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    基于光子晶體的結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡的構(gòu)建及應用

    2021-12-15 07:55:02王小美郝凌云張小娟
    人工晶體學報 2021年11期
    關(guān)鍵詞:膠體光子晶體

    王小美,王 昭,郝凌云,張小娟,劉 楚

    (1.金陵科技學院材料工程學院,南京 211169; 2.視光材料與技術(shù)南京市重點實驗室,南京 211169)

    0 引 言

    在人類歷史發(fā)展進程中,顏色一直扮演著重要的角色,為識別、預警、防偽和交流等提供了重要手段。目前,常見的色彩產(chǎn)生機理包含對光的吸收(色素色)、反射(結(jié)構(gòu)色)和發(fā)射(發(fā)光色)[1]。其中,研究者通過在電介質(zhì)中構(gòu)筑周期性結(jié)構(gòu),獲得光學禁帶,當光子能量落入光學禁帶中將無法在特定方向傳播。這種具有光學禁帶的材料通常被稱為光子晶體(photonic crystal, PC)[2]。光子晶體因其獨特的對光波傳播方式的調(diào)控能力,被廣泛應用于能源轉(zhuǎn)換、光學器件、傳感、顯示和防偽領(lǐng)域,顯示出巨大的應用潛力[3]。

    隱形眼鏡又稱為角膜接觸鏡(contact lens, CL),其作為視力矯正鏡片,已在全世界數(shù)千萬患者中廣泛使用。彩色隱形眼鏡因具有美容的效果,深受年輕人的喜愛。然而,傳統(tǒng)的隱形眼鏡直接印刷色素或激光著色,引入不穩(wěn)定和易剝離的化學色素層,長期佩戴易引起角膜感染、潰瘍和其他并發(fā)癥,因此,亟需開發(fā)更好的替代產(chǎn)品。自然界中蝴蝶的翅膀和甲殼蟲的外殼等是常見的光子晶體結(jié)構(gòu),它們絢爛的色彩啟示科研人員在隱形眼鏡中構(gòu)筑特定的微細結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)彩色眼鏡的需求,以規(guī)避上述傳統(tǒng)彩色隱形眼鏡存在的風險。另外,床旁診斷(point-of-care, POC)在為眼病患者提供精確、個性化的治療方面具有重要意義。隱形眼鏡作為一種流行于眼部的可穿戴設(shè)備,為整合生物傳感器用于眼病的POC診斷提供了合適的平臺[4-7],但現(xiàn)有的隱形眼鏡傳感器通常涉及較多的電子器件和電路,制造復雜,且信號讀出需要額外的儀器[8-9]。隨著研究的進行,將基于光子晶體的結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡應用于葡萄糖監(jiān)測、眼壓監(jiān)測及釋藥監(jiān)測等方面有更廣闊的發(fā)展空間,近年來吸引了大量科研人員的關(guān)注[10-11]。

    1 光子晶體

    1987年,Yablonovitch[12]和John[13]分別提出了光子晶體的概念。光子晶體是一種具有不同介電常數(shù)在空間上呈周期性排列結(jié)構(gòu)的材料,在適當條件下,這種結(jié)構(gòu)對穿過其中的光波可以進行選擇性的折射、反射和透射,從而對光的傳播進行調(diào)制,使得一定頻率的電磁波不能通過,這個特性稱為光子帶隙(photonics band gap, PBG)或者光子禁帶,因此,光子晶體又稱為光子帶隙材料。當光子帶隙的范圍恰好在可見光區(qū)域時,光子晶體呈現(xiàn)出的顏色稱為光子晶體的結(jié)構(gòu)色(structural color)。光子晶體根據(jù)其折光指數(shù)在空間中的排列方式可以分為一維(1D)、二維(2D)和三維(3D)光子晶體。一維光子晶體由具有不同折光指數(shù)的多層材料堆積而成,只會在一個方向上產(chǎn)生光子帶隙,一般應用在傳感器或者光纖器件上;二維光子晶體一般由納米微粒排列成單層薄膜,對兩個維度上的光起調(diào)控作用,將對光的調(diào)控限制在一個平面上;三維光子晶體可以在各個方向上產(chǎn)生完全的禁帶,典型的是蛋白石結(jié)構(gòu)和反蛋白結(jié)構(gòu),也是制造光子晶體傳感器時應用最多的一種結(jié)構(gòu)[14]。按照其微粒排布結(jié)構(gòu),光子晶體可以分為緊密排布光子晶體和非緊密排布光子晶體。蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體就是最典型的緊密排布光子晶體,微粒之間緊密堆積沒有距離;而非緊密排布光子晶體一般是微粒在靜電作用下形成穩(wěn)定分散的懸浮液或者包埋在水凝膠中。水凝膠由于具有良好的黏彈性,易于膨脹和收縮,當把光子晶體均勻分散在水凝膠中,可以利用其體積的變化引起晶格間距的改變,從而達到變色的目的[15]。并且,通過膠體粒子自組裝的“自下而上法”制備三維膠體光子晶體,具有低成本、可規(guī)?;⒏呖烧{(diào)性、易于功能化修飾等優(yōu)點,因此近二十年來作為結(jié)構(gòu)色顏料、生物化學傳感器、信息顯示器、防偽標簽等得到廣泛應用[16]。

