眼圧を高感度に无线计测するスマートコンタクトレンズを开発～緑内障评価に有効であることを実証～
発表のポイント
- ソフトなコンタクトレンズに歪センサアンテナを搭载することに成功しました。
- パリティ?時間（PT）対称性共振結合回路と無線式歪センサを統合した新回路によって、従来方式の約183倍の感度（36.333 Ω/mmHg）を達成しました。
- 市贩の眼圧计と高い线形相関を确认するとともに（豚眼：搁2＝0.93、ウサギ：搁2＝0.97）、高い透明性（可视光透过80％以上）と生体安全性を実証しました。
- 本成果は、健常者（10～21 mmHg）が装着することで、緑内障患者の早期発見に向けたスマートレンズとしての開発につながります。
図1：“眼圧を无线で测る”スマートコンタクトレンズ
山口大学大学院医学系研究科眼科学讲座の木村 和博 教授、芦森 温茂 助教らの研究グループと早稲田大学大学院情报生产システム研究科の三宅 丈雄 教授、アズハリ?サマン次席研究員らの研究グループは、導電性高分子（PEDOT:PSS）と接着性高分子（PVA）からなる多層構造抵抗センサと、PT対称性の原理を利用した無線検出器を組み合わせることで、眼圧※1変化に応じた抵抗変化を高い蚕値※2で読み取ることに成功しました。
その成果は、6～36 mmHgの眼圧範囲において36.333 Ω/mmHgの感度（従来方式0.198 Ω/mmHgの約183倍）を達成しました。さらに、豚眼を用いたin vitro※3実験およびウサギを用いたin vivo※4実験により、商用眼圧计との间で搁2 ※5＝0.93～0.97の高い线形相関が得られ、本センサレンズが长期かつ非侵袭で眼圧をモニタリングできるプラットフォームとして有望であることを示しました。また、透明性（可视光透过80％以上）および安全性（家兎试験およびヒト角膜上皮细胞の生存率90％以上）を确认しました。
本成果は、国内失明原因の第1位である緑内障の早期诊断?治疗効果モニタリング?在宅管理に贡献する、新しいスマートコンタクトレンズ技术として期待されます。
以上は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）、科研費基盤A、キヤノン財団による助成の成果であり、2026年1月13日（火）に国際学術誌「NPJ Flexible Electronics」に公開されました。
研究の背景
コンタクトレンズは、屈折异常を矫正して视力を补强するウェアラブルな高度医疗机器としての利用が一般的ですが、近年、これらのレンズと电子デバイスを组み合わせることで「视る」から「诊る」を実现可能なスマートコンタクトレンズの开発が盛んです。とりわけ、国内失明原因の第1位である緑内障を検出する医疗机器の开発は、疾患予防や远隔在宅诊疗を実现する点で「健康寿命の延伸」や「医疗费削减」への期待が高まっています。さらに、緑内障の患者数*1は、400万人以上（40歳以上の5%、70歳以上の10%）に达しており、その开発は急务と言えます。
*1：多治见スタディの结果を参照。
図2：コンタクトレンズの机能拡张とその市场规模
眼球内圧力（以下、眼圧）が上昇することで视神経を伤害し、失明を引き起こす緑内障は、日中よりも夜间に进行することが知られており、病気の进行具合を把握する上で24时间眼圧を计测することが求められています。病院では、ゴールドマン眼圧计などの大型装置を利用して测定できますが、夜间の测定には不向きです。そこで、コンタクトレンズに电子素子を搭载することで24时间计测を実现させるスマートコンタクトレンズの开発が进んでいます。
开発が进む眼圧计测レンズは、レンズ素材が硬くドライなハードコンタクトレンズを使用しているため、装用感が悪く、また、高価であるという欠点がありました。一方、ウェットなソフトコンタクトレンズ上に従来型アンテナ素子を搭载すると、レンズの乾燥により电子部品が基板から剥がれてしまうなどの课题がありました。そこで、本研究グループは、电気メッキを利用したアンテナの微细加工技术によって、无线アンテナの伸缩性を実现し、さらに、アンテナ自身が歪を感知できる最适な构造（形状や厚みなど）を明らかにしました。伸缩性を有する歪センサアンテナは、市贩のソフトコンタクトレンズ上に搭载することができます。レンズが乾燥してもセンサ素子が基板から剥がれることはありません。また、アンテナとセンサが一体化したことで、センサの価格を抑えることができました。自宅で计测できるセルフケア商品としての普及が期待されます。
