2025年8月5日，来自土耳其、伊朗、印度及中国台湾省的研究团队在「Nano-Micro Letters」（材料科学1区TOP，IF:36.3）发表题为「MXene-Based Wearable Contact Lenses: Integrating Smart Technology into Vision Care」即「基于MXene的可穿戴隐形眼镜：将智能技术融入视力保健」的研究论文^「1」。研究认为，基于 MXene 的智能隐形眼镜是可穿戴眼科技术的前沿成果，其在单一平台整合了实时生物传感、治疗能力与用户舒适度，借助二维 MXene 优异的导电性、机械灵活性和生物相容性，可通过泪液无创监测眼压、葡萄糖水平等关键生理指标。近期研究着重将透明 MXene 薄膜融入传统镜片材料，实现了光热疗法、抗菌抗炎、抗脱水等多功能，为眼部疾病管理和保护提供了良好策略。同时，MXene 合成与设备工程的改进提升了镜片的稳定性、透明度和可佩戴性，但长期生物稳定性、可扩展生产及与无线通信系统的集成仍是待解决的挑战。本综述总结了相关进展、挑战与未来方向，凸显了其在下一代数字医疗和眼科护理中的变革潜力。

以下，重点介绍本研究部分内容：

01 引言

隐形眼镜生物传感器是创新设备，集成了各种传感技术，通过眼睛无创监测健康参数。可穿戴隐形眼镜生物传感器已成为医疗保健领域的突破性技术。这些创新设备直接佩戴在眼睛上，提供了一种无创且连续的方法来监测不同的生理参数。随着生物传感器的集成，这些智能隐形眼镜（SCLs）可以实时呈现生命体征、葡萄糖水平，甚至检测疾病标志物。一些关键类型的隐形眼镜生物传感器包括葡萄糖生物传感器（通过泪液测量葡萄糖水平以进行糖尿病管理）、pH 传感器（检测泪液酸度变化以识别炎症或感染）以及乳酸生物传感器（用于跟踪体力活动期间的代谢变化）。此外，药物递送生物传感器可以响应生理信号释放治疗剂，而细菌感染传感器则提醒用户潜在的感染。此外，生物标志物传感器可以检测特定的健康相关标志物，而多参数传感器结合了多种功能以进行全面监测。这些生物传感器共同提供了关于眼部和全身健康的宝贵见解，增强了预防保健和管理策略。

1.1 潜在应用与现存局限

可穿戴隐形眼镜生物传感器的潜在应用是广泛的。例如，在糖尿病管理领域，这些镜片可以监测泪液中的葡萄糖水平，无需频繁的手指采血。通过将数据无线传输到智能手机或可穿戴设备，个人可以跟踪自己的葡萄糖水平，并就胰岛素剂量或饮食选择做出明智的决定。然而，当前的光学葡萄糖传感器通常涉及复杂且冗长的制造方法，这阻碍了其实用性。此外，可穿戴隐形眼镜生物传感器可以在疾病的早期检测中发挥关键作用，通过持续监测泪液中存在的生物标志物，这些镜片可以检测可能表明各种健康状况存在的细微变化。这种早期检测允许及时的医疗干预，可能改善患者预后并降低医疗成本。但这些传感器的读数不适合准确的定量分析，限制了其在临床应用中的有效性。

1.2 设计要点与材料进展

可穿戴隐形眼镜生物传感器的设计涉及将微型传感器和微电子设备集成到薄而柔韧的基底上，该基底与眼睛形状相符。这一技术成就实现了用户舒适且不显眼的佩戴体验。此外，材料科学的进步导致了生物相容性涂层的生产，确保长期眼部健康并减少潜在的副作用。然而，与任何新兴技术一样，可穿戴隐形眼镜生物传感器面临挑战和考虑因素。确保生物传感器测量的准确性和可靠性对于其广泛采用至关重要。此外，必须解决隐私和数据安全问题，以保护这些设备收集的敏感健康信息。值得注意的是，一些重要挑战，如多功能性、自供电特性、抗重复佩戴性、灵活性、光学透明度、机械稳定性和生物相容性，仍然需要全面评估。纳米材料在智能可穿戴隐形眼镜中的集成正在改变视力矫正和健康监测。这些先进材料使多功能镜片的开发成为可能，这些镜片配备了可以监测重要健康参数的纳米传感器。此外，纳米结构通过改善水分保留和透氧性来增强舒适度，减少干燥。根据光线条件调整色调的自适应镜片提供免受有害紫外线的保护，而嵌入式显示器和传感器为增强现实应用铺平了道路，允许用户直接在其视野中接收通知和健康警报。

