中に埋設した。本発明者らは、本発明者らのセンサを平坦に構築したが、それらはまた、湾曲した金型が、使用される場合、湾曲して構築されることもできる。本発明者らは、本発明者らが、図２Ｂに示されるような８～１５ｍｍ曲率半径および１０～１４半径を伴うコンタクトレンズを構築し得る、加工プロトコルを開発した。本発明者らは、ドーム形プラスチック金型を使用し、そこで、本発明者らは、それらの上にＰＤＭＳを流し込み、所望の曲率半径における１０～１００μｍシリコーンフィルムを取得し、本発明者らは、（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）化学構造によってシリコーンフィルム上に本発明者らのセンサを接合した。次いで、シリコーン内にセンサを完全に埋設するために、より多くのシリコーンを流し込んだ。詳細は、図１４に示される。最後に、本発明者らは、シリコーンを室温において一晩硬化させた後、円形パンチャを用いてレンズを切り抜いた。本発明者らは、コンタクトレンズセンサ全体が、１５０μｍ未満であり得るように、５０μｍ厚さと同程度に薄いセンサを構築するためのプロセスおよび技法を開発した。

オーゼティックセンサバージョンに関して、製造における唯一の差異は、図１３のステップ４におけるものであり、本発明者らは、底部層として平坦フィルムの代わりに、パターン化されたフィルムを使用した。パターン化は、図１５に示されるように行われた。

変形例および修正
１）マイクロ流体歪み感知原理は、歪み感知が必要である広い範囲の医療用途のために使用され得る。緑内障管理以外の生物医学的用途は、物理療法監視（例えば、手の関節の傷害において）、音声認識、胎児／乳児監視、振戦疾患、ロボット工学等として列挙され得る。

２）マイクロ流体歪み感知は、生物感知および生化学的感知のために使用されることができる。例えば、これは、表面上の細胞によって印加される歪みを測定するために監視するために使用されることができる。機械的キューは、細胞分化、アポトーシス、および運動性等の細胞プロセスにおいて重要な役割を果たす。細胞は、それらが成長する基質に対する力を感知および付与する。腫瘍細胞は、通常の細胞よりも多くの力を発生させる。代表的な物理的キューのうちの１つである剪断応力は、機械的信号によって活性化される遺伝子の発現増加を引き起こしている。細胞によって発生される機械的キューを理解することは、細胞の機械的シグナル伝達経路の変異によって誘起される癌の進行を理解するために重要であろう。本発明者らの歪みセンサは、異なる物理的および機械的キューの暴露下の直接癌細胞信号伝達の直接監視を提供するであろう。したがって、これは、癌研究における新規のアプローチをもたらすであろう。本発明者らのセンサを使用することによって、新しいバイオマーカが、発見され、ならびに新しい薬物療法が、実装され得る。これらのデバイスはまた、力が、シナプス可塑性の進行に関する重要な因子のうちの１つであるため、ニューロンのシナプス可塑性の調整を含む、いくつかの他の条件においても役立つであろう。

異なる条件への細胞の応答を理解するために、マイクロ流体チャネルの２つの層が、図１６に示されるように構築されることができる。細胞が、成長するにつれて、底部チャネル上の歪みセンサを撮像し得る。これは、組織硬直を提供するであろう。上部チャネルもまた、剪断応力を変化させる異なる流率を適用することによって操作されることができる。本設計では、細胞の機械的応答が、それらが、機械的に操作されている間に観察されることができる。本設計は、バイオマーカおよび薬物開発において使用されるであろう。