    2 結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡的制備及應用

    2.1 隱形眼鏡概述

    隱形眼鏡又稱角膜接觸鏡,通??梢灾苯优宕髟谌祟惖难矍蛏弦猿C正視力。隨著近代科學的發(fā)展,鏡片的制造工藝被不斷改善,并被賦予了新的用途,如用于美容或眼部疾病治療。隱形眼鏡材料的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段,從最早期的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)類不透氣性硬性透鏡材料到透氣性硬接觸透鏡材料(RGP),到以硅氧為主鏈交聯(lián)聚合而成的非親水性軟鏡材料,再到親水性軟鏡材料[7]。親水軟性材料主要為水凝膠,其含水量,舒適度、透光率、潤濕性及生物相容性等都較好,比硬性鏡片能更快適應用戶眼睛形狀,在矯正視力的同時,能更好地滿足人們對“自然視覺”的要求,因此成為目前最廣泛使用的隱形眼鏡材料,又以聚甲基丙烯酸羥乙酯(pHEMA)基水凝膠和有機硅水凝膠為代表[17]。pHEMA水凝膠具有良好的生物相容性、優(yōu)良的透光率、柔軟及高彈性、可高溫消毒和加工方便等特點,已被廣泛應用于生物醫(yī)學領(lǐng)域。但是,單純pHEMA水凝膠含水量不高、透氧性不足。有機硅水凝膠的新型傳輸機制導致其擁有比傳統(tǒng)水凝膠更高的氧氣傳輸率,因此,基于有機硅水凝膠制備的隱形眼鏡因化學惰性、無毒性、較高的氧滲透性和良好的機械性能也得到一定應用。但是,目前商用隱形眼鏡難以同時滿足高親水性、高透氧性和良好機械性能之間的平衡,以及長期佩戴帶來的蛋白沉積、細菌粘附等問題[18-19]。因此,仍需進一步探索具有最優(yōu)綜合性能的隱形眼鏡材料。

    2.2 結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡

    彩色隱形眼鏡俗稱“美瞳”,可以同時起到矯正視力和美容的作用,深受年輕人的喜愛。但是,傳統(tǒng)彩色隱形眼鏡通過外加化學色素實現(xiàn)彩色效果,且色素分子會堵住鏡片的部分透氣孔,阻擋眼睛與空氣中氧氣和水分的交換,從而降低鏡片的透氧透氣性,長期佩戴可能引起角膜炎、角膜潰瘍,甚至角膜穿孔等疾病。Lowe等[20]率先利用全息激光技術(shù)制作了具有有序微觀結(jié)構(gòu)的彩色隱形眼鏡,但該技術(shù)具有在晶狀體中殘留銀納米顆粒的風險,且需要高成本的精密光學設(shè)備。因此,近年來科研工作者開始探索“自下而上”的策略,通過膠體納米顆粒的自組裝來構(gòu)筑結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡。