1.3 应用场景扩展

人工晶状体（IOLs）已成为白内障患者恢复视力的必需品。然而，当前的人工晶状体在复制眼睛的自然调节能力方面存在不足。MXenes 非凡的光电特性为可调节人工晶状体的进步提供了有前景的途径。这些材料具有高导电性、良好的光学透明度、亲水性、灵活性和生物相容性，使其成为这一应用的合适候选者。MXenes 是二维（2D）材料，由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成，具有独特的特性，使其成为集成到隐形眼镜技术中的有吸引力的选择（图 1）。MXenes 的主要优势之一是其优异的电子和电化学性能。这一特性允许将电子元件（如传感器或微电子设备）集成到隐形眼镜中。通过将 MXenes 嵌入镜片结构中，可以制造具有内置生物传感器的智能隐形眼镜，用于实时监测各种生理参数。此外，MXenes 表现出优异的机械性能，如高强度和灵活性，这对于隐形眼镜应用至关重要。这些特性确保镜片即使包含额外组件也能保持耐用性和佩戴舒适度。值得注意的是，MXenes 具有高表面积，可用于药物递送目的。包含 MXenes 的隐形眼镜有可能作为药物的受控释放平台，允许直接向眼睛靶向和持续递送药物。这一特性为眼部疾病和病症的管理带来了希望，提供了优化的治疗选择。

图1：一些重要的 MXene 组合物，包括M₂X MXene（n = 1）、M₃X₂（n = 2）和M₄X₃（n = 3）。此外，理论上已经研究了多种类型的 MXene 组合物，并且还开发了各种固溶体。

1.4 挑战与研究方向

需要注意的是，将 MXenes 添加到隐形眼镜结构中仍处于研究和开发的早期阶段。在实际应用之前，需要解决挑战和考虑因素。这些包括确保生物相容性、最小化潜在的不良反应，以及优化制造工艺以确保一致和可靠的性能。研究工作集中在探索各种 MXene 配方、优化其性能以及了解它们与眼部环境的相互作用。事实上，MXenes 及其复合材料与生物系统的相互作用代表了眼部健康领域的一个迷人前沿。最近的研究揭示了它们显著的生物相容性。这一特性使 MXenes 成为靶向药物递送系统的有前景的候选者。此外，它们的潜力扩展到专门设计用于检测眼部疾病的生物传感器。更深入地，科学家们正在探索这些材料的电化学行为。这种探索可能为监测眼部状况的先进传感技术铺平道路。MXenes 的多功能性是另一个值得注意的方面。因此，它们可以被设计为具有专为眼部应用定制的特定特性。这种适应性为创造更有效和靶向的疗法开辟了途径。然而，除了氧化稳定性和商业应用的可扩展性外，还需要全面的生物相容性研究来确认基于 MXene 的隐形眼镜对眼部健康的安全性和长期影响。

本综述旨在阐明基于 MXene 的可穿戴隐形眼镜的显著进展和创新。通过探索最新的研究和发展，它旨在全面概述 MXenes 及其复合材料在眼科技术中的多方面应用，特别是可穿戴隐形眼镜生物传感器。此外，本综述将探讨这些尖端材料如何增强隐形眼镜的性能，重点关注它们的独特特性，如导电性、灵活性和生物相容性。在此过程中，它旨在强调 MXene 集成在智能镜片中的潜力，这可能发展视力矫正和健康监测。

02 可穿戴智能隐形眼镜 (SCL)，从先进的生物传感和监测到治疗

目前，大多数隐形眼镜的设计能力有限，通常仅限于检测眼睛中的单一生物标志物。这包括重要化合物，如葡萄糖、乳酸、钾离子或钙离子。虽然这些镜片提供了有价值的信息，但它们的单一焦点限制了其在全面健康监测中的整体效用。隐形眼镜设计的一个重大进步将是创造具有增强功能的镜片，能够同时实时监测多种化学成分。这种进步可能极大地增强它们作为生物医学工具的潜力，提供更全面的眼部健康视图。智能隐形眼镜作为一项突破性创新出现，在无创监测生物物理和生化信号方面显示出巨大潜力。与眼睛健康相关的生物物理信号包括物理和电生理指标。物理信号（如温度和眼压（IOP））在评估眼部健康方面起着至关重要的作用。此外，电生理信号（包括视网膜电图（ERG））提供了关于视网膜功能的宝贵见解。智能隐形眼镜因其能够有效地将物理信号转换为用户友好的输出（包括电、光和微流体响应）而受到重视。除了物理信号外，ERG 等电生理信号对于眼科诊断至关重要。它们在评估视网膜功能方面起着关键作用。监测角膜表面电位的变化能够有效评估视网膜内神经元和非神经元细胞在光刺激下的反应。在智能隐形眼镜中使用先进的传感材料不仅提高了监测的准确性，还为个性化医疗解决方案开辟了新途径。

