ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНЗА И СИСТЕМА ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ГЛАЗА
OPHTHALMIC LENS AND SYSTEM FOR FLUORESCENCE ANALYSIS OF FLUID MEDIUM OF EYE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к офтальмологическим устройствам, на которых или в которых расположены флуоресцентные детекторы. Офтальмологические устройства можно использовать для анализа аналита в текучих средах в офтальмологических условиях.
2. ОПИСАНИЕ СМЕЖНОЙ ОБЛАСТИ
Офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, интраокулярная линза или пробка для слезной точки, традиционно представляет собой биосовместимое устройство с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, контактная линза может обеспечивать одну или более из функций коррекции зрения, косметического улучшения и/или терапевтической функции. Каждая из функций обеспечивается определенной физической характеристикой линзы. Конфигурация линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет обеспечить функцию коррекции зрения. Введение в линзу пигмента позволяет обеспечить косметическое улучшение. Введение в линзу активного агента позволяет обеспечить терапевтическую функцию. Таких физических характеристик можно добиться без переведения линзы в состояние с энергообеспечением. Офтальмологическое устройство традиционно представляет собой пассивное устройство.
Недавно были описаны новые офтальмологические устройства на основе офтальмологических вставок с энергообеспечением. Данные устройства могут использовать функцию энергообеспечения для питания активных оптических компонентов.
В смежной области описаны недавно разработанные устройства для детекции глюкозы, имплантируемые в офтальмологическую ткань. Устройства и их будущие альтернативы могут использовать зонды на основе Ферстеровского резонансного переноса энергии (FRET) для генерирования резонансного сигнала, чувствительного к концентрации глюкозы вблизи зонда. Примеры устройств могут включать в себя имплантаты, помещенные в относительно прозрачную ткань в глазу для исследования концентрации глюкозы в тканевой жидкости (ISF) в офтальмологических условиях.
Некоторые из данных устройств зондируют портативными флуоресцентными детекторами. Контактные линзы со встроенными системами обнаружения флуоресценции могут обеспечить удобные и более эффективные средства для детекции концентраций глюкозы. Следовательно, подходящим решением может быть разработка офтальмологических устройств со встроенными флуоресцентными детекторами с энергообеспечением для анализа уровней глюкозы.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Офтальмологические устройства со встроенными флуоресцентными детекторами в соответствии с настоящим изобретением преодолевают недостатки предшествующего уровня техники, кратко описанного выше. Соответственно, настоящее изобретение включает в себя герметизированную несущую вставку, которая содержит элемент для анализа флуоресценции.
В некоторых примерах осуществления можно сформировать устройство несущей вставки для офтальмологической линзы, которое содержит кольцевую несущую вставку, содержащую внутри герметичную полость для компонента. Кольцевую несущую вставку можно сформировать из переднего элемента кольцевой вставки и заднего элемента кольцевой вставки, которые соединяют вместе. Задний элемент кольцевой вставки может равнозначно обозначаться как тыльный элемент кольцевой вставки. В некоторых примерах осуществления передний элемент кольцевой вставки можно герметично соединить с задним элементом кольцевой вставки. Герметичное соединение можно проводить различными способами и в различных местоположениях, в некоторых примерах осуществления можно сформировать и герметично уплотнить как внутреннее кольцевое герметичное соединение, так и внешнее кольцевое герметичное соединение. При такой герметизации кольцевой несущей вставки участок между различными герметичными соединениями и передним кольцевым элементом вставки и кольцевым задним элементом вставки может представлять собой полость, в которой можно разместить различные компоненты.
В некоторых примерах осуществления компонент, который можно разместить в герметичной полости для компонента внутри кольцевой несущей вставки, может представлять собой источник энергии. В других примерах осуществления источник энергии можно разместить снаружи или частично снаружи герметичной полости для компонента, но с сохранением возможности установить электрическое соединение с компонентами внутри герметичной полости.
В некоторых примерах осуществления устройство несущей вставки для офтальмологической линзы может также содержать соединения, которые могут быть по меньшей мере частично  размещены внутри герметичной полости для компонента.
В некоторых примерах осуществления внутри герметичной полости для компонента можно разместить электронную схему.
В некоторых примерах осуществления из элемента кольцевой вставки может выступать язычок материала либо из переднего элемента кольцевой вставки, либо из тыльного или заднего элемента кольцевой вставки, либо как элемент, соединенный с одним из них. В некоторых примерах осуществления язычок может поддерживать элемент для флуоресцентного анализа вдоль по меньшей мере частей поверхности элемента кольцевой вставки. В некоторых примерах осуществления части поверхности можно разместить снаружи от герметичной полости для компонента, или их можно разместить внутри герметичной полости для компонента, где их можно разместить внутри участка язычка или соединить с участком язычка. Элемент для флуоресцентного анализа можно соединить с частью соединений, и он может находиться в электрической связи с электронными схемами внутри устройства кольцевой несущей вставки.
