段小洁：石墨烯“隐形眼镜”用于视网膜疾病的诊断

lanyunyun

视网膜电图（Electroretinogram, ERG）是临床视觉电生理的一项基本检查项目，可以根据视网膜对特定闪光刺激的生物电响应差异来反映视网膜功能的完整性，用于各种眼底疾病的早期诊断，如急性获得性视网膜变性、糖尿病性视网膜病变和遗传性眼底疾病等。角膜电极是临床ERG测量中最常用的电极之一，但目前的角膜电极一般为硬镜，不但容易损伤角膜，而且难以与眼表结构适配形成紧密稳定的界面，难以满足高精度的光学刺激需求。另外，构成电极的导体部分一般为不透明的金属材质，限制了电极记录位点在眼表的分布位置，无法对角膜表面电势分布进行准确表征。如果能够使电极兼备光学透明度和柔软性，那么获得高信噪比、高稳定的信号和全角膜电势分布的测试等设想均有可能实现。

北京大学的段小洁研究员课题组及其合作者开发了一种基于石墨烯的质轻、柔性、透明的角膜接触电极。他们根据待测眼睛的角膜曲率设计了曲面石英模具，利用化学气相沉积技术在曲面石英模具上生长了近球面形状的高导电性、高透光性、高化学稳定性和生物相容性的二维晶体材料石墨烯作为导体层，然后在石墨烯表面生长形成完全敷形的超薄柔性高分子聚合物Parylene-C作为绝缘基底层，从而制备出与角膜高度共形的柔性透明角膜接触式石墨烯电极（graphene contact lens electrodes，GRACEs）。作者通过眼前节光学相干成像(AS-OCT)技术和泪液层荧光素钠染色法对GRACE电极与角膜的界面进行表征，发现相对于硬质接触镜电极，GRACE电极与角膜可以形成更加适形紧密的界面，且在眨眼后还能保持稳定。他们将其应用在食蟹猴的全视野ERG和多焦ERG测量，验证了其高信号强度、高质量的图案化刺激响应性能。此外，除了单通道电极之外，为了进一步实现大范围高通量ERG信号的记录，他们还制备了多通道柔性透明石墨烯微电极阵列，并以兔子成功试验了角膜表面空间分辨的ERG记录，通过表征视网膜电活动在眼球表面的空间分布特征，首次观察到ERG信号幅值在角膜中央最高，并向颞侧和鼻侧呈递减的角膜表面电势分布的异质现象。

选择合适的电极对ERG测试至关重要，而该课题组基于石墨烯电极的优异性质，制备的基于石墨烯的角膜接触镜式电极实现了高信噪比、高稳定性的ERG测量，表现出比传统电极更高效的测试能力，有望替代传统电极应用于临床诊断。另外，视网膜的局部损伤或病变可引起明显的角膜表面电势幅值空间分布变化，文中所展示的稳定角膜表面多位点ERG记录有望对这种变化进行精准表征。与角膜共形的透明柔性石墨烯电极阵列的制备为开发新型高效的功能性视网膜电生理成像技术提供了可能性，有利于发展单闪光刺激下视网膜病变的检测方法，有望为更加准确地诊断相关的视网膜疾病提供可行的途径。这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的共同第一作者是北京大学的博士研究生殷荣康和徐政。

参考文献：

Soft transparent graphene contact lens electrodes for conformal full-cornea recording of electroretinogram，Nat. Commun., 2018, 9, 2334, DOI: 10.1038/s41467-018-04781-w