智能隐形眼镜拥有先进的传感组件，能够跟踪眼睛内的重要生理信号。例如，可以有效监测眼压和眼液成分（包括葡萄糖、皮质醇和各种代谢物等关键元素）。这使得智能隐形眼镜不仅成为视力矫正工具，而且成为健康诊断的重要平台。最近的发展主要集中在具有电信号输出的智能隐形眼镜上。这些通常集成了透明电极材料、生物传感器和无线通信技术。设计能够同时跟踪葡萄糖水平以及乳酸或电解质浓度的智能隐形眼镜可能为改善糖尿病和电解质失衡等疾病的管理开辟新途径。此外，隐形眼镜内集成电传感器可以显著增强其功能。这些传感器不仅有助于监测温度和压力等生物物理信号，还能够调节视网膜电图。这意味着镜片可以积极监测视网膜对光刺激的反应，甚至可以电刺激视觉神经元。这种创新可能改变眼部健康的监测和管理方式，最终带来更好的患者预后和更高的生活质量。然而，复杂的制造工艺和与电磁辐射相关的问题带来了挑战。这些因素显著阻碍了它们大规模商业应用的潜力。相比之下，利用微流体和光信号输出的智能隐形眼镜呈现出有前景的替代方案。它们无需外部电源即可运行，因此更加多功能。

可穿戴智能隐形眼镜代表了光学、材料科学和医疗技术的突破性交叉领域，为实时健康监测和治疗干预提供了创新解决方案。这些先进设备利用 MXenes 等尖端材料提供增强的功能，超越了传统的视力矫正。

可穿戴智能隐形眼镜的最显著优势之一是其能够促进持续健康监测。通过集成能够检测各种生理参数（如眼压、葡萄糖水平或水合状态）的传感器，这些镜片可以实时提供关于用户健康的关键见解。例如，糖尿病患者可以从能够无创监测葡萄糖水平的镜片中受益匪浅，这比手指采血更舒适、侵入性更小。然而，这种监测系统的有效性在很大程度上依赖于嵌入式传感器的准确性和可靠性。未来的研究必须专注于提高这些传感器的灵敏度和特异性，以确保它们能够可靠地检测健康指标的波动。此外，在保持镜片的舒适度和视觉清晰度的同时实现必要技术的小型化是一个持续探索的领域。

除了监测之外，可穿戴智能隐形眼镜在眼部疾病和病症的治疗应用中也有前景。可穿戴智能隐形眼镜可以作为监测眼部生物标志物的先进平台，实现眼部健康的实时评估和青光眼、糖尿病视网膜病变等疾病的早期检测。此外，这些镜片可以集成抗菌涂层以预防感染，促进药物直接向眼睛的靶向递送，并实现传感和通信功能，使用户能够无缝接收健康更新和警报。例如，这些镜片经过工程设计，可以在延长的时间内直接向眼睛递送药物，提高依从性和治疗效果。治疗剂的局部递送可以减少全身性副作用（这是传统口服或注射药物的常见问题）。此外，将光治疗剂集成到这些镜片中为治疗青光眼或年龄相关性黄斑变性等病症开辟了新途径。尽管如此，要实现这些治疗潜力，必须解决几个挑战。将生物相容性药物载体安全地集成到隐形眼镜中至关重要，控制药物释放速率的能力也是如此。此外，确保治疗剂在长期佩戴期间保持稳定和有效需要仔细考虑镜片制造中使用的材料。

尽管应用前景广阔，但可穿戴智能隐形眼镜的成功采用取决于用户的接受度和信任度。对舒适度、可用性和美学吸引力的担忧将影响个人是否选择将这些设备融入日常生活。此外，整合人工智能（AI）等先进技术进行数据处理和决策引发了关于数据隐私和安全的关键问题。必须向用户保证他们的健康信息受到保护，防止未经授权的访问和滥用。为了建立用户信任，制造商应优先考虑数据使用政策的透明度，并集成强大的加密方法以保护敏感信息。公众教育活动也可以在告知潜在用户这些技术的好处和安全性、解决误解以及强调数据隐私的重要性方面发挥关键作用。