В некоторых примерах осуществления участок язычка можно сформировать на передней кольцевой поверхности, а также можно сформировать на заднем или тыльном элементе кольцевой вставки. Элемент для флуоресцентного анализа можно разместить на участке язычка заднего элемента кольцевой вставки. В других примерах осуществления элемент для флуоресцентного анализа можно разместить на участке язычка переднего элемента кольцевой вставки. В других примерах осуществления элемент для флуоресцентного анализа можно разместить в непосредственной близости к одному или обоим из переднего элемента кольцевой вставки и заднего элемента кольцевой вставки, но можно не закреплять непосредственно на одном из данных элементов. В некоторых примерах осуществления участок язычка можно сформировать только на одном из переднего элемента кольцевой вставки или заднего элемента кольцевой вставки.
В некоторых примерах осуществления с использованием устройства кольцевой несущей вставки можно образовать устройство офтальмологической контактной линзы. В некоторых примерах осуществления устройство несущей вставки в соответствии с предшествующим описанием можно герметизировать или встроить в юбку материала, которая может быть совместима со взаимодействием с тканью человека в офтальмологических условиях. В некоторых примерах осуществления юбка может содержать гидрогелевый материал.
Флуоресцентный зонд может быть размещен в непосредственной близости к ткани среды человеческого глаза и, следовательно, может иметь фиксированное местоположение и ориентацию в данной среде. Для устройства офтальмологической контактной линзы может быть важно сохранять ориентацию, чтобы элемент для флуоресцентного анализа мог надлежащим образом взаимодействовать с флуоресцентным зондом. Юбка материала, которая герметизирует или окружает вставку со средой, может включать в себя структурные элементы, которые могут подходить для ориентации контактной линзы. Такие устройства, которые можно обозначить как стабилизирующие элементы или зоны, могут поддерживать офтальмологическое устройство в правильной ориентации путем взаимодействия со средой глаза, включая, например, веки пользователя.
Различные примеры осуществления для обнаружения флуоресценции могут включать в себя электронные компоненты для осуществления функций управления, функций анализа, функций сохранения данных и других аналогичных функций, а также для обеспечения передачи данных на электронные компоненты, приемники или приемопередатчики, размещенные за пределами устройства обнаружения флуоресценции. В некоторых примерах осуществления некоторые или все из электронных компонентов могут присутствовать в виде многослойного интегрированного компонента.
В некоторых примерах осуществления система анализа текучей среды глаза может содержать офтальмологическое устройство. Офтальмологическое устройство может содержать элементы питания или аккумуляторные батареи, причем такие элементы являются частью офтальмологического устройства. В некоторых примерах осуществления офтальмологическое устройство может подходить для ношения пользователем в контакте с текучей средой глаза пользователя. Система флуоресцентного анализа может находиться в электрической связи с источником или источниками энергии. Система флуоресцентного анализа может быть выполнена с возможностью оперативного измерения сигнала флуоресценции в среде глаза.
В некоторых примерах осуществления зонд для флуоресцентного анализа можно разместить внутри ткани глаза пользователя таким образом, чтобы часть офтальмологического устройства, содержащая систему флуоресцентного анализа, могла взаимодействовать с ним. Зонд для флуоресцентного анализа может взаимодействовать с по меньшей мере первой композицией, размещенной в пространствах интерстициальной ткани, которые окружают зонд для флуоресцентного анализа. Зонд для флуоресцентного анализа может взаимодействовать с первой композицией таким образом, что взаимодействие приводит к излучению зондом характерного сигнала, основанного по меньшей мере частично на концентрации первой композиции, с которой он взаимодействует. Излучение характерного сигнала может быть обусловлено, вызвано и/или стимулировано взаимодействием с возбуждающим сигналом, который он может получать от флуоресцентной аналитической системы. В некоторых примерах осуществления флуоресцентная аналитическая система может генерировать оптический возбуждающий сигнал под управлением электронной схемы внутри устройства. Оптический возбуждающий сигнал может поглощаться зондом для флуоресцентного анализа, и зонд может затем испускать характерный сигнал, который может представлять собой сигнал флуоресценции. Электронная схема может содержать процессор, который может представлять собой часть офтальмологического устройства. Процессор может выполнять программу и сохранять значения или данные, относящиеся к сигналу флуоресценции, наблюдаемому системой флуоресцентного анализа. В некоторых примерах осуществления процессор может вызвать или может быть выполнен с возможностью испускать или передавать или иным образом генерировать сигнал. В некоторых примерах осуществления передача может быть вызвана или инициирована получением сигнала, который передается на устройство с внешнего источника. Выходной сигнал может различным образом кодировать сохраненные значения в передаваемый сигнал.
В некоторых других примерах осуществления процессор, который может выполнять программу, может сравнивать обнаруженный сигнал флуоресценции с запрограммированным пороговым значением. В других примерах осуществления пороговое значение может быть получено из передачи от внешнего источника. Пороговое значение может быть связано с одним или более свойствами текучей среды глаза, которые могут быть указаны в характеристиках сигнала флуоресценции. В некоторых примерах осуществления, когда величина обнаруженного сигнала флуоресценции находится за пределами границы, задаваемой пороговым значением, процессор или электронная схема могут инициировать выдачу сигнала. В некоторых примерах осуществления сигнал может быть получен внешним приемопередатчиком или приемником и инициировать подачу предупреждающего сигнала или выполнение иного действия, внешнего относительно офтальмологического устройства.
