智能隐形眼镜

近年来，智能隐形眼镜得到了科学家们越来越广泛的研究，由于其不仅能够连续监测眼睛和泪液中的生命体征，而且还具有在其他领域扩展适用的潜力，如用于药物输送和增强现实的视觉成像智能设备。但是，以往的智能隐形眼镜大多需要能量存储设备，极大地限制了其应用的持续性，而且常规电池的刚性、发热和大尺寸也不适合在柔性智能隐形眼镜内应用。

亮点

近期，延世大学的Park Jang-Ung教授报道了一种具有无线可充电超级电容器的柔性智能隐形眼镜。该隐形眼镜的所有设备组件都通过可拉伸结构集成在一起，在不妨碍佩戴者视线的情况下提供了极高的柔韧性和舒适度，并通过体内试验证明了该镜片在充放电过程中的生物相容性。这是具有可持续电化学性能的电源集成智能隐形眼镜的首次报道。

固态超级电容器

图1A展示了一个柔性智能隐形眼镜的示意图，该智能隐形眼镜由上层的无线电力传输（WPT）单元、下层储存电力的固态超级电容器以及LED指示器组成。

为了提升隐形眼镜的安全性，研究人员设计了一种具有稳定电化学性能和柔韧性的新型固态聚合物电解质来代替传统的液体电解质，进而与碳电极集成固态超级电容器（MIS-supercapacitor）。首先通过图1B和图2所示的DIW技术，将由离子液体与巯基-烯单体组成的电解液油墨均匀地涂覆在电极上；随后对其进行巯基-烯单体的UV辅助点击反应，从而得到具有优异柔韧性的固态聚合物电解质。

图1. 柔性智能隐形眼镜和MIS超级电容器的结构

图2. MIS超级电容器的制备过程

WPT系统

无线功能对于提高可穿戴电子设备的便利性至关重要。如图3所示，研究人员制造了WPT电路以对超级电容器进行无线充电。WPT单元由可伸缩天线和整流器组成，并对其进行耐力测试，经过300次拉伸-释放循环后，输出电压几乎没有任何变化；图3E显示即使在盐溶液和镜片清洗液中存储168小时，电路仍显示出恒定的输出电压。表明该WPT电路具有优异的机械拉伸性和化学稳定性。

图3. WPT系统的表征

无线充电系统

随后，研究人员进行了超级电容器的无线充电/恒电流放电。图4可以看出该超级电容器通过无线充电的方式在240s内即可完成充电；随后测试了该无线充放电行为的循环性能，在30次循环之后容量保持率仍然超过90％。表明这种可无线充电的超级电容器系统具有出色的稳定性，可长期用于智能隐形眼镜。

图4. 无线充电系统的表征

完全集成的柔性智能隐形眼镜系统

图5显示了研究人员制备的一款可无线充电的柔性智能隐形眼镜，其中超级电容器、整流器和LED均以可拉伸的形式完全集成在一起，再通过一种可商购的用于柔性隐形眼镜材料的有机硅弹性体进行封装，然后模制成隐形眼镜的形状。

图5. 柔性智能隐形眼镜实物图

研究人员随后进行体内测试，将该隐形眼镜佩戴在活兔子和人体的眼睛内，图6、7显示了其操作的可靠性，对活兔子和实验人员没有发生任何不适影响，且眼角膜对该镜片也无任何明显反应，表明该柔性智能隐形眼镜具有优异的生物相容性。

图6. 柔性智能隐形眼镜佩戴试验

图7. 柔性智能隐形眼镜佩戴试验

本篇文章中，研究人员所报道的具有无线可充电超级电容器的柔性智能隐形眼镜，实现了连续、可靠的无线充电和放电过程。各种稳定性测试证明了这种柔性智能隐形眼镜的长期可用性，可用作连续运行的小型可穿戴电子设备。我们相信，这项技术不仅为未来的智能隐形眼镜的研究提供了新的可能，而且有望在各个领域得到更加广阔的应用。

原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaay0764