癌組織は、それらが進行するにつれて、より剛性の特質を示す。平均して、癌細胞は、通常の組織の４倍の剛性を有するであろう。癌細胞のより早期の剛性を理解することは、より早期の癌検出につながるであろう。歪みセンサは、皮膚上で外部から使用され得るパッチの中に組み込まれ得る。具体的には、これは、皮膚および乳癌タイプにおいて使用され得る。マイクロチャネル内に埋設される赤外線ビーズを伴うそのようなパッチは、卵巣癌、肝臓癌、および脳癌の場合に、最適化され、内臓に埋込され得る。特に、これらのパッチは、癌の再発を監視するために、重度の腫瘍除去外科手術後に埋込され得る。マイクロ流体力学ベースの歪みセンサを可撓性シリコン電子機器と組み合わせることは、生体内の３次元軟質組織に対する多重測定を可能にするであろう。本信号は、ｗｉ－ｆｉ埋設技術を使用して、クラウドベースのシステムに転送され得る。全体として、高度な電子機器を組み込まれた歪みセンサは、癌の再発の可能性が高い組織の持続的監視を提供するであろう。

３）ｍｉＬｅｎＳは、ｉ）説明されるように、所望の形状／サイズを伴う歪みセンサをコンタクトレンズの中に埋設するか、またはｉｉ）金型上の特徴がコンタクトレンズに伝達される、ソフトリソグラフィを通してコンタクトレンズの表面上に所望のトポグラフィを直接パターン化するかのいずれかによって製造されることができる。

４）コンタクトレンズ上の微細な幾何学的特徴の間の距離は、マイクロ流体力学を使用する代わりに、直接測定されることができる。本距離は、ＩＯＰの関数として変化するであろう。これらの特徴の幾何学的形状およびパターンは、ＩＯＰに対する感度を最大限にするように慎重に選択されるべきである。ＩＯＰは、ｍｉＬｅｎＳに類似する幾何学的特徴を伴うコンタクトレンズセンサ（ｇｅｏＬｅｎＳ）の撮像に基づいて測定されるであろう。図１７は、例示的ｇｅｏＬｅｎＳの上面図および側面図を示す。ＩＯＰ決定のために使用されるべき微細な特徴の場所および形状が、示される。上面図および側面図に示される星形形状の他に、他の例示的形状もまた、提供される。これらの形状の組み合わせもまた、使用されることができる。上面図では、コンタクトレンズの半径は、ｒによって表され、ｒの値は、０．５～１ｃｍであり得る。θは、コンタクトレンズの周辺に位置付けられる特徴の間の角度を示し、これは、コンタクトレンズ上に角度的に設置されるであろう特徴の数を決定する。θは、１０°（周辺における３６個の特徴）～１８０°（周辺における２つの特徴）であり得る。最小で２つの特徴が、コンタクトレンズ上に必要とされる。ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、．．．ｄ_ｎは、連続する特徴の間の距離を表し、０．０１～１ｃｍであり得る。合計距離ｄ＝ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３＋．．．＋ｄ_ｎは、ｒよりも小さいはずである。側面図に示されるコンタクトレンズの曲率半径ｒ_ｃは、０．５～１ｃｍであり得る。特徴の特徴的幅ｗは、０．００１～０．５ｃｍであり得る。

ＩＯＰが、変化するにつれて、周辺特徴の間の距離、例えば、ｄ_１は、変化し、ＩＯＰ変化の測度として使用されることができる。中心特徴の間の距離、例えば、ｄ_２またはｄ_３、もしくは任意の特徴の幅ｗは、それらが、ＩＯＰに応答して変化しないため、基準測定値として使用されることができる。周辺における対向する特徴の間の距離（合計距離は、２ｄ）は、ＩＯＰ変化への応答として最も変化する。眼の既知の特徴（すなわち、虹彩の境界）までのｇｅｏＬｅｎＳ特徴のうちのいずれか１つの距離は、ＩＯＰの測度として検出されることができる。

上記に提案される概念の実行可能性を試験するために、本発明者らは、ＰＤＭＳから作製され、約２５０μｍの厚さを有するコンタクトレンズを加工した。試験のために、本発明者らは、２０１７年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６３６６号（その中の図１９の左側）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に示されるようなＰＤＭＳから作製される現実的な眼モデルを加工した。