Офтальмологическое устройство со встроенными флуоресцентными детекторами можно использовать различными способами. В некоторых примерах осуществления может обеспечиваться офтальмологическое устройство, содержащее флуоресцентную аналитическую систему. Пользователь может, например, носить офтальмологическое устройство как устройство контактной линзы. В некоторых примерах осуществления может быть предусмотрен прием значения данных от источника, внешнего относительно офтальмологического устройства, или передача данных от офтальмологической контактной линзы. Другими словами,  офтальмологическое устройство может быть выполнено с возможностью одностороннего или двухстороннего обмена данными с внешними устройствами.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.
На фиг. 1A-1B представлен пример осуществления несущей вставки для офтальмологического устройства с энергообеспечением и пример осуществления офтальмологического устройства с энергообеспечением.
На фиг. 2A-2B представлен пример кольцевой вставки и вид в сечении в указанном положении.
На фиг. 3 представлен пример осуществления несущей вставки с флуоресцентным датчиком, расположенным в периферийной части, в электрической связи с элементом электронной схемы с энергообеспечением.
На фиг. 4A-4B представлен пример осуществления офтальмологической контактной линзы с несущей вставкой, которая содержит флуоресцентный датчик. Также показаны другие элементы примера контактной линзы.
На фиг. 5A-5B представлен пример офтальмологических условий с примером флуоресцентного зонда для обнаружения аналита. Также показано соответствующее наложение офтальмологической линзы в офтальмологических условиях.
На фиг. 6 представлен пример офтальмологической линзы в офтальмологических условиях, содержащей флуоресцентный зонд для обнаружения аналита, беспроводным образом передающий информацию на приемный блок.
На фиг. 7 представлен пример многослойной практической реализации элементов для обнаружения флуоресценции, встроенных в офтальмологические устройства.
На фиг. 8 представлен процессор, который можно использовать для практической реализации примеров осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к офтальмологическому устройству, имеющему чувствительные элементы, способные активизировать флуоресцентный зонд и воспринимать флуоресцентное излучение от зонда. В следующих разделах приведено подробное описание примеров осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются только примерами осуществления. Предполагается, что специалисту в данной области будут очевидны возможности создания вариаций, модификаций и изменений. Следовательно, предполагается, что примеры осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В данном описании и формуле настоящего изобретения используются различные термины, для которых приняты следующие определения.
«Электросмачивание на диэлектрике» или «EWOD» - при использовании в настоящем документе термин относится к классу устройств или классу частей устройств с комбинацией несмешивающихся текучих сред или жидкостей, участком поверхности с заданной свободной энергией поверхности и электрическим полем, создаваемым приложением потенциала. Как правило, электрическое поле, создаваемое приложением потенциала, изменяет свободную поверхностную энергию участка поверхности, что может привести к изменению взаимодействия несмешивающихся текучих сред с участком поверхности.
«С энергообеспечением» - при использовании в настоящем документе относится к состоянию, в котором устройство может поставлять электрический ток или аккумулировать электрическую энергию.
«Энергия» - при использовании в настоящем документе относится к способности физической системы совершать работу. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения может относиться к способности выполнения электрических действий при совершении работы.
«Источник энергии» - при использовании в настоящем документе термин относится к устройству или слою, способному подавать энергию или переводить логическое или электрическое устройство в состояние энергообеспечения.
«Устройство сбора энергии» - при использовании в настоящем документе относится к устройству, способному извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
«Флуоресцентный зонд» - при использовании в настоящем документе термин относится к химическому зонду, который взаимодействует со своей средой для изменения обнаруженной зондом флуоресцентной характеристики.
«Флуоресцентный анализ» - при использовании в настоящем документе термин относится к использованию флуоресцентной характеристики при проведении химического анализа.
«Флуорофор» - при использовании в настоящем документе термин относится к флуоресцентной химической композиции, которая может быть связана или скомбинирована с другими химическими композициями, которые могут переизлучать свет при оптическом возбуждении.
«Функционализированный» - при использовании в настоящем документе термин относится к получению слоя или устройства, способного выполнять некоторую функцию, включая, например, подачу питания, активацию или управление.
«Утечка» - при использовании в настоящем документе термин относится к нежелательной потере энергии.
«Линза» или «офтальмологическое устройство» - при использовании в настоящем документе термин относится к любому устройству, расположенному в глазу или на нем. Данные устройства могут обеспечивать оптическую коррекцию, выполнять косметическую функцию или могут обеспечивать функцию, не связанную с глазом. Например, термин может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используют для коррекции или модификации зрения, либо для косметического улучшения физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. В альтернативном варианте осуществления линза может обеспечивать неоптические функции, например, контроль уровня глюкозы или введение лекарственного средства. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, представляют собой мягкие контактные линзы, полученные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают в себя, например, силикон-гидрогели и фтор-гидрогели.
«Линзообразующая смесь», или «реакционная смесь» («реакционная смесь мономера» (РСМ)) - при использовании в настоящем документе относится к мономерному или форполимерному материалу, который можно полимеризовать и поперечно сшить или поперечно сшить с образованием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать в себя линзообразующие смеси с одной или более добавками, например, УФ-блокаторами, красителями, фотоинициаторами или катализаторами, а также прочими необходимыми добавками для офтальмологических линз, таких как контактные линзы или интраокулярные линзы.