04 基于 MXene 的可穿戴智能隐形眼镜用于健康监测和治疗

白内障手术包括移除受影响的眼内晶状体并替换为人工晶状体，从而提高视觉清晰度。不幸的是，这种手术导致调节能力丧失，而调节能力是晶状体动态调整焦点的能力。已经提出了各种可调节人工晶状体（AIOLs）设计，但尚未有任何一种设计实现有效的临床应用。最近的研究展示了二维 Ti3C2TxMXene 作为可调节人工晶状体应用的透明导电电极。然而，其在减轻过度炎症和促进术后伤口愈合方面的潜在作用仍未得到充分探索。白内障手术后，可能会出现慢性炎症，可能导致后囊膜混浊（PCO）。由于其高表面积和表面功能化能力，Ti3C2TxMXene 显示出用于双功能可调节人工晶状体设计的潜力，可能有助于抑制参与后囊混浊发展的通路。在晶状体上皮细胞的体外模型中检查了Ti3C2Tx 对慢性炎症和上皮 - 间质转化通路的影响。结果表明，MXene 的存在可以显著降低白细胞介素 1β（IL-1β）引发的晶状体上皮细胞中促炎细胞因子的水平，而不影响上皮 - 间质转化，从而促进有利于伤口修复的环境。这项研究强调了 MXenes 在可调节人工晶状体设计中的潜力，表明它们能够抑制与后囊混浊发展相关的关键通路。

Jin 等人在眼科技术方面取得了显著进展，创造了一种透明、多功能的可穿戴隐形眼镜。这种创新设计使用Ti3C2TxMXene，通过喷雾装饰在标准商用隐形眼镜上（图 2）。这一进步不仅增强了镜片的功能，还为眼部光热疗法（PTT）和眼部保护开辟了新途径。在体外和体内测试（特别是在兔眼）中都实现了出色的光热转换效率。在这里，将红外辐射与涂有 MXene 的隐形眼镜结合使用，显著增强了眼前节的血管血流，表明具有潜在的治疗效果。此外，该镜片的多功能特性超出了光热疗法的范围。它表现出优异的激光防护能力，保护眼睛免受有害辐射，以及可以提高用户舒适度的保湿效果。涂有 MXene 的隐形眼镜的抗菌特性同样令人印象深刻。在实验中，在源自镜片的培养物上未观察到金黄色葡萄球菌菌落，表明其有效的抗菌作用。此外，该镜片对大肠杆菌也表现出显著的抗菌效果。因此，将 MXenes 整合到隐形眼镜中代表了眼部健康技术的重大飞跃。这些多功能镜片不仅能够进行靶向光热疗法，还能提供针对有害紫外线辐射和细菌的强大保护。这种双重功能强调了 MXenes 在增强可穿戴技术方面的潜力，为未来眼部护理及其他领域的进步铺平了道路。实验数据证实，基于 MXene 的可穿戴隐形眼镜显著增强了传统隐形眼镜的治疗、保护和舒适特性。它们提供卓越的血流改善、抗菌和抗炎效果，并保持高光学清晰度和生物相容性，使其在眼部疾病治疗和视力保健的临床应用中极具前景。

图 2：A 涂有 MXene 的隐形眼镜（称为 M 型隐形眼镜）在眼部光热疗法中的创新应用。这个过程涉及将热量从隐形眼镜传递到眼睛前部，突出显示治疗前后血管的变化。此外，B 提供了 M 型隐形眼镜的制备细节，C 以及其数字表示。

05 改善视力

MXenes 在眼部设备中的应用可能会显著改善视觉恢复技术。Ti3C2TxMXene 作为一种透明导电电极，经过合成能够实现光焦度的调节（图 3）。Ti3C2Tx 的合成涉及将旋涂工艺应用于疏水性丙烯酸酯人工晶状体。制造的电极表现出 0.2 至 1.0 kΩ sq⁻¹ 的方块电阻值，以及 50 至 80% 的可见光透射率。重要的是，对人晶状体上皮细胞和单核细胞的测试显示，涂覆的镜片没有细胞毒性或炎症迹象。为了进一步探索Ti3C2Tx 的能力，创建了一个可调焦测试单元。该单元在稳定的支撑体上的两个Ti3C2Tx 涂层之间包含一个液晶层。利用电场引起液晶层的分子取向变化，导致光焦度的改变。结果，通过测试单元观察到的物体交替出现清晰和模糊，表明可调视力矫正的可行性。这项研究展示了将 MXene 整合到可调节人工晶状体设计中的基础步骤，展示了可逆和可控的焦点调整能力。

图 3 ：A 本节说明了具有 MXene 的可调节人工晶状体的设计，该 MXene 作为旋涂层应用于来自英国 Rayner的丙烯酸酯人工晶状体。改进的晶体表现出优异的导电性和高光学透明度等基本特性。B 开发了可调焦人工晶状体原型作为概念验证。构建的测试单元由涂有 MXene 的载玻片组成，这些载玻片夹着以扭曲向列相配置取向的液晶层（5CB）。在没有电场的情况下，图像保持模糊。然而，施加电场会触发液晶层内的分子重新取向，使图像清晰聚焦。