眼モデルの曲率半径は、約４μｍ／ｍｍＨｇ（３μｍ／ｍｂａｒ）変化し、これは、ヒトの眼の挙動に非常に近い。

２０１７年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６３６６号（その中の図１９の右側）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に示されるように、本発明者らは、コンタクトレンズ上にマークを付け、本発明者らは、本発明者らが作成した眼モデル上にこれを設置した。これらのマークは、プローブとしての役割を果たし、本発明者らが、印加される圧力の関数として、コンタクトレンズ上の異なる場所の間の距離の変化を測定することを可能にした。本発明者らは、２５ｍｂａｒから１００ｍｂａｒに変動する、４つのレベルの圧力を眼モデルにおいて印加した。本発明者らは、コンタクトレンズ上の４つの場所（３つの距離測定値）をサンプリングし、これらの場所の間の距離が、２０１７年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６３６６号（その中の図２９）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に示されるように、印加される圧力の関数としてプロットされる。コンタクトレンズの中心上に位置する点は、場所「１」として標識化され、その数は、点が、中心から遠くに位置するにつれて増加される（例えば、場所「２」）。異なるマーキングされた点の間の距離（例えば、場所「１」－場所「２」）が、測定された。図２０では、青色、赤色、および緑色線は、それぞれ、場所１－２、場所２－４、および場所４－６に関する印加される圧力の関数としての距離を示す。対応する線形フィットも、同様にプロットされる。全体として、予備調査結果は、ｇｅｏＬｅｎＳ上の異なる場所の間の距離が、印加される圧力の線形関数に従い、これが、測定可能範囲内であることを示している。

５）ｇｅｏＬｅｎＳ特徴は、ｍｉＬｅｎＳと同様に加工されることができる、またはそれらは、単に、インクを用いてマーキングされることができる。

６）ｍｉＬｅｎＳリザーバチャネルは、円形の代わりに、蛇行形状を有することができる。

７）本デバイスは、これが、材料の熱膨張に対して敏感であるため、温度センサとして使用されることができる。

８）本デバイスは、気圧変化に対して感度が低い。これは、真空中で、例えば、宇宙用途において使用されることができる。

９）画像は、スマートフォンカメラによって、特別なハンドヘルドカメラによって、またはウェアラブルカメラによって撮影されることができる。画像は、眼の真向かいから、４５°角度において、または９０°角度において、もしくは０°～９０°角度の任意の角度において撮影されることができる。

１０）スマートフォンの正面または背面カメラが、撮像のために使用されることができる。

１１）画像は、患者によって、随意に、または患者が電話上で何らかのものを読み取っているときに自動的に収集されることができる。

１２）画像分析は、カメラのマイクロプロセッサによって行われることができる、またはさらなる処理のために主要サーバに転送されることができる。

１３）患者は、データ記憶、分析等のクラウドサービスのサブスクリプションへの支払を行うことができる。

１４）ｍｉＬｅｎＳチャネルは、虹彩または強膜に対するコントラストを向上させるために、着色された液体を用いて充填されることができる。

付加的技術注記
本発明は、歪み感知用途のための閉鎖型マイクロ流体ネットワークに関する。本デバイスは、リングの数に応じて、１％歪みあたり２～１５ｍｍ界面移動の歪み感度を有する。感度は、リングの数を増加させることによって、なおもさらに増加されることができる。これは、２４時間にわたって印加される圧力変化に耐えるために十分にロバストであり、数カ月の寿命を有する。これらの特徴は、０．１％よりも小さい極端な歪みレベルが、２時間よりも長い時間周期にわたって測定される必要がある用途のためにこれを魅力的にする。本発明者らは、眼内圧（ＩＯＰ）を監視するために、センサをコンタクトレンズの中に埋設した。ＩＯＰに関する要求される検出限界は、１ｍｍＨｇである。これは、０．０５％の歪みに対応する。本発明者らは、液体リザーバとしての複数のマイクロ流体チャネルを含む液体リザーバネットワークを設計することによって、本歪み検出限界を達成した。液体リザーバネットワークは、感知チャネルに接続され、感知チャネルは、空気リザーバに接続される。これらの３つの構成要素は、閉鎖型システムを形成する。１つの可能性として考えられる構成におけるその３つの構成要素を伴うセンサが、図３に示される。図３は、これがコンタクトレンズ内に埋設されているときを示す、センサの上面図である。センサは、毛細管力のみを使用して、入口から作業液体を用いて充填される。作業液体が、出口に到達すると、入口および出口の両方が、センサ材料を使用してシールされ、内側に固定された液体体積を伴う閉鎖型システムを形成する。この時点で、液体は、その合計長さの約半分まで感知チャネルを充填し、液体／空気界面を作成する。コンタクトレンズおよびセンサは両方とも、シリコーンおよびポリウレタン等のエラストマから作製されるが、シリコーン／ヒドロゲル等の他の材料から作製されることもできる。

