آشنایی با IoT-Integrated Smart Contactes

لنزهای تماس هوشمند نشان دهنده همگرایی از پیش الکترونیکی، سنسور های زیستی و فن آوری های ارتباطی بی سیم است که در ترکیب با اینترنت اشیاء (IoT)، این لنزها به مانیتورهای بهداشتی پوشیدنی تبدیل می شوند که قادر به اندازه گیری بیومارکرها در زمان واقعی برای مدیریت دیابت هستند، هدف اصلی غلظت گلوکز در مایع اشک آور است، ارائه یک جایگزین بدون درد برای متر های سنتی گلوکز خون.

برخلاف مانیتورهای مداوم گلوکز (CGMs) که نیاز به سنسورهای زیر پوستی دارند، لنزهای تماسی هوشمند مستقیماً روی چشم، اشک نمونه برداری قرار می گیرند – مایعی که سطح گلوکز خون را با زمان کوتاه مدت نشان می دهد.این طبیعت غیر تهاجمی وعده می دهد که انطباق و راحتی را بهبود بخشد، به ویژه برای کودکان و افراد مبتلا به فوبیا، اتصال IoT ویژگی هایی مانند یادآوری داروهای خودکار، ادغام با انسولین و نظارت مستمر و یا جلوگیری از طریق یک بیماری دستی را قادر می کند.

چگونه نظارت بر گلوکز در حالت مایع اشکی کار می کند

اصل پشت لنزهای تماسی گلوکز بستگی به ارتباط بین گلوکز خون و غلظت گلوکز اشک آور دارد. مایعات اشک به طور معمول توسط غده های لاکلی تولید می شود و حاوی گلوکز است که از جریان خون در سراسر مانع از خون پراکنده می شود.

سنسور های الکتروشیمیایی

اکثر نمونه های اولیه از یک سنسور الکتروشیمیایی استفاده می کنند که اکسیداسیون گلوکز را از طریق آنزیم اکسید گلوکز اندازه گیری می کند.هنگامی که مولکول های گلوکز با آنزیم ارتباط برقرار می کنند، یک جریان متناسب با غلظت گلوکز تولید می شود، این سیگنال الکتریکی سپس به یک خواندن گلوکز تبدیل می شود. سنسور بر روی یک بستر انعطاف پذیر سازگار با مواد لنز تماس، با استفاده از تکنیک های میکروریک سازی اخیر در نانومواد، مانند حساسیت به کربن و واکنش افزایش یافته است.

سنسور های نوری

روش های جایگزین سنسورهای نوری را به کار می برند که رنگ یا فلورانس را در پاسخ به سطح گلوکز تغییر می دهند.به عنوان مثال، یک ⁇ حاوی مشتقات اسید بورونیک یا پروتئین های حاوی گلوکز، خواص نوری آن را تغییر می دهد.یک تشخیص عکس در لنز تغییر می دهد و داده ها را به صورت بی سیم انتقال می دهد.

نمونه های فعلی و تحقیقات پیشرو

توسعه لنزهای تماس هوشمند برای نظارت بر گلوکز، مشارکت از شرکت های بزرگ فناوری، موسسات دانشگاهی و استارتاپ ها را دیده است.یکی از مهمترین ابتکارات اولیه گوگل (در حال حاضر آلفابت) علوم زندگی است که با Alcon، یک تقسیم نو متغیرtis همکاری کرده است، برای ایجاد نمونه اولیه با یک تراشه بی سیم و سنسور گلوکز مینیاتور شده است.

یکی دیگر از بازیگران کلیدی دانشگاه واشنگتن است که محققان آن یک لنز تماس نرم با سنسور انعطاف پذیر و برداشت برق بی سیم را به طور مشابه، دانشمندان دانشگاه علوم و فناوری پونگ (POSTECH) یک لنز را نشان دادند که از یک الکترود شفاف و قابل کشش برای اندازه گیری گلوکز استفاده می کند.در سال 2022، تیمی از دانشگاه ملی سنگاپور یک لنز با یک تغییرات میکروLED یکپارچه که بر اساس سطح بصری، ارائه می دهد، گزارش داد.

شرکت هایی مانند نوآوری های فنی [FLT 1 ] و ] گروه های تحقیقاتی دیابت انگلستان [ همچنان به کشف مسیرهای تجاری ادامه می دهند، چندین استارتاپ ظهور کرده اند، با تمرکز بر طراحی کاربر محور و انطباق قانونی، به عنوان مثال، Sensemedics [F:5] تأیید گسترده ای از طریق استفاده از تجهیزات ارتباطی با هدف تنوع و محدودیت های ارتباطی با هدف دسترسی به این محصول، تایید شده است.

اجزای تکنولوژی کلیدی

یک لنز تماس هوشمند IoT شامل چندین زیر سیستم بحرانی است که باید به طور قابل اعتماد در یک عامل فرم سازگار با زیست محیطی مینیاتور، عمل کند.