«Линзообразующая поверхность» - при использовании в настоящем документе термин относится к поверхности, используемой для литья линзы. В некоторых примерах осуществления любая такая поверхность может иметь оптическое качество поверхности, что указывает на то, что данная поверхность является достаточно гладкой и образована таким образом, чтобы поверхность линзы, изготовленная путем полимеризации линзообразующего материала в контакте с формирующей поверхностью, была оптически приемлемого качества. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления линзообразующая поверхность может иметь такую геометрию, которая необходима для придания поверхности линзы желаемых оптических характеристик, включая коррекцию сферических, асферических и цилиндрических аберраций, коррекцию аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и т.п., а также любых их комбинаций.
«Литий-ионный элемент» - относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате перемещения ионов лития через элемент. Данный электрохимический элемент, как правило, называемый аккумуляторной батареей, в своей типичной форме может быть возвращен в состояние с более высоким зарядом или перезаряжен.
«Несущая вставка» - при использовании в настоящем документе термин относится к герметизированной вставке, которая будет включена в состав офтальмологического устройства с энергообеспечением. В несущую вставку можно встроить элементы питания и электронную схему. Несущая вставка определяет основную цель офтальмологического устройства с энергообеспечением. Например, в вариантах осуществления, в которых офтальмологическое устройство с энергообеспечением позволяет пользователю корректировать оптическую силу, несущая вставка может включать в себя элементы питания, управляющие частью с жидкостным мениском в оптической зоне. В альтернативном варианте осуществления несущая вставка может иметь кольцевую форму, так что оптическая зона не содержит материала. В таких вариантах осуществления обусловленная энергопитанием функция линзы может быть не связана с оптическим качеством, а может предусматривать, например, контроль уровня глюкозы или введение лекарственного средства.
«Форма для литья» - относится к жесткому или полужесткому объекту, который можно использовать для формирования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя две части формы для литья - переднюю криволинейную часть формы для литья и заднюю криволинейную часть формы для литья.
«Рабочий режим» - при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию с высоким потреблением тока, в котором протекающий в схеме ток позволяет устройству выполнять свою основную обусловленную энергопитанием функцию.
«Оптическая зона» - при использовании в настоящем документе обозначает область офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
«Мощность» - при использовании в настоящем документе обозначает выполненную работу или переданную энергию за единицу времени.
«Перезаряжаемый» или «перезапитываемый» - при использовании в настоящем документе обозначает возможность быть перезаряженным или переведенным в состояние с более высокой способностью совершать работу. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения могут относиться к способности устройства испускать электрический ток определенной величины в течение определенного периода времени.
«Повторно подключить к источнику энергии» или «перезарядить» - при использовании в настоящем документе обозначает восстановление состояния с более высокой способностью совершать работу. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения могут относиться к восстановлению способности устройства испускать электрический ток определенной величины в течение определенного периода времени.
«Высвобожденный из формы для литья» - при использовании в настоящем документе термин относится к линзе, которая либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо прикреплена к ней таким образом, что ее можно отделить легким встряхиванием или сдвинуть с помощью тампона.
«Наложенные друг на друга» - при использовании в настоящем документе термин относится к расположению по меньшей мере двух слоев с компонентами в непосредственной близости друг к другу таким образом, чтобы по меньшей мере часть одной поверхности одного из слоев контактировала с первой поверхностью второго слоя. В некоторых примерах осуществления между двумя слоями может находиться пленка, обеспечивающая адгезивное скрепление или выполняющая иные функции, так что слои контактируют друг с другом через указанную пленку.
«Многослойные интегрированные многокомпонентные устройства» или «SIC-устройства» - при использовании в настоящем документе термин относится к результатам применения технологий упаковки, позволяющим собирать тонкие слои подложек, которые могут включать в себя электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства путем наложения по меньшей мере части каждого слоя друг на друга. Слои могут содержать многокомпонентные устройства различных типов, материалов, форм и размеров. Более того, слои можно получить с помощью различных технологий производства устройств для получения различных контуров.
«Режим сохранения» - при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию системы, содержащей электронные компоненты, в которой источник энергии обеспечивает или должен обеспечивать минимальный проектный ток нагрузки. Данный термин не является взаимозаменяемым с режимом ожидания.
«Вставка подложки» - при использовании в настоящем документе термин обозначает формуемую или жесткую подложку, способную поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления вставка подложки также поддерживает один или более компонентов.
Офтальмологическое устройство с энергообеспечением
На фиг. 1A представлен пример осуществления несущей вставки 100 для офтальмологического устройства с энергообеспечением и соответствующее офтальмологическое устройство с энергообеспечением 150 (фиг. 1B). Несущая вставка 100 может содержать оптическую зону 120, которая может необязательно быть функциональной в плане обеспечения коррекции зрения. Если обусловленная энергопитанием функция офтальмологического устройства не связана со зрением, оптическая зона 120 несущей вставки может не содержать материал. В некоторых примерах осуществления несущая вставка может включать в себя часть, находящуюся вне оптической зоны 120 и содержащую подложку 115, встроенную с элементами питания 110 (источник энергии) и электронными компонентами 105 (нагрузка).