    顧忠澤等在結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡的構(gòu)筑方面做出了開創(chuàng)性的工作。報道了一種通過在隱形眼鏡模具中利用“咖啡環(huán)效應(coffee-ring)”復制自組裝膠體晶體模板來制備環(huán)形結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡的方法[21],示意圖如圖1所示。在靜置條件下,通過控制硅球懸浮液濃度及溶劑蒸發(fā)過程,借助毛細力,使硅球納米粒子在接觸線邊緣不斷聚集,最終形成環(huán)狀膠體光子晶體模板,再將聚合反應原料填充到光子晶體空隙中,聚合制備得到水凝膠后,通過氫氟酸(HF)去除硅球,即可得到具有周期性孔隙排列結(jié)構(gòu)的有色隱形眼鏡。鏡片顏色具有隨角變色特性,且可以通過改變硅球的粒徑進行調(diào)節(jié)。然而,膠體晶體模板的制備和去除過程比較復雜,且需要嚴格控制條件以獲取高質(zhì)量的模板,若能以膠體光子晶體涂料的形式在模具中直接構(gòu)筑結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡,則具有更加重要的現(xiàn)實意義?;诖?,該課題組隨后采用無皂乳液聚合法合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸羥乙酯)(PMH)納米顆粒。根據(jù)“相似相容”原理,該聚合物納米顆粒能夠均勻分散在HEMA單體中顯示出彩虹色。將該涂料注入隱形眼鏡模具中進行紫外聚合后,便得到色澤鮮艷、機械強度高且生物相容性好的結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡(見圖2)[22],有望替代傳統(tǒng)的顏料型隱形眼鏡得到商業(yè)化應用。

    圖1 (a)~(c)環(huán)形膠體光子晶體模板制作示意圖;(d)、(e)環(huán)形膠體光子晶體在模具中組裝的照片;(f)未經(jīng)HF清洗的 膠體光子晶體模板;(g) HF清洗后的膠體光子晶體模板[21]Fig.1 (a)~(c) Annular colloidal crystal template making schematic diagram; (d), (e) photos of annular colloidal photonic crystals assembled in the mold; (f) colloidal photonic crystal templates not cleaned by HF; (g) HF-cleaned colloidal photonic crystal template[21]

    圖2 結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡制備示意圖(a)~(c)及三種不同顏色隱形眼鏡的反射(d)和(e)透射光譜[22]Fig.2 Schematic diagram of preparation of structured color contact lenses (a)~(c) and reflection (d), (e) transmission spectra of three different color contact lenses[22]

    2.3 結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡作為傳感器的應用

    2.3.1 在葡萄糖監(jiān)測方面的應用

    目前,糖尿病通常采用指尖針刺采血或使用皮下植入式血檢計進行血糖監(jiān)測,會給患者帶來一定的痛苦和不便,且電化學反應不穩(wěn)定導致靈敏度較低,因此迫切需要發(fā)展無創(chuàng)和高靈敏度的血糖監(jiān)測方式[23-24]。人體淚液葡萄糖濃度與血液葡萄糖濃度呈正相關(guān),將微型傳感監(jiān)測儀器整合到日常佩戴的隱形眼鏡中,具有無創(chuàng)監(jiān)測淚液中葡萄糖的前景[25-27]。

    受Asher前期工作啟發(fā)[28-29],2017年,Ruan等[30]在4-硼苯甲醛(4-BBA)修飾的聚乙烯醇(PVA)水凝膠中嵌入三維聚苯乙烯(PS)膠體晶體陣列(3D CCAs),并將其附著在PMMA硬性透氣性隱形眼鏡上(見圖3),4-BBA與葡萄糖的結(jié)合可逆性地改變了水凝膠基質(zhì)的體積,引起布拉格衍射及光子晶體顏色的改變,由此來監(jiān)測淚液中葡萄糖濃度的變化。該傳感裝置提高了葡萄糖檢測的靈敏度及選擇性,但由于水凝膠的體積變化受到PMMA硬性透鏡的限制,傳感能力有限。3D膠體晶體陣列的不足之處在于難以獲得有序的陣列、選擇性較差和煩瑣的自組裝程序,近年來,單層膠體晶體材料(2D PC)因其制備簡單、快速而受到更廣泛關(guān)注。隨后,該課題組將基于PS的2D PC包埋到4-BBA功能化的PVA水凝膠中,構(gòu)建了一種新型的水凝膠單層膠體晶體(GMCC)傳感器,用于淚液葡萄糖的半定量檢測。當葡萄糖濃度在0~20 mmol范圍內(nèi)變化時,該傳感器可以有效地衍射可見光,其結(jié)構(gòu)色從紅色到黃色及綠色的變化可以在180 s內(nèi)被快速區(qū)分。此外,2D PC晶格常數(shù)的變化還可以通過德拜環(huán)的尺寸進行確定[31]。