Biosensor Module

در قلب سنسور گلوکز است.باید به اندازه کافی انتخابی و حساس باشد تا غلظت گلوکز کم اشک (معمولا 0.1-0.6 mM) را تشخیص دهد و سنسورهای پایدار در طول دوره های طولانی مدت سایش. سنسورهای آنزیمی با استفاده از اکسید گلوکز رایج ترین باقی می مانند، اما تحقیق در مورد سنسورهای غیر آنزیمی بر اساس چارچوب های فلزی آلی یا گیرنده های مصنوعی در حال انجام برای غلبه بر آنزیم زدایی است.

ارتباطات بی سیم Wireless Communication

انتقال داده ها از لنز به یک دستگاه خارجی به طور معمول از ارتباطات نزدیک میدان (NFC) یا بلوتوث کم انرژی (BLE) استفاده می کند، NFC برای قدرت کم و عملیات غیرفعال سودمند است، اما نیاز به نزدیکی (چند سانتی متر) است که محدوده طولانی تر (تا 10 متر) را ارائه می دهد و جریان داده های مداوم را فعال می کند اما نمونه های پیشرفته تر از آن استفاده می کنند.

تأمین برق

قدرت الکترونیک یک چالش بزرگ است.برخی لنزها به یک میکروماده متکی هستند که ضخامت را اضافه می کند و ممکن است بر راحتی تأثیر بگذارد. دیگران از برداشت انرژی از امواج فرکانس رادیویی محیط (به عنوان مثال، از یک گوشی هوشمند) یا از طریق انتقال برق بی سیم از طریق یک دستگاه (مانند عینک هوشمند یا یک خواننده کوچک) استفاده از یک رویکرد انرژی کاملاً غیر فعال برای استفاده از لحظه سیگنال از اندازه گیری های انرژی است.

میکروکنترلر و حافظه

یک میکروکنترلر کوچک سیگنال های سنسور را پردازش می کند، الگوریتم های کالیبراسیون را اجرا می کند و ارتباطات را کنترل می کند.حافظه حافظه On-chip پارامترهای کالیبراسیون و خواندن اخیر را ذخیره می کند. پردازنده باید به طور فوق العاده کارآمد عمل کند، اغلب با استفاده از یک ASIC سفارشی (برنامه یکپارچه سازی برنامه) برای به حداقل رساندن قدرت و رد پا.

عدم توانایی و مواد

The entire assembly is embedded within a biocompatible polymer, typically silicone hydrogel, which allows oxygen permeability and water content comparable to standard contact lenses. The sensor and electronics must be sealed from tear fluid except at the sensing area to prevent corrosion and ensure biosafety. Transparency is also important to avoid obstructing vision. Researchers are exploring transparent conductive materials like indium tin oxide (ITO) or PEDOT:PSS for interconnects.

مزایای بالقوه برای مدیریت دیابت

وعده نهایی لنزهای تماس هوشمند IoT یک تغییر پارادایم در مراقبت از دیابت است.با ارائه نظارت مداوم و غیر تهاجمی گلوکز، این دستگاه ها می توانند بار تست های روتین ناخنک انگشت را کاهش دهند که دردناک، ناخوشایند و اغلب نادیده گرفته می شوند. جریان داده ها از لنز می تواند به تجزیه و تحلیل های AI تغذیه شود که روند ها را تشخیص می دهد، پیش بینی سفر به آینده و توصیه تنظیمات در رژیم غذایی یا اغلب نادیده گرفته می شود.

هشدار های زمان واقعی و پیش بینی Analytics

هنگامی که سطح گلوکز از محدوده های امن منحرف می شود، لنز می تواند یک هشدار را از طریق تلفن هوشمند یا حتی از طریق یک خروجی قابل مشاهده یا لمسی بر روی لنز خود ایجاد کند (به عنوان مثال، یک الگوریتم میکروLEDing میکروLED می تواند به کاربران هیپوگلیسمی قریب الوقوع 20 تا 30 دقیقه قبل از آن هشدار دهد، به آنها زمان مصرف گلوکز را می دهد.

یکپارچه سازی داده های بی درز

اتصال IoT داده ها را قادر می سازد تا به طور مستقیم به سوابق سلامت الکترونیکی (EHRs)، برنامه های مدیریت دیابت و پایگاه های داده های ابری جریان یابند. ارائه دهندگان خدمات بهداشتی می توانند به داده های زمان واقعی یا تاریخی برای تنظیم برنامه های درمانی از راه دور دسترسی پیدا کنند.برای والدین کودکان مبتلا به دیابت، لنز بدون چک کردن تلفن ثابت، نظارت مداوم را ارائه می دهد - لنز اطلاعات را به دستگاه مراقبت کننده به طور خودکار منتقل می کند.