В некоторых примерах осуществления источник питания 110, например, аккумуляторная батарея, и нагрузка 105, например, полупроводниковый кристалл, могут быть прикреплены к подложке 115. Проводящие дорожки 125 и 130 могут обеспечивать электрическое соединение между электронными компонентами 105 и элементами питания 110. Несущая вставка может быть полностью герметизирована для защиты и вмещения элементов питания 110, дорожек 125 и электронных компонентов 105. В некоторых примерах осуществления герметизирующий материал может быть полупроницаемым, например, для предотвращения попадания в несущую вставку определенных веществ, таких как вода, и обеспечения входа в несущую вставку или выхода из несущей вставки определенных веществ, таких как газы окружающей среды или побочные продукты реакций в элементах питания.
Как показано на фиг. 1B, в некоторых примерах осуществления несущая вставка 100 может быть включена в офтальмологическое устройство 150, которое может содержать полимерный биосовместимый материал. Офтальмологическое устройство 150 может включать в себя жесткую центральную часть и мягкую юбку, причем центральный жесткий оптический элемент содержит несущую вставку 100. В некоторых конкретных вариантах осуществления несущая вставка 100 может непосредственно контактировать с атмосферой и поверхностью роговицы на передней и задней поверхностях соответственно, или в альтернативном варианте осуществления несущую вставку 100 можно герметизировать в офтальмологическое устройство 150. Периферическая зона 155 офтальмологического устройства или линзы 150 может представлять собой мягкую юбку, включая в себя, например, юбку из гидрогелевого материала. Инфраструктура несущей вставки 100 и офтальмологического устройства 150 может обеспечивать условия для множества вариантов осуществления с использованием обработки образца текучей среды элементами для флуоресцентного анализа.
На фиг. 2A-2B представлен пример многоэлементной вставки 200 кольцевой формы как в горизонтальной проекции, фиг. 2A, так и в поперечном сечении, фиг. 2B. Вставка 200 представляет собой кольцевую вставку с кольцом из материала вокруг центральной оптической зоны, которая не содержит материал. Кольцевая вставка 200 содержит внешний периметр, показанный как элемент 220, и внутренний кольцевой край, показанный как элемент 230. Вставка 200 может включать в себя элементы питания, соединительные элементы различных типов и элементы электронной схемы.
Пунктирной линией у элемента 290 показано направление сечения. На фиг. 2B, элемент 290, представлено поперечное сечение вдоль направления пунктирной линии. Поперечное сечение показывает, что вставка 200 может представлять собой комбинацию переднего элемента вставки 291 и заднего элемента вставки 292. Возможны различные способы соединения и герметизации двух данных элементов вдоль различных поверхностей кольцевидной структуры, и на фигуре показан пример конфигурации герметичного соединения. В герметизированном пространстве также может находиться элемент интегральной схемы 293, подключенный к соединительным элементам. В некоторых примерах осуществления задний элемент вставки 292 может иметь зазор на участке интегральной схемы 293. В данных примерах осуществления интегральная схема 293 может включать в себя датчик, который может работать более эффективно, если он сможет воспринимать сигнал без мешающего влияния элемента вставки.
Элементы флуоресцентного зонда для анализа аналита
Способы флуоресцентного анализа позволяют обнаруживать и анализировать различные типы аналитов. Подмножество данных способов может опираться на прямое излучение флуоресценции от самого аналита. Более общий набор способов относится к флуоресцентным зондам, имеющим компоненты, которые связываются с молекулами аналита и при таком связывании изменяют показатели флуоресценции. Например, при использовании Ферстеровского резонансного переноса энергии (FRET) зонды выполняются с комбинацией двух флуорофоров, которые могут быть химически прикреплены к взаимодействующим белкам. Расстояние флуорофоров друг до друга может влиять на эффективность излучения исходящего от них сигнала флуоресценции. Один из флуорофоров может поглощать сигнал возбуждающего излучения и может резонансным образом передавать возбуждение на электронные состояния в другом флуорофоре. Связывание аналитов с прикрепленными взаимодействующими белками может исказить геометрию и привести к изменению флуоресцентного излучения от пары флуорофоров. Сайты связывания во взаимодействующих белках можно запрограммировать генетически, например, можно запрограммировать сайт связывания, чувствительный к глюкозе. В некоторых случаях полученный сайт может быть менее чувствительным или нечувствительным к другим компонентам тканевой жидкости требуемого образца.
Связывание аналита с FRET-зондами может приводить к возникновению сигнала флуоресценции, чувствительного к концентрациям глюкозы. В некоторых примерах осуществления FRET-зонды могут быть чувствительны к небольшой концентрации глюкозы 10 мкм и могут быть чувствительны к концентрациям вплоть до сотен микромолей. Можно генетически сконструировать и сформировать различные FRET-зонды. Полученные зонды могут быть выполнены в виде структур, которые могут облегчить анализ тканевой жидкости субъекта. В некоторых примерах осуществления зонды можно разместить внутри матрицы материала, который является проницаемым для тканевой жидкости и ее компонентов, например, FRET-зонды можно встроить в гидрогелевые структуры.
В некоторых примерах осуществления данные гидрогелевые зонды можно включить в процесс гидрогелевой обработки офтальмологических контактных линз таким образом, чтобы они могли находиться в гидрогелевой оболочке, которая при ношении на глазу будет погружена в слезную жидкость. В других примерах осуществления зонд можно ввести в ткани глаза непосредственно над склерой. Гидрогелевую матрицу, содержащую зонды, чувствительные к флуоресцирующему аналиту, можно разместить в различных местоположениях в контакте с содержащими аналит биологическими жидкостями.