    采用2D PC的策略,雖然有效優(yōu)化了制備流程及監(jiān)測靈敏度,但獲取目視定量讀數(shù)仍是實際應用中亟待解決的問題。最近,Elsherif等[32]成功開發(fā)了一種采用智能手機進行連續(xù)葡萄糖監(jiān)測的可穿戴隱形眼鏡生物傳感器。該體系基于一維全息聚合物晶體膠體陣列(1D PC),在苯基硼酸功能化的葡萄糖選擇性水凝膠膜上打印出具有1.6 μm周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體,并將其與商業(yè)鏡片集成(見圖4)。當與葡萄糖結(jié)合后,凝膠微觀體積膨脹,周期性常數(shù)改變,由此在0~50 mm內(nèi)建立周期性常數(shù)與葡萄糖濃度的相關(guān)性。該傳感器具有響應時間快(3 s)、飽和時間短(4 min)等優(yōu)點,且可以使用智能手機應用程序進行動態(tài)血糖監(jiān)測,在床旁連續(xù)監(jiān)測設(shè)備和家庭環(huán)境診斷中有更多潛在的應用。

    圖3 基于4-BBA-PVA凝膠膠體晶體陣列(GCCA)隱形眼鏡的制備策略[30]Fig.3 Preparation strategy of contact lenses based on 4-BBA-PVA gel colloidal crystal array (GCCA)[30]

    圖4 (a)一維光子結(jié)構(gòu)傳感器的傳感原理;(b)放置在眼睛模型上的隱形眼鏡傳感器照片[32]Fig.4 (a) Sensing principle of the one-dimensional photonic structure sensor; (b) a photo of a contact lens sensor placed on an eye model[32]

    2.3.2 在眼壓監(jiān)測方面的應用

    青光眼是世界首位不可逆性致盲眼病,一般是由眼內(nèi)壓(intraocular pressure, IOP)間斷或持續(xù)升高而導致視神經(jīng)損傷的一種眼病[33]。隨著電子設(shè)備的普及,年輕患者越來越多,但由于大多數(shù)慢性患者臨床主要癥狀難以識別,診斷時視神經(jīng)已經(jīng)發(fā)生了不可逆的損害,喪失了寶貴的治療時間,由此對家庭和社會帶來了很大損失。研究顯示,IOP是青光眼診斷的關(guān)鍵體征,與診室間斷測量相比,長期連續(xù)進行眼壓監(jiān)測對青光眼患者的診斷率提高50%以上[34]。因此,很有必要開發(fā)生物相容性好且易于穿戴的無創(chuàng)微型傳感器連續(xù)監(jiān)測IOP,以達到及時干預和有效治療的目的[35-36]。

    圖5 通過智能手機捕捉圖像和量化智能隱形 眼鏡的顏色變化[27]Fig.5 Capture the image and quantify the color change of the smart contact lens by a smartphone[27]

    最近,Du等[37]和Park等[38]均成功開發(fā)了基于光子晶體復合水凝膠材料的智能隱形眼鏡傳感器,利用其表觀顏色變化連續(xù)和定量測量眼壓,而無需任何外部電源和復雜的測量設(shè)備。其中,Park等[38]采用微液壓放大機制,增強了嵌入光子晶體柔性膜的顏色變化范圍及壓力傳感靈敏度。人工硅膠眼模型和豬眼球體外評價試驗顯示,其檢測限分別為3.2 mmHg和5.12 mmHg,并且可以物聯(lián)于智能手機相機和一個顯示RGB值的簡單應用程序(見圖5)。該傳感器可以連續(xù)無創(chuàng)地檢測IOP變化,無需昂貴的光學光譜儀,且大大提高了監(jiān)測效率。

    2.3.3 在釋藥監(jiān)測方面的應用

    滴眼制劑是最常使用的眼科疾病給藥方式,但其生物利用度僅有3%~5%。研究表明,采用隱形眼鏡可將其生物利用度提高到50%,有效降低使用劑量、給藥頻率及延緩藥物釋放時間,從而降低毒副作用[39-43]。在實際臨床應用中,藥物釋放的實時監(jiān)測十分重要,但是,覆蓋在人眼表面的淚膜不斷更新且很難收集,對藥物釋放及眼內(nèi)濃度的實施監(jiān)測仍然是一個挑戰(zhàn),利用光子晶體隱形眼鏡實現(xiàn)對藥物濃度監(jiān)測的研究非常有限。