06 传感和监测

人们对用于实时、无创监测眼压（特别是青光眼患者或近视手术后恢复期患者）的可穿戴软性隐形眼镜传感器的兴趣日益浓厚。随着眼疲劳患病率的增加，对创新解决方案的需求变得更加迫切。为了应对这一挑战，开发了一种创新的智能闭环系统，将基于Ti3C2TxMXene 的软性隐形眼镜传感器与无线通信模块、视觉显示器和警报功能相结合。这个紧密结合的系统使用户能够连续实时监测眼压，而不会对眼睛造成不适或伤害。基于 MXene 的软性隐形眼镜传感器表现出优异的性能，在硅胶眼球模型上具有 7.483 mV mmHg⁻¹ 的高灵敏度、强线性度，并且在长时间释压测试中具有显著的稳定性。此外，该镜片在可见光下保持 67.8% 的透明度，确保用户的视力受到最小阻碍。生物相容性研究表明，基于 MXene 的软性隐形眼镜传感器可以舒适地佩戴在兔眼上，且未报告任何不适。当与无线模块配对时，该系统允许用户监测眼压并通过智能手机接收警报。这种创新方法不仅突出了Ti3C2Tx材料在制造基于多功能隐形眼镜的传感器方面的潜力，还为先进的连续无创眼压测量系统铺平了道路，改善了眼科的患者护理和预后。

在另一项研究中，开发了一种创新的神经修复隐形眼镜。这款引人注目的设备集成了复杂的感觉运动系统，具有Ti3C2Tx惠斯通电桥结构眼压应变传感器以及Ti3C2Tx 温度传感器（图 4）。这些组件与眼压即时监测和显示系统无缝协作。这款神经修复隐形眼镜的一个突出特点是其令人印象深刻的灵敏度，记录为 12.52 mV mmHg⁻¹。这种高灵敏度能够进行实时监测，并及时提醒眼压波动。值得注意的是，在兔眼上进行的体内研究显示，该镜片具有优异的可佩戴性和生物相容性。此外，在活体大鼠身上进行的进一步实验成功模拟了生物感觉运动回路。值得注意的是，研究人员观察到，当眼压偏离正常范围时，在运动皮层响应躯体感觉皮层命令的控制下，腿部会以不同角度抽搐。这一抽搐现象凸显了该镜片促进响应性治疗的潜力。

图 4：A Ti3C2Tx智能隐形眼镜的布置在各个面板中描绘。

（I）Ti3C2TxMXene 电极的 SEM 图像和（II）AFM 结果。（III）涂有Ti3C2Tx的软性隐形眼镜在观察区域表现出显著的透明度。B 在距轴向变形（R）不同距离处的角膜基底弧与眼压（IOP）之间存在相关性。C 眼球表面应力分布随眼压变化（10、30 和 50 mmHg），上部显示角膜，下部显示巩膜。角膜的圆周方向和径向方向清晰指示。D 眼压变化与角膜基底弧沿环向和径向的变形相关。E 评估 1% 应变恢复期间电极厚度对灵敏度的影响（在Ti3C2TxMXene 结构中，蓝色、粉色和黄色球体分别表示钛原子、碳原子和表面官能团）。F 惠斯通电桥电路的示意图（其中 R1 和 R4 用作有源应变片，而 R2 和 R3 用作无源应变片）和 G 有限元分析评估直线和蛇形电极在初始状态和承受 2% 应变时的行为的示意图。H 直线和 S 形电极的电流随拉伸应变的变化结果。比较 I 测量范围和 J 所制造的Ti3C2Tx惠斯通电桥结构眼压应变传感器与先前传感器的灵敏度。