В описанных примерах флуоресцентные зонды могут контактировать с тканевой жидкостью участка глаза вблизи склеры. В данных случаях, когда зонды вводят инвазивно, измерительное устройство может подавать сигнал излучения, падающий на флуоресцентный зонд, из внешнего относительно глаза местоположения, такого как офтальмологическая линза или удерживаемое вблизи глаза портативное устройство.
В других примерах осуществления зонд можно ввести внутрь офтальмологической линзы вблизи измеряющего флуоресценцию устройства, которое также введено внутрь офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления гидрогелевая юбка может герметизировать как офтальмологическую вставку с флуоресцентным детектором, так и FRET-зонд для исследования аналита.
Офтальмологические устройства-вставки и офтальмологические устройства с флуоресцентными детекторами
На фиг. 3 представлена офтальмологическая вставка, включающая в себя компоненты, которые могут образовать пример флуоресцентной аналитической системы. Представленная офтальмологическая вставка показана в виде примера кольцевой формы, имеющей внутреннюю границу 335 и внешнюю границу 320. Помимо элементов питания 330, схемы управления 310 и соединительных элементов 360 также может присутствовать флуоресцентная аналитическая система 350, которую в определенных примерах осуществления можно расположить на отвороте 340. Отворот 340 может быть соединен со вставкой 300 или быть ее монолитным, выполненным зацело продолжением. Отворот 340 может надлежащим образом расположить флуоресцентную аналитическую систему 350 при ношении офтальмологического устройства, содержащего флуоресцентный детектор. Отворот 340 позволяет аналитической системе 350 перекрываться с частями глаза пользователя за пределами оптической зоны. Флуоресцентная аналитическая система 350 способна определять аналит (присутствие или концентрацию) в образце текучей среды. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, флуорофоры могут включать в себя флуоресцеин, тетраметилродамин или другие производные родамина и флуоресцеина. Специалистам в данной области будет понятно, что любой зонд, чувствительный к флуоресцирующему аналиту, который может включать в себя комбинацию флуорофоров для FRET-анализа или иного флуоресцентного способа анализа, может согласовываться с описанием, представленным в настоящем документе.
Для проведения флуоресцентного анализа зонд можно облучить светом от источника возбуждения. Данный источник излучения можно разместить внутри тела аналитической системы 350. В некоторых примерах осуществления источник излучения может содержать твердотельное устройство или устройства, такие как светодиод. В альтернативном примере осуществления излучение синего лазерного диода на основе InGaN может осуществляться, например, на частоте, соответствующей длине волны 442 нм. Наноразмерные источники излучения в виде отдельных источников или их массивов могут быть образованы из металлических полостей с фигурными излучающими элементами в форме бабочки или креста. В других примерах осуществления излучение светодиодов, например, может осуществляться в диапазоне частот на соответствующих длинах волн приблизительно 440 нм. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления источники излучения можно дополнить устройством полосовой фильтрации.
Другие оптические элементы можно использовать для рассеяния излучения от твердотельного устройства при выходе из устройства-вставки. Данные элементы можно вставить в тело офтальмологической вставки на стадии отливки. В других примерах осуществления к устройству-вставке могут быть прикреплены такие элементы, как оптические волокна, для выполнения функции рассеянного излучателя. Возможны различные способы подачи излучения на флуоресцентный зонд от офтальмологического устройства-вставки 300 такого типа, как показано на фиг. 3.
Внутри флуоресцентной аналитической системы 350 также можно обнаруживать сигнал флуоресценции. Например, элемент твердотельного детектора может быть выполнен с возможностью обнаруживать излучение в полосе примерно 525 нм. Твердотельный элемент может иметь такое покрытие, которое будет пропускать только полосу частот, которая отсутствует в описанных источниках излучения. В других примерах осуществления источники излучения могут работать с рабочим циклом, а сигнал элемента детектора можно фиксировать только тогда, когда источник излучения находится в выключенном состоянии. При использовании рабочего цикла преимуществом может являться использование широкой полосы обнаружения.
Электронная шина управления соединителей, показанная схематически элементом 360, может обеспечивать передачу сигналов к источнику или источникам излучения и обратную передачу сигналов от детекторов. Электронный компонент с электропитанием, элемент 310, может подавать сигналы и обеспечивать аспекты энергообеспечения. В примере осуществления, показанном на фиг. 3, представлен батарейный источник питания 330 электронной схемы 310. В других примерах осуществления питание электронной схемы может обеспечиваться путем передачи энергии беспроводным образом, таким как радиочастотная передача или фотоэлектрическая передача энергии.
На фиг. 4A-4B представлена офтальмологическая линза в форме контактной линзы с выступающим язычком 411, в которую встроен флуоресцентный детектор. На фиг. 4B, элемент 410, представлен вид сверху офтальмологической линзы. Он включает в себя юбку офтальмологической линзы 470. В некоторых примерах осуществления юбку 470 можно сформировать из различных гидрогелевых композиций, совместимых с сформированием контактных линз. В других примерах осуществления определенные гидрогелевые композиции могут быть предпочтительны в силу их свойств относительно различных описанных выше флуоресцентных зондов.
