實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)角膜塑形鏡生物垢！程昉/張立軍團(tuán)隊(duì)：角膜塑形鏡生物垢的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用QCM-D技術(shù)揭秘蛋白/脂質(zhì)吸附動(dòng)力學(xué)與多功能護(hù)理液清洗機(jī)制

大連理工大學(xué)精細(xì)化工全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程昉教授團(tuán)隊(duì)與大連理工大學(xué)附屬第三人民醫(yī)院（大連市眼科醫(yī)院）張立軍教授團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)發(fā)了一種基于QSense耗散型石英晶體微天平技術(shù)（QCM-D）的角膜塑形鏡（OK鏡）生物垢實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了淚液蛋白與脂質(zhì)在鏡片表面吸附-脫附過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該研究成果以“Real-Time Probing of Biofouling Kinetics on Orthokeratology Lenses: QCM-D Quantification of Protein/Lipid Adsorption and Multipurpose Solution-Mediated Elution under Physiological Flow"發(fā)表于國(guó)際期刊《Langmuir》(美國(guó)化學(xué)會(huì)ACS旗下界面科學(xué)領(lǐng)域著名的學(xué)術(shù)期刊，創(chuàng)刊于1985年)。

直擊痛點(diǎn)：OK鏡生物垢危害大，傳統(tǒng)檢測(cè)有局限

近年來(lái)，OK鏡在青少年近視矯正中應(yīng)用愈發(fā)廣泛，國(guó)內(nèi)配鏡量五年間激增204.69%，但其長(zhǎng)期佩戴的安全性問(wèn)題不容忽視。數(shù)據(jù)顯示，67.0%的OK鏡佩戴者會(huì)出現(xiàn)并發(fā)癥，其中角膜上皮損傷64.0%，感染性角膜炎發(fā)生率達(dá)7.7-13.9/10000，而這一切的重要誘因，正是淚液中的溶菌酶、卵磷脂等生物分子在鏡片表面的沉積形成的生物垢。目前，針對(duì)OK鏡表面污垢的研究多以溶菌酶為模型，采用“終點(diǎn)法"評(píng)估蛋白吸附和清潔效果，不僅對(duì)脂質(zhì)的研究不足，更無(wú)法實(shí)時(shí)追蹤吸附-解吸的動(dòng)態(tài)過(guò)程，難以揭示生物污垢形成的分子機(jī)制，也讓多功能護(hù)理液篩選缺乏科學(xué)的定量依據(jù)。

核心突破：構(gòu)建高穩(wěn)定性QCM-D實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)

為解決上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，成功制備出適配QSense QCM-D檢測(cè)的OK鏡薄膜傳感器。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：解鎖生物垢吸附的動(dòng)態(tài)規(guī)律與影響因素

團(tuán)隊(duì)以淚液中兩種關(guān)鍵生物分子：溶菌酶（天然/變性）和卵磷脂（天然/氧化）為研究對(duì)象，利用構(gòu)建的QSense QCM-D平臺(tái)，結(jié)合生理流場(chǎng)條件，揭示了OK鏡表面生物分子吸附的核心規(guī)律：

 1. 流速對(duì)吸附的影響顯著，低流速污染更嚴(yán)重

模擬白天（100 μL/min）和夜間（20 μL/min）的淚液流速發(fā)現(xiàn)，低流速下四種生物分子的吸附量較高速流增加37-80%，且形成的吸附層含大量不可逆吸附的生物分子層，結(jié)構(gòu)更致密。這也解釋了為何OK鏡夜間佩戴更易形成頑固污垢，即眼瞼閉合導(dǎo)致淚液流速驟降，為生物分子沉積創(chuàng)造了條件。

 2. 變性溶菌酶、天然卵磷脂是頑固污染物

變性溶菌酶因三級(jí)結(jié)構(gòu)解折疊，暴露內(nèi)部疏水結(jié)構(gòu)域，與鏡片表面疏水作用更強(qiáng)；天然卵磷脂憑借長(zhǎng)碳鏈的兩親性，在疏水鏡片表面形成穩(wěn)定吸附層，二者均表現(xiàn)出更強(qiáng)的沉積親和力，且難以被洗脫，是OK鏡表面最主要的頑固污垢成分。