颅内压（ICP）是影响接受手术或创伤的患者以及运动员、宇航员甚至失重环境中健康个体的重要因素。准确的颅内压监测可以促进治疗决策，优化高性能个体的训练，并支持循证医疗保健。然而，传统的颅内压监测通常需要侵入性设备，存在脑损伤风险，这对于运动员和宇航员来说尤其不合适。有趣的是，研究发现颅内压和眼压（IOP）之间存在联系，因为颅内压的变化会影响眼前房的压力。这为使用无创、可穿戴眼部眼压传感器进行连续颅内压监测开辟了可能性。最近的一项研究对此进行了测试，该研究生产了一种模仿莲藕结构的可穿戴眼部传感器，通过微裂纹应变传感机制测量眼压变化。制造的传感器是一种三明治结构，由四层主要层组成，包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）层、Ti3C2TxMXene@羧基化碳纳米管（C-MWCNT）复合材料以及水性聚氨酯（WPU）/PDMS 层（图 5）。C-MWCNT 上丰富的–COOH 基团与 MXene 的极性官能团之间发生强烈的氢键相互作用，从而增强了应力传感器的性能。基于这种氢键，设计了一种类似莲藕结构的新型微裂纹网络，从而能够开发出稳定且高灵敏度的眼压传感器，具有宽传感范围和可调灵敏度。此外，WPU 的亲水性通过喷涂促进了水性Ti3C2TxMXene 在其表面的均匀沉积。当涂覆在 PDMS 上时，WPU 改善了薄膜的机械性能，例如降低杨氏模量、增加断裂伸长率，并在拉伸应变下提供优异的弹性和形状恢复能力。C-MWCNT 的加入引起表面折叠并提高结构完整性。制造的传感器表现出宽检测范围（高达 60 mmHg）和高灵敏度（33.21 mV mmHg⁻¹），能够准确、实时地监测眼压。在佩戴传感器或植入商用颅内压探针的活体兔身上进行的测试显示，在各种体位下记录的数据具有很强的一致性，这证实了使用可穿戴眼部眼压传感器进行无创颅内压监测的实用性，在脑血管和眼科诊断、临床护理和宇航员训练方面具有广阔的应用前景。

图5：A与当前用于检测 ICP 的方法相关的示意图 (I)、ICP 和 IOP 检测之间的相关性 (II) 以及用于检测 IOP 的可穿戴智能 MXene 隐形眼镜的应用 (III)。B示意图 ( I ) IOP 信号 (红色)、ICP 信号 (蓝色) 和昼夜节律信号 (绿色) 的排列和传播，(II) C-MWCNT 的羧酸基团与 MXene 的表面功能基团之间形成氢键，以及 (III) 莲藕模拟 IOP 传感器的机理，其中 R₁ 反映了 Ti₃C₂Tₓ MXene 和 C-MWCNT 的组合电阻抗，类似于莲藕的两端，而 R₂ 对应于在施加压力下形成微裂纹时产生的细长 C-MWCNT 链。C使用不同压力对制造的 IOP 传感器输出电压的影响。D将制造的传感器的灵敏度与其他研究进行比较。E角膜形状变化示意图，以及隐形眼镜因眼压变化而发生的相应变形。F制备的传感器中惠斯通电桥电路示意图。G制备的传感器对不同电极厚度的灵敏度结果。

设计用于佩戴在人眼上、具有半球形形状和智能功能的眼部设备在眼部疾病的连续和无创管理方面具有巨大潜力。鉴于人眼中存在丰富的生理和生化信息，这些设备可以在监测眼部健康方面发挥关键作用。然而，在具有独特曲率的半球形表面上制造和集成各种设备带来了重大的工程挑战。在这种情况下，应变传感器和微型超级电容器的组合导致了基于Ti3C2TxMXene 的半球形集成系统的生产，该系统专门应用于眼压监测。利用Ti3C2Tx作为微型超级电容器的电极材料和应变传感器的压阻膜的创新方法显著简化了制造过程。这种集成不仅降低了复杂性，还提高了设备的整体性能。基于 MXene 的微型超级电容器表现出令人印象深刻的特性，在 5 mV s⁻¹ 的扫描速率下具有 32 mF cm⁻² 的高比电容和 10 mWh cm⁻² 的能量密度，确保能够驱动传感器的稳定输出电压。此外，制造的传感器在 0–50 mmHg 范围内显示出约 0.014 mmHg⁻¹ 的优异灵敏度，便于连续眼压监测。自供电半球形集成设备对不同眼压水平的响应迅速且一致，在眼病诊断和治疗方面显示出巨大潜力，最终推动眼科健康管理领域的进步。