    近些年,顧忠澤和謝卓穎團隊在結(jié)構(gòu)色光子晶體的制備方面取得一系列成果[21-22,44-46],報道了具有高度有序和互連的大孔反蛋白石結(jié)構(gòu)的有色隱形眼鏡,避免了工業(yè)染料潛在的風險[44]。該團隊在前述基于硅球光子晶體有色隱形眼鏡的基礎(chǔ)上[21],利用分子印跡技術(shù),在水凝膠制備過程中引入功能單體甲基丙烯酸(MAA)及藥物噻嗎洛爾。結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡制備完成后,去除藥物模板分子,得到的分子印跡有色隱形眼鏡對噻嗎洛爾具有選擇性識別作用,且藥物分子的結(jié)合和解離會引起水凝膠基質(zhì)的體積和折射率等特性的響應,通過光子晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可讀的光信號位移,如圖6所示[47]。該策略不僅優(yōu)化了隱形眼鏡的載藥和釋藥性能,同時可以通過顏色變化監(jiān)測藥物濃度。但此類藥物負載方法也存在一些不足,例如水凝膠的大孔徑和高含水量特性會引起藥物的早期泄漏,將藥物負載到隱形眼鏡的過程一般要經(jīng)過光或熱固化聚合反應,對最終負載的藥物濃度有較大影響,甚至可能加速藥物降解,因此其實際使用性能仍有待考量。

    綜上,水凝膠由于其良好的柔韌性和易于修飾等優(yōu)點,被認為是傳感領(lǐng)域最有前途的刺激響應材料。當眼部環(huán)境(溫度、壓力、pH值、離子、藥物濃度等)發(fā)生變化時,會引起水凝膠明顯的體積變化,從而誘導光子晶體晶格常數(shù)和光信號的改變[28]。目前,測定光信號變化最常用的方法是分光光度法,通過監(jiān)測反射峰波長和強度的變化,記錄對外界刺激的響應。另外,近年來還報道了2D膠體PC專用的德拜環(huán)檢測方法。裸眼觀測由于不需要昂貴的儀器和易于操作,具有顯著的潛力,如Lu等[10]通過標準曲線建立校準卡,采用直接讀數(shù)的方法檢測2,4,6-三硝基甲苯(TNT)的濃度,為TNT提供了一種簡單的半定量測定方法。目前發(fā)展的大部分結(jié)構(gòu)色材料存在色彩隨觀察角度改變的特性,因此,在檢測時需嚴格控制觀測角度以消除實驗誤差。但是,佩戴在眼睛上的隱形眼鏡會隨眼球轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,如何消除測量角度引起的差異是一個需要解決的問題。近些年研究發(fā)現(xiàn),具有長程有序結(jié)構(gòu)的晶體膠體陣列(PCSs)表現(xiàn)出明亮的結(jié)構(gòu)顏色,且顏色隨入射光或視角的變化而變化;相反,具有短程有序結(jié)構(gòu)的晶體膠體陣列(PASs)表現(xiàn)出與角度無關(guān)的色彩[44,48]。也就是說,通過調(diào)節(jié)膠體顆粒的有序程度可以控制結(jié)構(gòu)色的隨角變色特性,為作為傳感的隱形眼鏡提供了新的參考策略。

    2.4 結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡用于紫外防護

    眾所周知,光子晶體應用的基本原理就是通過其微觀結(jié)構(gòu)的變化來改變光源路線以達到變色的目的,由此打開了科研工作者的另一個窗口:是否可以通過調(diào)整其結(jié)構(gòu)參數(shù)來達到阻擋甚至阻斷某些特定波長范圍入射光源的目的?大量視光學和眼科學研究表明,紫外線波段A(UVA)和波段B(UVB)是白內(nèi)障、老年性黃斑變性、角膜炎等眼部疾病的病因之一[49]。但目前國內(nèi)市售的高效能抗紫外隱形眼鏡產(chǎn)品較少。因此,具有防紫外特性且舒適美觀的隱形眼鏡具有很大的市場潛力。