図3：ソフトなコンタクトレンズを用いた眼圧计测を実现
研究の成果
研究グループでは、これまでレンズとメガネ间における无线通信技术（笔罢対称性共振结合回路※6）の開発に取り組み、涙中糖度を計測する超高感度なバイオセンシングレンズの開発に成功してきました。この実現のためアンテナの形状や材料選定（Mg, Zn, Au, Cu, 合金, カーボンナノチューブ, MXene※7など）に加え、レンズに搭载可能な共振器および検出器などの回路设计、データ解析のためのソフトウェア开発に取り组んできました。
本研究では、コンタクトレンズ側の受動共振回路に対し、読み出し側(受信機)の回路にPT対称性の概念を導入した新しい原理の共振結合回路を用いました。まず従来型の検出器では、70 MHz付近でモードスプリット※8に起因する2つのピークが観測され、帯域幅は約3.5 MHzと広いことに加え、6～36 mmHgの眼圧変化に対して70 MHzにおける抵抗変化はわずか5.94 Ωにとどまっていました。これに対して、負性抵抗素子を組み込んだPT共振結合回路では、損失を能動的に補償することにより、共振ピークの帯域幅は約0.206 MHz、Q値は339.15へと大きく向上し、従来アンテナのQ＝15.71と比べて格段に高い共振特性が得られました。豚眼に本スマートコンタクトレンズを装着し、PT検出器で読み出した場合、6～36 mmHgの眼圧変化に伴い検出される実数インピーダンスZ′は?4.5 kΩから?5.59 kΩへと大きく変化し、その絶対値の変化量は従来アンテナの数百倍に達しました。感度で比較すると、従来検出器での0.198 Ω/mmHgに対してPT検出器では36.333 Ω/mmHgを達成しており、約183倍の高感度化に成功しています。さらに、このシステムでは共振周波数がほぼ一定に保たれるため、単一周波数でZ値（リアルタイム成分にインピーダンス）のみを監視すればよく、周波数スキャンが不要である特徴を有しています。ここでは、商用眼圧計（トノメータ）で測定した眼圧値と本研究で開発したセンサレンズから得られた抵抗値の相関を調査したところ、決定係数R2＝0.93という高い线形相関が得られ、本システムが豚眼において眼圧を定量的に再现できることが示されました。
図4：豚眼を用いた眼圧无线计测结果
さらに、生体眼における連続測定の実現可能性を検証するため、ウサギを用いたin vivo実験を行いました。麻酔下のウサギの眼圧をトノメータで測定したのち、人工涙液を滴下してスマートコンタクトレンズを装用し、PT検出器を搭載させたゴーグルを装着して無線測定を開始しました。その後、前房内にヒアルロン酸ナトリウムを注入することで眼圧を意図的に上昇させ、注入前、注入直後、さらに2日後に再度測定を行い、各時点でトノメータ値とコンタクトレンズ由来の抵抗値の両方を取得しました。各測定は1回あたり10分間実施し、その間の抵抗値変化をベクトルネットワークアナライザで5秒ごとに記録しました。得られたデータをMATLABで解析した結果、ウサギにおけるトノメータ眼圧値とコンタクトレンズ抵抗値の間には決定係数R2＝0.97という非常に高い线形相関が认められ、生体眼においても本システムが眼圧変动を精度良くトレースできることが明らかになりました。安全性评価としては、レンズ装着后の流血评価に加え、サーモグラフィを用いた温度分布を测定したところ、いずれの実験における有意な差は见られませんでした。また、ヒト角膜上皮细胞を用いた生体适合性试験においては、24时间および48时间后においても、90％以上の细胞生存率を示すことを确认しました。
図5：家兎眼を用いた眼圧无线计测结果
研究の波及効果や社会的影响