07 性能增强

隐形眼镜经常因污染物和病原菌的粘附和侵入而面临重大挑战，这可能导致感染和炎症性疾病。为了解决这些问题，在保持隐形眼镜透明度的同时使其具有生物功能（如抗污垢、抗菌和抗炎特性）仍然是一个关键目标。在这项创新研究中，碳化钒（V2CMXenes 家族的一员）被用于增强隐形眼镜的性能。通过水转印方法，利用马兰戈尼效应在隐形眼镜表面创建了均匀的V2C膜，确保涂层排列紧密。这种方法由于静电力而产生稳定的界面，有效地将V2C集成到隐形眼镜材料中。V2C改性隐形眼镜表现出显著的光学清晰度和功能特性组合。它表现出强生物相容性、令人印象深刻的抗氧化能力和显著的抗炎活性。体外抗菌测试展示了V2C改性隐形眼镜在防止细菌粘附、有效表面灭菌和抑制生物膜形成方面的优异性能。这些特性在感染性角膜炎的治疗中特别有利，因为V2C改性隐形眼镜不仅能消除细菌，还能减轻炎症。总体而言，隐形眼镜技术的这一进步凸显了V2C等 MXenes 增强可穿戴光学设备安全性和有效性的潜力，为隐形眼镜用户开辟了更健康、更可靠的选择之路。由于其高导电性，MXenes 可以作为隐形眼镜结构中的理想电磁（EM）屏蔽化合物，用于保护眼睛免受辐射诱导的眼病。最近的一项研究证实了这一点，其中多层Ti3C2TxMXene（与纤维素酯结合）通过丙酮处理作为涂层膜应用于一种商用隐形眼镜的表面，以使其物理附着。利用丙酮洗涤还为 MXene 层提供了抗氧化特性，从而可以保护该层在暴露于大气时不被氧化。评估 MXene 浓度对最终产品的透明度和导电性的影响显示，其与浓度呈直接关系，因此随着浓度的增加，MXene 层的导电性和厚度也增加，同时透明度降低。它还显示出镜片脱水保护的增强，从而可以降低商用镜片的水蒸气透过率（WVTR）（约 36%）。还使用 170 W 微波炉在离体条件下检查了 MXene 层对电磁干扰（EMI）屏蔽效果的影响，持续 30 s。结果显示，两种情况下猪眼的温度都有所升高；然而，佩戴商用镜片的眼睛显示出更高的温度升高（商用镜片和 MXene 涂层镜片分别为 45°C 和 36°C）。此外，在暴露于电磁辐射（170 W，持续 30 s）后还检查了镜片的温度，结果显示 MXene 涂层镜片的温度升高，而商用镜片没有升高，所有这些都证实了 MXene 的电磁干扰屏蔽效果。体外和体内生物相容性评估结果也证实了制造的镜片的安全性，没有显示任何显著的炎症反应，这确认了制造的镜片在进一步可穿戴应用中的潜力。

08 挑战

可穿戴隐形眼镜生物传感器的开发也面临着相当多的挑战。一个重大障碍是确保所收集数据的准确性和可靠性。泪液成分、环境条件和用户特定变量等因素会影响传感器性能，并可能导致潜在的不准确。克服这些挑战需要严格的校准和验证过程。将电源和无线通信功能集成到隐形眼镜的紧凑外形中是另一个挑战。需要探索节能解决方案，如微型电池或能量收集技术，为这些生物传感器供电，同时不影响舒适度或阻碍视力。可穿戴隐形眼镜生物传感器的一个局限性是需要频繁更换以保持准确性和功能。隐形眼镜的寿命有限，其中嵌入的传感器可能会随着时间的推移而退化或变得不太有效。这需要定期更换，这可能会增加这些设备的总体成本和维护。眼睛是各种疾病和健康状况的丰富生物标志物来源，包括化学和物理因素。值得注意的是，泪液中葡萄糖、尿酸和胆固醇等物质的浓度很高，促使开发了许多用于其测量的传感器。然而，许多潜在的生物标志物以痕量存在，需要更准确和灵敏的传感技术来检测。为了克服这些限制，研究人员正在研究提供增强灵敏度和特异性的先进传感材料。例如，酶、适体和抗体等创新材料已被用于增强旨在检测目标生物标志物的电化学传感器的性能。此外，机器学习和人工智能技术的集成进一步提升了智能隐形眼镜作为诊断平台的能力。通过对生物标志物波动进行模式分析，这些技术可以显著提高疾病检测的准确性和灵敏度。先进传感材料和智能分析方法的结合有望扩展眼部生物标志物的实用性，通过可穿戴技术为更有效的疾病诊断和治疗干预铺平道路。突破临床障碍对于解决隐形眼镜技术当前面临的挑战至关重要。确保长期佩戴的舒适性、耐用性和安全性等关键问题仍然是重大障碍。克服这些制造挑战对于这些先进技术在临床环境中的广泛接受和普及至关重要。此外，测量的准确性和可靠性对于有效的疾病诊断至关重要。为了应对这些问题，必须开发强大的传感器技术，以及先进的数据分析算法，并通过严格的临床试验进行验证。为智能隐形眼镜的开发创造低障碍的临床试验环境至关重要。这包括简化监管流程并促进研究人员、制造商和监管机构之间的合作。此外，随着智能隐形眼镜走向商业化，建立与个人信息保护相关的系统并遵守医疗设备法规将至关重要。通过优先考虑这些方面，可以优化将创新智能隐形眼镜技术推向市场的途径，最终改善患者预后并提高眼部健康监测和疾病诊断的效益。基于 MXene 的隐形眼镜的开发面临若干内在和实际挑战，必须加以解决以满足眼部设备的特定要求（图 6）。一个重大挑战是 MXenes（如V2C或Ti3C2）的稳定性和氧化，它们在暴露于氧气和水分时容易降解。这种不稳定性对隐形眼镜构成风险，因为它们需要在长期佩戴期间保持一致的性能和安全性。寻找合适的表面涂层或保护层以保护 MXenes 免受泪液的腐蚀作用是一个重要考虑因素。另一个挑战是 MXene 合成的可扩展性。此外，确保 MXene 涂层在生理条件下（如与泪液的相互作用和眨眼产生的机械力）的长期稳定性仍然是一个关键障碍。另一个紧迫的问题是保持光学透明度；MXene 涂层必须薄且均匀，以实现 80% 以上的透光率，而不会造成视物模糊或降低清晰度，因为这会损害视力和整体佩戴舒适度。此外，MXenes 显示出有前景的抗菌和抗粘附特性，这可能有助于对抗角膜炎等细菌感染，但这些特性的有效性需要在现实世界条件下进行验证。涂层还必须具有机械耐久性，表现出与硅水凝胶等镜片基材的强粘附性，同时抵抗眨眼和操作产生的应力。