افزایش تجربه کاربری

پوشیدن لنز تماس در حال حاضر بخش طبیعی زندگی روزمره برای میلیون ها لنز هوشمند بر این آشنایی است، به طور بالقوه ارائه راحتی بالاتر از پچ های CGM است که می تواند پوست را تحریک کند. لنز در طول ساعات بیداری (یا به عنوان لباس طولانی، بسته به طراحی)، ارائه نظارت بدون نیاز به جایگزینی سنسور هر 7 -14 روز شامل اصلاح بینایی و همچنین ترکیب خطا با اصلاح گلوکز طبیعی است.

چالش های Overcome

علی رغم وعده، باید چندین مانع را قبل از اینکه لنز های تماس هوشمند به یک دستگاه اصلی پزشکی تبدیل شوند، مورد توجه قرار دهید.

دقت سنسور و قابلیت اطمینان

ارتباط گلوکز اشک با گلوکز خون همچنان نقطه ای از مطالعات است که نشان می دهد رابطه کاملا خطی نیست و می تواند تحت تأثیر عوامل مانند میزان جریان اشک، وضعیت چشم (به عنوان مثال، خشکی چشم)، و رطوبت زیست محیطی قرار گیرد.

کالیبراسیون و پیچ

سنسورهای آنزیمی از زمان به دلیل تخریب آنزیم، دفع پروتئین و تغییرات در تنش اکسیژن رنج می برند. تکرار مکرر با استفاده از نمونه خون سنتی انگشت، ممکن است لازم باشد، اما محققان در حال کار بر روی الگوریتم های خود کالیبری هستند که از داده های متنی (به عنوان مثال، زمان فعالیت روزانه، خواندن قبلی) استفاده می کنند، اما هنوز هم راه حل های قوی هستند.

ایمنی و ایمنی

اضافه کردن اجزای الکترونیکی سفت به یک لنز انعطاف پذیر می تواند انتقال اکسیژن را کاهش دهد، به طور بالقوه باعث ایجاد edema یا ناراحتی ذرت می شود، لوازم الکترونیکی نازک فیلم نیز ممکن است برای خم شدن با لنز توسعه یابد، اما مطالعات طولانی مدت بی تحرکی کمبود می یابد. خطر ابتلا به عفونت از باکتری های به دام افتاده تحت لنز نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

تاییدیه مقررات

در ایالات متحده، FDA لنزهای تماسی گلوکز را به عنوان یک دستگاه پزشکی کلاس III طبقه بندی می کند، نیاز به تأیید پیش از بازار (PMA) با کارآزمایی های بالینی گسترده است. مقررات مشابه در اروپا تحت مقررات دستگاه پزشکی (MDR) وجود دارد؛ هزینه و زمان مورد نیاز برای حرکت این Pathwayها می تواند بیش از 100 میلیون دلار، کند شدن تجاری، تنها یک لنز تماس هوشمند (برای نظارت بر روی گیرنده) دریافت کند؛ با این حال هیچ گونه تنظیم کننده قندی دریافت نکرده است؛ اما هیچ کدام از آن استفاده نمی کند.

امنیت داده ها و حریم خصوصی

با داده های مداوم بهداشتی که از طریق کانال های بی سیم و سرورهای ابر جریان دارد، رمزگذاری قوی و انطباق با استانداردهایی مانند HIPAA (در ایالات متحده) یا GDPR (در اروپا) اجباری هستند، بیماران باید اطمینان حاصل کنند که داده های بیومتریک آنها نمی تواند متوقف یا مورد سوء استفاده قرار گیرد.قدرت محاسباتی محدود لنز پیچیدگی رمزگذاری هواپیما را محدود می کند، بنابراین جفت گیری امن و پروتکل های انتقال داده ضروری هستند.

هزینه و دسترسی

سنسورهای کوچک سازی شده در مقیاس نیاز به امکانات تخصصی، هزینه های اولیه رانندگی بالا دارد.نیاز به یک دستگاه همراه (خواننده یا تلفن هوشمند) همچنین هزینه را برای دستیابی به پذیرش گسترده اضافه می کند، قیمت باید با یا کمتر از سیستم های فعلی CGM قابل مقایسه باشد که در حال حاضر صدها دلار در ماه هزینه دارد. بیمه و بیمه و سیاست های بازپرداخت برای دسترسی بیمار بسیار مهم خواهد بود.

تنظیم مقررات و ملاحظات حریم خصوصی داده ها

توسعه دهندگان باید یک چشم انداز پیچیده از مقررات دستگاه پزشکی، استانداردهای امنیت سایبری و قوانین حریم خصوصی داده ها را هدایت کنند. FDA هدایت را در دستگاه های پزشکی بی سیم صادر کرده است، تاکید بر مدیریت ریسک امنیت سایبری و یکپارچگی داده های زمان واقعی باید طراحی شده باشد تا از دسترسی غیر مجاز به داده های بیمار یا تغییر خواندن سنسور جلوگیری کند.

