لیزری در یک لنز تماسی
فشار درون چشم عددی کلیدی برای تشخیص و مدیریت گلوکوم است. با این حال، تنها توسط کادر پزشکی و در جریان مراجعه به درمانگاه اندازه‌گیری می‌شود. این خوانش‌های گاه‌به‌گاه نوسان‌هایی را که در طول یک روز رخ می‌دهند از دست می‌دهند — نوسان‌هایی که نویسندگان آن‌ها را برای تشخیص و درمان دقیق حیاتی می‌دانند.
لنز تماسی جای طبیعی برای یک حسگر پیوسته است: روی چشم می‌نشیند، و مقاله یادآور می‌شود که بیش از 140 میلیون نفر هم‌اکنون از آن استفاده می‌کنند. لنز نرم از شکل قرنیه پیروی می‌کند که با افزایش فشار بسیار اندکی برآمده می‌شود — کرنشی حدود 0.1% برای چند میلی‌متر جیوه (mmHg)، یعنی تفکیکی که پزشکان نیاز دارند. اندازه‌گیری چنین کشیدگی‌های ریزی درون قطعه‌ای نازک و شفاف از پلاستیک بخش دشوار کار است.
حدِ شمردن نوارها
چندین حسگر نوری کرنش لنز را از روی الگویی منظم — یک توری، یک بلور فوتونی، دو توری روی هم — می‌خوانند که فاصله‌گذاری‌اش با کشیده شدن لنز تغییر می‌کند. سرگئی ایوانوف، ایلیا فرادکین و همکارانشان در مرکز پژوهشی XPANCEO در دبی به گیری بنیادی اشاره می‌کنند: دقت هر حسگری از این دست، در نتیجهٔ اصل عدم‌قطعیت، به شمار تکرارهای الگو محدود است. در چند میلی‌متر فضای موجود در یک لنز، این کران به‌طرز ناخوشایندی به آنچه لازم است نزدیک است.
ایدهٔ آن‌ها خواندن چیزی دیگر است: رنگ یک لیزر.
لیزری که کش می‌آید
گروه یک لیزر بازخورد توزیع‌شده (distributed-feedback laser) ساخت: لایه‌ای از رنگینه‌ای آلی به نام F8BT، به ضخامت حدود 300 نانومتر، با سطحی که هر 335 نانومتر یک بار موج‌دار است. این موج‌ها نقش آینه‌های لیزر را بازی می‌کنند. وقتی لایه با تپ‌های کوتاه نور سبز تابانده شود، خط بسیار باریکی از نور زرد-سبز در حدود 570 نانومتر گسیل می‌کند که تقریباً مستقیم رو به بالا بیرون می‌آید.
طول موج این خط را فاصلهٔ موج‌ها تعیین می‌کند. لنز را بکشید، فاصله بیشتر می‌شود و خط به سوی سرخ می‌رود. برتری در پاسخی بزرگ‌تر نیست — آن بخش معمولی است — بلکه در خطی بسیار باریک‌تر است که پهنایش به اندازهٔ توری بستگی ندارد. خطی باریک‌تر را در اصل می‌توان بسیار دقیق‌تر مکان‌یابی کرد.
توری با نور فرابنفش در یک نوردهی نوشته می‌شود، در رنگینه رونوشت می‌شود، سپس در دمای اتاق، بی‌چسب و بی‌فشار، روی لنز نرم سیلیکونی شناور می‌شود. نویسندگان می‌گویند این فرایند با تولید انبوه لنزهای یک‌بارمصرف سازگار است.
آزمون روی چشمی ساختگی
برای آزمودن دستگاه، آن‌ها یک چشم مصنوعی ساختند: غشایی سیلیکونی به شکل قرنیه و صلبیه، روی محفظه‌ای که با سرنگی موتوری تحت فشار قرار می‌گیرد، و روغن سیلیکون به جای اشک. قرنیهٔ آن در 40 mmHg حدود 150 میکرومتر بالا می‌آید، و نویسندگان نشان می‌دهند که در همان مقیاس چشم واقعی تغییر شکل می‌دهد — در حالی که تأکید می‌کنند مدلی بسیار ساده‌شده است.
با قرار دادن لکهٔ لیزری نزدیک لبهٔ قرنیه، جایی که لنز بیشترین کشش را دارد، فشار را یک بار تا 45 mmHg بالا بردند و پایین آوردند. خط لیزر با افزایش فشار به سوی سرخ رفت، به اندازهٔ 0.027 نانومتر به ازای هر mmHg. در ده نقطهٔ کالیبراسیون، خوانش‌ها به‌طور میانگین 1.2 mmHg از یک خط راست انحراف داشتند — همان مرتبهٔ دقتی که پایش لازم دارد.
نویسندگان دربارهٔ معنای این صریح‌اند. این دقت هم‌مرتبهٔ حد نظری یک توری غیرفعال با همان اندازه است؛ هنوز از آن پیشی نمی‌گیرد. گلوگاه‌های کنونی طیف‌سنج و فشارسنج به‌کاررفته در آزمایشگاه‌اند، و بخشی از خطا از خود چیدمان آزمون می‌آید.
هنوز راهی دراز تا چشم
بخش بحث آنچه را که باید انجام شود فهرست می‌کند:
- ایمنی: هر خوانش از یک درخش 8 نانوثانیه‌ای استفاده می‌کند؛ نوری که به شبکیه می‌رسد حدود ده برابر کمتر از آستانهٔ آسیب اندازه‌گیری‌شده برآورد می‌شود.
- یکپارچه‌سازی: لیزر پمپ و طیف‌سنج امروز بیرونی‌اند؛ گروه دیودهای لیزر سبز کوچک و خواننده‌های مینیاتوری طول موج را پیشنهاد می‌کند.
- دما: گرم شدن لنز به اندازهٔ یک درجه خوانش را حدود 2 mmHg جابه‌جا می‌کند، پس دستگاه واقعی باید دما را هم اندازه بگیرد.
- زیست‌سازگاری: لایهٔ رنگینه فعلاً روی سطح است؛ باید درون لنز مهروموم و آزموده شود.
اعتبارسنجی روی چشم حیوانات، سپس روی انسان، هنوز در پیش است. نویسندگان، که همگی از شرکت XPANCEO هستند، هیچ تعارض منافعی جز یک درخواست ثبت اختراع بر این کار که در اختیار شرکت است اعلام نمی‌کنند.