 3. 不同生物分子吸附構(gòu)象與動(dòng)力學(xué)存在差異

通過(guò)ΔD-ΔF（耗散-頻率）分析發(fā)現(xiàn)，天然溶菌酶吸附分為“快速剛性層形成-粘彈性不穩(wěn)定階段-致密剛性層重排"三個(gè)階段；變性溶菌酶快速形成剛性層后短暫松散；天然卵磷脂吸附無(wú)明顯構(gòu)象變化，始終為剛性結(jié)構(gòu)；氧化卵磷脂則因親水性增強(qiáng)，吸附層會(huì)逐漸松散，這些差異為針對(duì)性防污提供了分子層面的依據(jù)。

實(shí)用價(jià)值：篩選比較多功能護(hù)理液清洗效果

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)三款商用多功能護(hù)理液（MPS）進(jìn)行定量篩選，發(fā)現(xiàn)MPS #2表現(xiàn)優(yōu)異，在高流速下可實(shí)現(xiàn)四種生物分子100%洗脫，低流速下對(duì)溶菌酶變性溶菌酶、天然卵磷脂、氧化卵磷脂的洗脫率分別達(dá)100%、78%、20%、100%，遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩款產(chǎn)品。其高效清洗的核心機(jī)制在于成分協(xié)同：EDTA螯合介導(dǎo)蛋白-鏡片結(jié)合的多價(jià)金屬離子，削弱蛋白粘附；HPMC作為乳化劑降低表面張力，分散疏水性脂質(zhì)聚集體，實(shí)現(xiàn)蛋白-脂質(zhì)復(fù)合污垢的全面清除。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)，目前護(hù)理液對(duì)天然卵磷脂的洗脫率仍較低（約20%），建議臨床中可交替使用護(hù)理液與H2O2基消毒液，提升脂質(zhì)去除效果。

本研究從分子層面闡明了生物分子在材料表面的吸附與排布過(guò)程，解決了長(zhǎng)期以來(lái) OK 鏡界面生物分子相互作用機(jī)制難以厘清的難題。值得關(guān)注的是，本研究建立的檢測(cè)方法為 OK 鏡表面生物分子吸附-解吸的動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了定量評(píng)價(jià)體系，并進(jìn)一步揭示了生物污垢的形成機(jī)制。該方法不僅可實(shí)現(xiàn)生物分子洗脫效率的定量分析，還為MPS的配方優(yōu)化與篩選提供了強(qiáng)有力的工具。本團(tuán)隊(duì)還建立了護(hù)理液及清洗儀清潔效果的定量評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)蔗糖癸酸酯與雙胍類(lèi)防腐劑等成分協(xié)同復(fù)配策略，研制出清潔力強(qiáng)、殺菌高效且溫和低刺激的優(yōu)于市售主流產(chǎn)品的新型護(hù)理液配方，相關(guān)成果已申請(qǐng)發(fā)明zhuanli（申請(qǐng)?zhí)?/span>: 202510366016.2）。

圖 1. 基于 QCM-D 的角膜塑形鏡生物污垢實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，揭秘蛋白/脂質(zhì)吸附動(dòng)力學(xué)及多功能護(hù)理液清洗機(jī)制

大連理工大學(xué)化工學(xué)院王勇博士和大連理工大學(xué)附屬第三人民醫(yī)院（大連市眼科醫(yī)院）閆春曉博士為共同第一作者，程昉教授和張立軍教授為共同通訊作者，該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、大連市第三人民醫(yī)院科研項(xiàng)目、遼寧省基礎(chǔ)應(yīng)用研究計(jì)劃、遼寧省科技計(jì)劃聯(lián)合項(xiàng)目、大連市科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目支持。

文章鏈接: DOI:10.1021/acs.langmuir.5c06272