نگرانی های حریم خصوصی به اشتراک گذاری داده های شخص ثالث گسترش می یابد. بیماران باید مکانیسم های رضایت واضح و توانایی کنترل آنچه داده ها به اشتراک گذاشته شده اند و با آنها برخی از مدل های پیشنهادی داده های محلی را در گوشی هوشمند کاربر ذخیره می کنند و تنها خلاصه های جمع آوری شده را به ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی منتقل می کنند، به حداقل رساندن اطلاعات تنظیم کننده ممکن است نیاز به نظارت بر آسیب پذیری های امنیتی غیر منتظره داشته باشد.

جاده Ahead: نوآوری های آینده

دهه آینده احتمالا شاهد پیشرفت های قابل توجهی در چندین زمینه خواهد بود و لنز های تماس هوشمند را به سمت واقعیت بالینی سوق می دهد.

مشخصات چندگانه

فراتر از گلوکز، لنزهای آینده می توانند سایر نشانگرهای زیستی مانند lactate، urea، الکترولیتها یا حتی pH و دما را نظارت کنند، این تصویر جامع تری از سلامت متابولیک را ارائه می دهد، نه تنها به دیابت بلکه عملکرد ورزشی، بیماری کلیه و نظارت بر استرس نیز می پردازد.

تحویل انسولین بسته – Loop Delivery

هدف نهایی برای مدیریت دیابت یک پانکراس مصنوعی کاملا خودکار است. لنزهای تماس هوشمند می توانند به عنوان سنسور گلوکز در یک سیستم حلقه بسته که با یک پمپ انسولین ارتباط برقرار می کند، خدمت کنند.آی.م.آی.م.آی.م.م.آی.م.آی.م.آی.م.آی.م.م.آی.م.م.م.آی.م.م.آی.م.آی.آی.آی.م.م.آی.آی.آی.آی.آی.آی.م.آی.آی.م.آی.آی.آی.آی.م.م.م.م.آی.آی.آی.آی.م.م.م.م.م.آی.آی.آی.آی.آی.آی.آی.آی.آی.م.آی.آی.آی.م.م.م.م.آی.آی.آی.آی.آی.آی.آی.آی.م.م.آی.م.م.م.م.م.م.آی.آی.م.آی.آی.م.آی.آی.م.م.آی.آی.م.م.م.آی.م.م

مواد هوشمند و سنسورهای خود-پاکسازی

مواد جدید مانند پلیمرهای خود تمیز کننده که پروتئین ها و باکتری ها را دفع می کنند می توانند زندگی سنسور را گسترش دهند و حرکت را کاهش دهند. استیمuli-پاسخ دهنده که شکل یا منافذ را در پاسخ به گلوکز تغییر می دهد می تواند اندازه گیری نزدیک و بدون آنزیم ها را فراهم کند.

استقلال انرژی

پیشرفت در برداشت انرژی - از گرما بدن، حرکت چشم یا سلول های خورشیدی یکپارچه در مناطق قلع لنز - می تواند به دستگاه های واقعا بدون باتری منجر شود. رویکردهای هیبریدی با استفاده از سوپر خازن ها و پد های شارژ بی سیم کوچک پوشیده شده در شب نیز قابل استفاده هستند.

ادغام واقعیت افزوده

برخی از مفاهیم لنز تماس هوشمند شامل میکرو-نمایش هایی است که می تواند داده های بهداشتی را به طور مستقیم بر روی زمینه دید کاربر قرار دهد.این اجازه می دهد دسترسی فوری به خواندن گلوکز، نمودار روند و هشدار بدون نگاه به تلفن را فراهم کند در حالی که هنوز بسیار تجربی است، چنین قابلیت های واقعیت افزوده می تواند خودمدیریت بیماری را دوباره تعریف کند، و اطلاعات را همیشه در یک نگاه در دسترس قرار دهد.

نتیجه گیری

لنزهای تماس هوشمند IoT برای نظارت بر گلوکز در مرز تکنولوژی پوشیدنی سلامت قرار دارند، آنها قول می دهند که داده های مداوم، غیر تهاجمی و بدون مزاحم گلوکز را ارائه دهند که می تواند به صورت جداگانه یا از طریق تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر برای بهبود نتایج انعطاف پذیر زندگی، علوم زیستی سنسور و اتصال بی سیم، این چشم انداز مترقی تر، اما قابل اطمینان تر، مدیریت فنی قابل توجه و مطمئن بودن را در مورد چگونگی تغییر و ادامه دادن به چالش های فنی، و مطمئن بودن بخش های فنی، و اطمینان از این کار می کند.