さらに、笔罢対称性を用いた无线高感度计测という本研究の新しい原理は、眼科领域に留まらず、心血管?皮肤?呼吸といった他の生体计测デバイスにも応用でき、次世代ウェアラブル医疗机器开発の基盘技术となることが见込まれます。高齢化が进む社会において、医疗费削减や远隔医疗の推进にも寄与し、医疗顿齿の実现に向けた重要な一歩となります。また、柔らかい电子デバイス、スマートレンズ产业、バイオセンシング用半导体など周辺产业への展开が期待され、医疗?工学?材料分野に跨る新しい市场创出と技术革新の加速につながると考えられます。
今后の展望
今后は事业化に向け、本计测レンズを用いて医学部眼科の先生と共同で临床试験に取り组みます。そのため、レンズデバイスの试作、レンズ製造、无线検出器を开発して顶ける公司との连携を进めていく予定です。
用语解説
- ※1 眼圧（Intraocular Pressure: IOP）：
眼球内部の圧力。正常範囲（おおよそ10～21 mmHg）から大きく外れると視神経障害のリスクが高まり、緑内障の発症?進行と関連する。 - ※2 共振结合系の蚕値：
共振回路における共振のピークの鋭さを表す値「Q」（Quality factor）が大きいほど、共振回路の損失が少ない回路を実現できたと言える。 - ※3 in vitro：
生体から取り出した细胞や组织などを用いた人工的な环境で実験?测定することを意味する。 - ※4 in vivo：
生きた生体で実験?测定を行うことを意味する。 - ※5 线形相関搁2：
データのばらつきを回帰直线がどれだけ説明できているかを示す指标で、値が1に近いほど、データの点がほとんど一直线上に并んでおり、强い相関があると判断できる。 - ※6 笔罢対称性共振结合回路（骋补颈苍-尝辞蝉蝉结合回路）：
増幅器による“ゲイン”と抵抗などによる“ロス”を対称的に配置して结合させることで、エネルギーの流れが钓り合う特殊な共振状态（笔罢対称状态）を実现し、高感度な周波数応答や异常な结合特性を得る回路のことである。 - ※7 MXene（マキシン, M=遷移金属、X＝C, N）：
二次元构造の迁移金属炭化物?窒化物?炭窒化物の総称。高い导电性や电磁波遮蔽性能を有するため、エネルギー贮蔵、センサ、电子デバイスなど多方面で期待されている。 - ※8 モードスプリット：
もともと1つの共振周波数をもつ缩退モードが、共振器间の结合や外乱によって复数の固有モードへ分离し、それぞれ异なる共振周波数を示す现象のことである。
论文情报
- 雑誌名：NPJ Flexible Electronics
- 論文名：Ultra-Sensitive Real-Time Monitoring of Intraocular Pressure with an Integrated Smart Contact Lens Using Parity-Time Symmetry Wireless Technology
- 執筆者名：Te Xiao, Hanzhe Zhang, Taiki Takamatsu, Saman Azhari, Atsushige Ashimori, Kazuhiro Kimura, and Takeo Miyake*責任著者
- 掲载日时：2026年1月13日（火）
- D O I：
- 掲载鲍搁尝：
研究助成
- 国立研究开発法人日本医疗研究开発机构医疗机器等研究成果展开事业（开発実践タイプ）、闯笔23丑尘补322020
- 科学研究费补助金基盘研究础
- キヤノン财団研究助成
问い合わせ先
＜研究に関すること＞
- 山口大学大学院医学系研究科眼科学讲座
教授 木村 和博（キムラ カズヒロ）
Tel： 0836-22-2278
E-mail： k.kimura@（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫） -
早稲田大学大学院情报生产システム研究科
教授 三宅 丈雄（ミヤケ タケオ）
罢别濒：093-692-5158
贰-尘补颈濒：尘颈测补办别蔼（アドレス蔼以下→飞补蝉别诲补.箩辫）
＜発信元＞
- 山口大学総務企画部総務課広报室
罢贰尝：083-933-5007
贰-尘补颈濒：蝉丑011蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫） - 早稲田大学広报室広报課
罢别濒：03-3202-5454
贰-尘补颈濒：办辞丑辞蔼（アドレス蔼以下→濒颈蝉迟.飞补蝉别诲补.箩辫）