Med de senaste tekniska framstegen är efterfrågan på Internet of Things och trådlösa enheter mycket hög. Dessa innovationer väcker dock också oro för långvarig exponering för elektromagnetisk strålning (EMR), som kan utgöra en potentiell risk för ögons hälsa.
MXenes, en klass av tvådimensionella övergångsmetallkarbider/nitrider, har visat sig lovande när det gäller att skydda mot EMR. Deras dåliga vidhäftningsförmåga och känslighet för oxidation har dock begränsat deras användningsområden.
I ett nyligen gjort genombrott har forskare under ledning av professor Takeo Miyake från Graduate School of Information Production and Systems, Waseda University, Japan, utvecklat stabila MXene-belagda kontaktlinser med remarkabla optiska egenskaper och EMR-skydd.
Deras nya tillverkningsmetod säkerställer optimal vidhäftning och förhindrar oxidation av MXene-beläggningen, vilket övervinner tidigare begränsningar.
Studien är ett samarbete mellan Waseda University, Kyoto University och Yamaguchi University Hospital, där expertis inom nanofabrikation, 2D-material och oftalmologi har förts samman för att säkerställa ögonsäkerheten.
Resultaten publiceras i tidskriften Small Science.
Forskningen är författad av Dr Lunjie Hu från Graduate School of Information Production and Systems, Waseda University, docent Jun Hirotani från Kyoto University, professor Kazuhiro Kimura från Yamaguchi University Hospital, biträdande professor Atsushige Ashimori från Yamaguchi University Hospital och biträdande professor Saman Azhari från Graduate School of Information Production and Systems, Waseda University.
”Smarta kontaktlinser med inbyggda elektroniska komponenter får mycket uppmärksamhet som nästa stora grej inom bärbara enheter. För första gången innebär detta dock att vi kommer att placera trådlösa kretslinser direkt på hornhinnan, vilket utsätter dem för elektromagnetiska vågor dygnet runt. Inspirerade av genombrott inom 2D-material och tillverkningsteknik för enheter har vi tagit fram högfunktionella skyddande kontaktlinser”, säger huvudförfattaren professor Miyake.
För att tillverka dessa högfunktionella kontaktlinser började forskarteamet med att framställa dispersioner av MXene, som vakuumfiltrerades med membran av blandad cellulosaester (MCE) för att producera MXene-baserade filmer.
Filmerna belades sedan på kommersiella mjuka kontaktlinser genom en våtöverföringsmetod med aceton. De färdiga linserna analyserades sedan ingående med avseende på fysikaliska egenskaper, ledningsförmåga och säkerhet.
”Vi valde en våtöverföringsmetod för att enkelt kunna fästa MXene-nanoskivor på den okonventionella ytan på mjuka kontaktlinser, vilket säkerställer skalbarhet”, tillägger professor Miyake.
De tillverkade kontaktlinserna visade anmärkningsvärda resultat med >80 % transmission av synligt ljus, hög konduktivitet, skydd mot uttorkning och hög biokompatibilitet med >90 % cellviabilitet.
De avsatta skikten av MXene uppvisade varierande tjocklek beroende på koncentrationen av dispersionerna, och de upplösta MCE-membranens vidhäftningsegenskaper säkerställde optimal fastsättning av MXene. Dessutom skyddade MCE-skiktet MXene från oxidation.
Prof. Miyake diskuterar betydelsen av deras metod och säger: ”Vår forskning kan ha en mångfacetterad inverkan. För det första breddar den stabila och enkla beläggningen av MXene-nanoskivor via våtöverföring möjligheterna för kommersiella tillämpningar. För det andra är vår metod enkel men effektiv för att förhindra oxidation av MXene, vilket gör en ofta förbisedd utmaning – oxidation av MXene – till ett löst problem.”
För att utvärdera den elektromagnetiska avskärmningen testades de MXene-belagda linserna på grisögon som utsattes för mikrovågsuppvärmning och värmeavbildning. Linserna uppvisade en snabb temperaturökning, vilket indikerar stark EMR-absorption och -spridning, vilket förhindrade direkt uppvärmning av ögonen.
När de utsattes för högfrekventa mikrovågor absorberade MXene effektivt elektromagnetisk energi och släppte ut den som värmestrålning, vilket skyddade grisögonen från direkt uppvärmning.
Dessutom bekräftade forskarna en robust elektromagnetisk skärmeffektivitet på upp till 93 %, vilket är den högsta rapporterade specifika skärmeffektiviteten för biokompatibla material med samma tjocklek och ger ett betydande skydd mot högfrekvent strålning. Linserna visade starkt skydd mot högfrekvent EMR, vilket garanterar optimal ögonhälsa.
Med högt elektromagnetiskt skydd och tillförlitliga egenskaper representerar detta genombrott inom smarta kontaktlinser ett betydande framsteg mot säkrare bärbar teknik.
Genom att utnyttja de unika egenskaperna hos MXene-nanoskivor ger linserna ett effektivt skydd mot högfrekvent strålning samtidigt som de bibehåller komfort och användbarhet.
Utöver ögonhälsa banar detta genombrott väg för integration av avancerade nanomaterial i smarta bärbara enheter, medicinska implantat och bioelektronik, vilket tillgodoser både säkerhet och funktionalitet.
Mer information: Takeo Miyake, et al, MXene-Integrated Contact Lens: A Breakthrough in Wearable Eye Protection and Healthcare, Small Science (2025). DOI: 10.1002/smsc.202400628