Пунктирной линией 430 показано поперечное сечение. На фиг. 4A представлено поперечное сечение вдоль пунктирной линии 430. Устройство-вставка 300, описанное на фиг. 3, можно разместить внутри офтальмологической линзы, получив кольцевое сечение 432, как показано на элементе 430. Линза показана с напечатанным рисунком радужной оболочки 440, который может присутствовать на кольцевых элементах как элемент 431. Под печатным рисунком могут находиться компоненты вставки, как описано со ссылкой на фиг. 3. Элемент для обнаружения флуоресценции можно разместить в местоположении 433. Офтальмологическая линза 410 также может иметь другие элементы, важные для функционирования линзы с флуоресцентным детектором. В тело образованного офтальмологического устройства могут быть вставлены стабилизирующие элементы 450 и 460. Данные элементы позволяют ориентировать линзу 400 в предпочтительной конфигурации при ношении ее пользователем. В тех примерах осуществления, где флуоресцентный зонд для определения аналита введен в глаз пользователя, стабилизирующие элементы 450 и 460 могут способствовать точному перекрыванию введенного аналитического зонда и элемента 480 для флуоресцентного анализа. В других примерах осуществления, где зонд для определения аналита может быть включен в гидрогелевое тело 470 линзы, стабилизирующие элементы 450 и 460 могут подходить для ориентации элемента для анализа и зонда на предпочтительном участке глаза со слезной жидкостью.
На фиг. 5А и 5В представлено применение офтальмологического устройства со встроенными флуоресцентными детекторами в глазу 510 пользователя вместе с введенным в подлежащую ткань зондом 520 для определения аналита. Как показано на фигуре, при помещении офтальмологического устройства 530 на глаз пользователя и принятии им ориентации, определяемой элементами на офтальмологическом устройстве, он может обеспечить перекрывание элемента 540 для флуоресцентного анализа с зондом 520 для определения аналита. Подходящим решением может быть выбор большего размера элемента 540 для флуоресцентного анализа по сравнению с размером зонда 520, чтобы обеспечить некоторую гибкость в центрировании двух элементов.
На фиг. 6 представлена передача информации от офтальмологического устройства со встроенными флуоресцентными детекторами на внешнее приемное устройство. Пользователь может носить офтальмологическую линзу 610 на глазу в течение периода времени, достаточного для приведения введенного элемента для анализа в равновесие со своим окружением и начала выполненияанализа на аналит. Протокол передачи данных можно создавать либо по мере сбора данных, либо, в других примерах осуществления, после сбора данных. Офтальмологическая линза 610 может передавать беспроводной сигнал, показанный стрелкой 630, для сообщения с внешним приемным устройством 650. Принимающий элемент 640 может включать в себя антенну для радиочастотной передачи или иные преобразователи для преобразования оптических сигналов, акустических сигналов или иных типов сигналов беспроводной передачи данных в принимаемую информацию в приемном устройстве 650.
В некоторых примерах осуществления обусловленная электропитанием работа офтальмологической линзы со встроенными флуоресцентными детекторами может обеспечиваться монолитными компонентами, включенными в офтальмологическое устройство-вставку. В других примерах осуществления, таких как пример, представленный на фиг. 7, для выполнения различных функций, включая управление питанием 715, передачу данных 745, функции управления 750 и функции передачи возбуждающего излучения и приема сигнала флуоресценции 710, может подходить многослойный интегрированный компонент.
В примерах осуществления данного типа, как показано на фиг. 7, несущая вставка может включать в себя множество слоев различного типа, герметизированных в формы, совместимые с офтальмологическими условиями, в которых они будут находиться. В некоторых примерах осуществления данные несущие вставки со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов могут занимать всю кольцевую форму вставки. Альтернативно в некоторых примерах осуществления несущая вставка может представлять собой кольцевую зону, тогда как многослойный интегрированный компонент может занимать лишь часть объема всей вставки.
Как показано в примере с фиг. 7, несущая вставка с многослойными интегрированными компонентами может обладать различными функциональными аспектами. Как показано на фиг. 7, для энергообеспечения можно использовать тонкопленочные аккумуляторные батареи. В некоторых примерах осуществления данные тонкопленочные аккумуляторные батареи могут содержать один или более наложенных друг на друга слоев. В данном случае слои 730 могут представлять собой слои аккумуляторной батареи, в которых может находиться множество компонентов.
Как показано на фигуре, почти во всех слоях могут присутствовать соединения, которые расположены между двумя наложенными друг на друга слоями. В данной области техники возможно множество способов получения данных соединений, однако, как показано на фигуре, соединение между слоями может быть выполнено при помощи шариковых выводов. В некоторых случаях требуются только данные соединения, однако в других случаях шариковые выводы могут контактировать с другими соединительными элементами, например, с компонентом, имеющим сквозные отверстия через слой.
В других слоях несущей вставки с многослойными интегрированными компонентами может присутствовать слой, предназначенный для соединения различных компонентов в связанных между собой слоях, например, слой 725. Данный слой может содержать отверстия и дорожки, проводящие сигналы от различных компонентов к другим компонентам. Например, слой 725 может обеспечивать различные соединения элементов аккумуляторной батареи для блока управления питанием 720, который включает в себя источник питания 740 и устройство заряда аккумуляторной батареи 765, которые могут присутствовать среди компонентов технологического слоя 715. Соединительный слой 725 также может содержать соединения между компонентами технологического слоя и компонентами за пределами технологического слоя; например, это может относиться к компоненту, представляющему собой интегрированный пассивный компонент устройства 760 (IPD), показанный как элемент 755. Специализированные соединительные слои позволяют обеспечить различные способы распределения электрических сигналов.