    杜學敏于2017年申請的發(fā)明專利中提出了一種結(jié)構(gòu)色太陽隱形眼鏡的制備方法[50]。在隱形眼鏡的瞳孔區(qū)同時設(shè)計有光子晶體結(jié)構(gòu)和變色材料。利用光子晶體對部分光線(如紫外或紅外)的濾過作用,起到眼睛防護和保健作用;同時,利用變色材料在較強太陽光下發(fā)生的相轉(zhuǎn)變(如折射率或分子構(gòu)象)來改變光子晶體的折射率或晶格,進而帶來光子晶體顏色的變化,以降低特定波長光線的透過率,最終實現(xiàn)太陽隱形眼鏡對眼睛的有效保護。隨后,Lai等[51]開發(fā)出一種利用二氧化硅無定形陣列納米結(jié)構(gòu)制備的具有抗紫外線和藍光性能的隱形眼鏡。鏡片的關(guān)鍵指標滿足日拋型隱形眼鏡要求,且顯示出的淡藍色結(jié)構(gòu)色可以避免使用商用彩色隱形眼鏡中添加的化學染料。但該方法受限于對微結(jié)構(gòu)的精確控制,且制備過程耗時較長。

    最近,Shen等[52]合成了具有不同尺寸的單分散PS@PMMA@P(HEMA-co-EA)核殼結(jié)構(gòu)微球,通過隱形眼鏡凹凸模具對HEMA/核殼微球混合物施加振蕩剪切,制備了具有準周期結(jié)構(gòu)的隱形眼鏡(見圖7)。由于粒子按照準周期性結(jié)構(gòu)堆疊時,可同時實現(xiàn)可見光波段高透光率和紫外波段的贗吸收。因此,制備的隱形眼鏡不僅能在可見光下表現(xiàn)出鮮亮的顏色和高透射率,而且能更為完美地阻擋有害的短波紫外光,并同時具有良好的細胞相容性,滿足日常配戴的光學要求,具有廣闊的臨床應用前景。

    3 結(jié)語與展望

    基于光子晶體的結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡不僅在光照下呈現(xiàn)絢麗的色彩,而且無色素添加,避免了傳統(tǒng)彩色隱形眼鏡帶來的危害。由于眼部葡萄糖、水分和壓力分別是糖尿病、干眼癥和青光眼診斷的關(guān)鍵體征,這種結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡可以作為眼部傳感器,直接通過顏色變化指示關(guān)鍵指標,為無創(chuàng)眼科健康監(jiān)測和疾病診斷帶來了新希望。

    但是,本領(lǐng)域研究剛剛起步,研究工作較為零散且不夠系統(tǒng)深入。仍存在以下幾個關(guān)鍵問題:(1)基于結(jié)構(gòu)色變化的光學探測,易受環(huán)境因素影響產(chǎn)生誤差,且結(jié)構(gòu)色的隨角變色特性給實際定量帶來一定困難,作為傳感器的精度和重復性仍不甚理想;(2)雖然已有與智能設(shè)備(如智能手機和可穿戴傳感器)耦合獲取定量讀數(shù)的工作報道,但如何獲得便捷的目視定量讀數(shù)仍然是一個挑戰(zhàn);(3)對隱形眼鏡的關(guān)鍵性能指標(含水量、透光性、透氣透氧性、機械性能等)關(guān)注較少。例如,蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體的引入會影響隱形眼鏡的含水量、透氧性等,采用模板刻蝕法制備的反蛋白石結(jié)構(gòu)的水凝膠材料力學性能較差,很難滿足隱形眼鏡多次長期佩戴的實際應用需求;(4)光子晶體的制備大多仍停留在實驗室制備階段,批量化生產(chǎn)技術(shù)不成熟,需要發(fā)展新型的工業(yè)化組裝技術(shù)(如類似印刷、書寫等),提高操作的便捷性和可重復性。因此,該領(lǐng)域能否獲得商業(yè)化應用仍有待考量,需要對材料的結(jié)構(gòu)進行更加深入和優(yōu)化的設(shè)計,同時發(fā)展高效便捷的工業(yè)化生產(chǎn)途徑。鑒于人類對生命健康日趨增高的需求及科學技術(shù)的發(fā)展,可以相信,隨著合成化學、生物傳感、微電子和納米技術(shù)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展和融合,該領(lǐng)域會展現(xiàn)出優(yōu)異的市場前景。

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