センサは、これが、接線方向力下で伸展されるとき、マイクロ流体液体リザーバネットワークの体積増幅に基づいて機能する。センサの作動原理は、図４に説明される。ここでは、それらが、半径方向に分散される代わりに、線形に分散される、センサ構成要素の別の構成が、簡略化のために使用される。複数のチャンバＡ）対単一の幅広チャンバＢ）を有し得る液体リザーバを伴うセンサの側面図が、比較される。センサが、接線方向力下で伸展されると、センサおよびその構成要素の形状は、それぞれ、Ａ^＊）およびＢ^＊）に描写されるように変化する。４１０－Ａおよび４１０－Ｂは、液体リザーバの近傍におけるセンサ上の可能性として考えられる応力領域の表現である。参照のために、センサの合計初期長さは、１－１’として示され、合計初期液体リザーバネットワーク幅は、２－２’として示され、液体空気界面の初期位置は、３として示される。そのような閉鎖型マイクロ流体ネットワークが、接線方向力下で伸展されるときに起こり得る、３つの顕著な機械的変化が、存在する。

ｉ）伸長：Ａ^＊）およびＢ^＊）が、それぞれ、Ａ）およびＢ）と比較されると、合計センサ長さ（１－１’）は、伸長に起因して増加するであろうことが分かり得る。同様に、液体リザーバネットワーク幅（２－２’）もまた、増加するであろう。

ｉｉ）圧潰：単一のリザーバの場合では、液体リザーバの上方の薄い膜は、Ｂ^＊）に示されるように、誘発された応力に起因して、かつ本膜の低いリジディティに起因して、圧潰するであろう。より高いリジディティの膜を伴う複数のチャンバが、使用されるとき、圧潰は、Ａ^＊）に示されるように、起こらないであろう、または有意に減少するであろう。

ｉｉｉ）液体リザーバ体積増加および結果として生じる真空効果：液体リザーバ幅が、伸長されると、その合計体積は、膜圧潰が、防止される、または有意に低減され得る場合、増加するであろう。本体積増加は、液体リザーバが、Ｂ^＊）に示されるような小さい幅を伴う複数のチャンバから成る場合、増幅されることができる。増幅は、オーゼティックパターンが、小さいリザーバチャンバの膜上に作成されるとき、さらに大きくなるであろう。液体リザーバの体積が、増加すると、これは、真空効果を引き起こし、本真空は、液体リザーバに向かって液体／空気界面位置（３）を引動する。ｍｍＨｇ単位におけるＩＯＰ変化あたりのμｍ単位における本界面の移動は、感度として定義される。文献によると、各１ｍｍＨｇＩＯＰ変化は、０．０５％の歪みを引き起こす。本歪みは、界面位置に対して約１００μｍ位置変化を引き起こす。

最大感度のために考慮されるべき別の因子は、センサ材料のヤング率（Ｅ）である。Ｅを増加させることは、快適性を低減させる。高潤滑性を伴うコンタクトレンズが、向上された快適性のために使用されるとき、角膜とセンサ／レンズとの間の接触摩擦は、減少し、これは、特に、高Ｅセンサに関して、滑動および減少された感度を引き起こすであろう。本発明者らの実験およびシミュレーション結果によると、最適なＥは、最大感度および快適性のために、０．２～１０ＭＰａの範囲内である。Ｅが、２ＭＰａを下回って低減されるにつれて、リザーバチャネルの幅もまた、１００μｍを下回って低減される必要性がある。

Claims

明細書に記載された発明。