В заданном приложении может быть множество слоев, указанных как технологические слои; однако в данном примере осуществления присутствует один слой 715. Данные элементы представляют различные технологические варианты, которые могут быть включены в несущие вставки. В некоторых примерах осуществления слои могут включать в себя элементы, выполненные по технологиям КМОП, БиКМОП, биполярной технологии или технологии устройств памяти. В альтернативном варианте осуществления данный слой может относиться к разным технологическим подсемействам в пределах общего семейства; например, слой 715 может включать в себя электронные элементы, произведенные по 0,5-микронной технологии КМОП, и также может включать в себя элементы, произведенные с использованием 20-нанометровой технологии КМОП. Следует понимать, что в сферу действия настоящего изобретения попадают многие другие комбинации различных типов электронных технологий.
В некоторых примерах осуществления несущая вставка может включать в себя места для электрических соединений с компонентами, находящимися за пределами несущей вставки. Однако в других примерах осуществления вставка со средой также может включать в себя соединение с внешними компонентами беспроводным способом. В таких случаях примером беспроводного способа соединения может служить использование антенн. В некоторых таких примерах осуществления может присутствовать слой, обозначенный как элемент 735, в котором может находиться пример антенны. Во многих случаях такой слой антенны может размещаться в несущей вставке сверху или снизу от многослойного интегрированного многокомпонентного устройства.
В некоторых описанных в настоящем документе примерах осуществления элементы аккумуляторной батареи могут быть включены в качестве компонентов по меньшей мере в один из наложенных друг на друга слоев. Также можно отметить, что возможны другие примеры осуществления, в которых элементы аккумуляторной батареи размещены за пределами слоев многослойных интегрированных компонентов. Дополнительные варианты примеров осуществления могут опираться на наличие отдельной аккумуляторной батареи или иного компонента энергообеспечения внутри несущей вставки, или в альтернативном варианте осуществления данные отдельные компоненты энергообеспечения также могут размещаться за пределами несущей вставки.
Элементом 710 может быть обозначен элемент для обнаружения флуоресценции, присоединенный к многослойному интегрированному компоненту. В некоторых примерах осуществления компонент для обнаружения флуоресценции может быть прикреплен как часть слоя. В других примерах осуществления весь элемент для обнаружения флуоресценции может также представлять собой компонент, форма которого аналогична форме других наложенных друг на друга компонентов. Широкое разнообразие типов элементов для флуоресцентного анализа, которые описаны в настоящем документе, может быть совместимо с многослойным интегрированным многокомпонентным устройством, где другие элементы, такие как источники излучения и датчики излучения, либо являются частью слоя, либо альтернативно прикреплены к многослойному интегрированному компоненту.
Системы управления для офтальмологических устройств со встроенными компонентами для флуоресцентного анализа
На фиг. 8 представлен контроллер, который можно использовать в соответствии с некоторыми примерами осуществления настоящего изобретения. Контроллер включает в себя один или более процессоров 810, которые могут включать в себя один или более компонентов процессоров, соединенных с устройством связи 820.
Процессоры 810 могут быть соединены с устройством связи, выполненным с возможностью передачи энергии через канал связи. Устройство связи можно использовать для электронной связи с компонентами внутри офтальмологической вставки в офтальмологическом устройстве. Устройство связи 820 также можно использовать для связи, например, с одним или более компонентами устройства управления или производственного оборудования в процессе производства офтальмологических устройств со встроенными элементами для флуоресцентного анализа.
Процессор 810 также может обмениваться данными с устройством хранения данных 830. Устройство хранения данных 830 может содержать любые соответствующие устройства хранения информации, включая комбинации магнитных устройств хранения данных (например, магнитной ленты и жестких дисков), оптических и/или полупроводниковых устройств хранения данных, таких как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
В устройстве хранения данных 830 может храниться программа 840 для управления процессором 810. Процессор 810 выполняет команды программного обеспечения 840 и таким образом работает в соответствии с настоящим изобретением. Например, процессор 810 может получать информацию, характеризующую местоположение несущей вставки, местоположение компонента и т. п. В устройстве хранения данных 830 в одной или более базах данных 850 и 870 также могут храниться офтальмологические данные. База данных может включать в себя специализированные управляющие последовательности для управления работой флуоресцентной аналитической системы. База данных также может включать в себя параметры и управляющие алгоритмы для управления компонентами для флуоресцентного анализа, которые могут находиться в офтальмологическом устройстве, а также данными, генерируемыми в результате их работы. В некоторых примерах осуществления такие данные можно в конечном итоге передавать на приемное устройство, внешнее относительно офтальмологического устройства.
Следует отметить, что все описанные в настоящем документе компоненты можно выполнить по форме и размеру с возможностью применения в офтальмологических устройствах или приложениях. Кроме того, такие компоненты предпочтительно являются биосовместимыми или герметизированы в биосовместимые материалы.
Хотя представленные и описанные в настоящем документе варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области будут понятны возможности отступления от конкретных конфигураций и способов, представленных и описанных в настоящем документе, которые можно использовать без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.