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Droplet Laplace valve-enabled glaucoma implant for intraocular pressure management
SusMat ( IF 18.7 ) Pub Date : 2024-02-26 , DOI: 10.1002/dro2.109 Yuyang Wang 1, 2, 3 , Zecong Fang 4 , Sen Li 4, 5 , Kexin Lin 1, 2, 6 , Zhifeng Zhang 7 , Junyi Chen 8, 9 , Tingrui Pan 1, 2, 3, 4, 6
SusMat ( IF 18.7 ) Pub Date : 2024-02-26 , DOI: 10.1002/dro2.109 Yuyang Wang 1, 2, 3 , Zecong Fang 4 , Sen Li 4, 5 , Kexin Lin 1, 2, 6 , Zhifeng Zhang 7 , Junyi Chen 8, 9 , Tingrui Pan 1, 2, 3, 4, 6
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Glaucoma, the leading cause of irreversible blindness worldwide, is closely linked to aqueous overaccumulation and elevated intraocular pressure (IOP). For refractory glaucoma, aqueous shunts with valves are commonly implanted for effective aqueous drainage control and IOP stabilization. However, existing valved glaucoma implants have the disadvantages of inconsistent valve opening/closing pressures, poor long-term repeatability due to their reliance on moving parts, and complex architectures and fabrication processes. Here, we propose a novel valving concept, the droplet Laplace valve (DLV), a three-dimensional printable moving-parts-free microvalve with customizable and consistent threshold valving pressures. The DLV uses a flow discretization unit governed by capillarity, comprising a droplet-forming nozzle, and a separated reservoir to digitize continuous flow into quantifiable droplets. Unlike the classic one-time-use Laplace valves, the DLV's unique design allows for its reusability. The opening pressure is adjustable by varying the nozzle size, like the classic Laplace valves (following the Young–Laplace equation), while the closing pressure can be modified by tuning the separation distance and the reservoir size. Various DLVs with customizable opening pressures from 5 to 11 mmHg have been demonstrated, with opening/closing pressure differences suppressed down to <0.5 mmHg (<0.15 mmHg under the best conditions). Thanks to its moving-parts-free nature and digitized flow properties, the DLV shows a highly repeatable valving performance (<1.7%, 1000 cycles) and a predictable linear flow rate–pressure correlation (R2 > 0.99). Preliminary ex vivo validation in an enucleated porcine eye confirms the DLV's efficiency in aqueous shunting and prompt IOP stabilization. The DLV technology holds great promise in glaucoma implants for IOP management and various microsystems for flow control.
中文翻译：
用于眼压管理的液滴拉普拉斯阀青光眼植入物
青光眼是全世界不可逆性失明的主要原因，与房水过度蓄积和眼内压 (IOP) 升高密切相关。对于难治性青光眼，通常植入带瓣膜的房水分流器，以有效控制房水引流和稳定眼压。然而，现有的带阀青光眼植入物具有阀打开/关闭压力不一致、由于依赖运动部件而导致长期可重复性差、以及复杂的结构和制造工艺的缺点。在这里，我们提出了一种新颖的阀门概念，即液滴拉普拉斯阀（DLV），这是一种三维可打印的无移动部件的微型阀门，具有可定制且一致的阈值阀门压力。 DLV 使用由毛细管现象控制的流量离散单元，包括液滴形成喷嘴和独立的储液器，可将连续流量数字化为可量化的液滴。与经典的一次性拉普拉斯阀不同，DLV 的独特设计使其可重复使用。打开压力可通过改变喷嘴尺寸来调节，就像经典的拉普拉斯阀（遵循杨-拉普拉斯方程），而关闭压力可通过调整分离距离和储液器尺寸来修改。各种可定制开启压力为 5 至 11 mmHg 的 DLV 已被证明，开启/关闭压力差可抑制至 <0.5 mmHg（最佳条件下 <0.15 mmHg）。由于其无移动部件的特性和数字化的流量特性，DLV 显示出高度可重复的阀门性能（<1.7%，1000 次循环）和可预测的线性流量-压力相关性（R 2 > 0.99）。在去核猪眼中进行的初步体外验证证实了 DLV 在房水分流和迅速稳定 IOP 方面的效率。 DLV 技术在用于 IOP 管理的青光眼植入物和用于流量控制的各种微系统中具有广阔的前景。
更新日期：2024-02-26
中文翻译：
用于眼压管理的液滴拉普拉斯阀青光眼植入物
青光眼是全世界不可逆性失明的主要原因，与房水过度蓄积和眼内压 (IOP) 升高密切相关。对于难治性青光眼，通常植入带瓣膜的房水分流器，以有效控制房水引流和稳定眼压。然而，现有的带阀青光眼植入物具有阀打开/关闭压力不一致、由于依赖运动部件而导致长期可重复性差、以及复杂的结构和制造工艺的缺点。在这里，我们提出了一种新颖的阀门概念，即液滴拉普拉斯阀（DLV），这是一种三维可打印的无移动部件的微型阀门，具有可定制且一致的阈值阀门压力。 DLV 使用由毛细管现象控制的流量离散单元，包括液滴形成喷嘴和独立的储液器，可将连续流量数字化为可量化的液滴。与经典的一次性拉普拉斯阀不同，DLV 的独特设计使其可重复使用。打开压力可通过改变喷嘴尺寸来调节，就像经典的拉普拉斯阀（遵循杨-拉普拉斯方程），而关闭压力可通过调整分离距离和储液器尺寸来修改。各种可定制开启压力为 5 至 11 mmHg 的 DLV 已被证明，开启/关闭压力差可抑制至 <0.5 mmHg（最佳条件下 <0.15 mmHg）。由于其无移动部件的特性和数字化的流量特性，DLV 显示出高度可重复的阀门性能（<1.7%，1000 次循环）和可预测的线性流量-压力相关性（R 2 > 0.99）。在去核猪眼中进行的初步体外验证证实了 DLV 在房水分流和迅速稳定 IOP 方面的效率。 DLV 技术在用于 IOP 管理的青光眼植入物和用于流量控制的各种微系统中具有广阔的前景。
京公网安备 11010802027423号