图6：基于 MXene 的可穿戴 SCL 面临的一些重要挑战

生物相容性和长期毒性评估是在隐形眼镜中使用 MXenes 时的重要方面。需要进行彻底的研究来评估 MXenes 与眼部组织之间的任何潜在不利影响或相互作用。确保基于 MXene 的隐形眼镜不会引起刺激、炎症或其他眼部并发症对于其安全有效地使用至关重要。至关重要的是，这些涂层不会干扰自然泪膜动态或细胞健康所需的蛋白质相互作用。MXenes 及其复合材料显示出适当的生物相容性，尽管它们的细胞毒性因尺寸、剂量、表面化学和细胞类型等因素而异。较小的 MXene 纳米片和量子点往往表现出与较大片材不同的毒理学特征。例如，Ti3C2TxMXene 纳米片在浓度低于约 50 μg/mL 时表现出低毒性，但较高剂量会显著降低细胞活力，特别是在敏感细胞（如人间充质干细胞（hMSCs））中。表面改性（如聚合物涂层）可以通过提高稳定性和最大限度地减少与细胞膜的有害相互作用来增强其生物相容性。此外，MXenes 对癌细胞的毒性通常比对正常细胞的毒性更大，这对于抗癌应用是有利的。体外研究通常表明，MXenes 在低浓度下保持 70%–80% 以上的细胞活力，但较高剂量会导致活力降低和代谢功能改变。有限的体内研究表明在控制剂量下具有可接受的生物相容性，尽管对长期积累和潜在免疫调节作用的担忧仍然存在。为了减轻毒性，表面功能化和优化剂量等策略至关重要，同时确保在生理环境中的稳定性对于防止有毒副产物的形成至关重要。正在进行的研究（包括预测细胞毒性的机器学习方法）旨在增强 MXenes 在生物医学领域的安全设计和应用。

09 未来展望

连续监测是其核心优势之一，相比传统间歇性测量，可提供持续数据流，全面反映健康状况，利于早期发现异常并及时干预。同时，通过收集实时生理参数，可为个性化医疗奠定基础，定制治疗方案、药物剂量和生活建议。纳米技术进步推动了功能整合：将药物递送系统嵌入镜片，可实现眼部及全身疾病的靶向控释治疗；在增强现实领域，镜片可作为平台叠加数字信息，优化视觉体验、导航及医疗干预。在基于 MXene 的智能隐形眼镜中加入可见读数，能让用户直接获取眼压、葡萄糖水平等实时数据，提升健康管理主动性，但需解决透明轻质显示器的舒适度和视力影响问题，需优化 MXenes 光学特性。人工智能可增强这类镜片性能：实时分析数据提供个性化建议（如预测血糖波动），机器学习能提高传感器准确性，但需保证数据质量和算法稳健性，还需多领域专家合作验证。随着设备互联化，数据隐私与安全成关键。需通过先进加密、安全存储保障信息安全，明确数据使用政策以获取用户信任，同时遵守监管标准，推动技术在医疗市场的普及。

图7：基于MXene的可穿戴智能隐形眼镜的未来前景