Google智能隐形眼镜　期精准、无痛、持续血糖监测

    穿戴式电子的应用，已从过往的联络人、行事历、待办事项等资讯管理领域，扩展延伸到心跳、计步、深浅眠侦测等健康管理领域，此可由2014年国际消费性电子展(CES International)上诸多业者推出健康监测用的智慧手环而印证。
Google在2014年1月宣布，其Google X实验室将投入智慧型隐形眼镜(smart contact lens)的研究，期望发展出能不侵入人体、能持续、准确监测血糖的血糖侦测器。
智慧型隐形眼镜的技术原理与无线射频辨识(Radio Frequency identification；RFID)标签类似，目前已有原形品(Prototype)，初期在塑料基板上试做，之后再建构于隐形眼镜的胶片夹层中。
假若智慧型隐形眼镜能顺利商品化，则未来最适合搭配的无线发波器、数值接收器，必然是Google眼镜，DIGITIMES Research推估此为Google愿意投入智慧型隐形眼镜研发的最大动机，期扩展延伸Google眼镜的应用价值，从单纯的资讯应用，进阶至健康监测应用。


Google投入穿戴式健康应用
2014年国际消费性电子展上，穿戴式电子为一热门焦点，且多诉求于健康指数的监测，如心跳、姿势、速度、步数、消耗热量、呼吸等运动、睡眠表现，有别于过往以行程资讯(联络人、待办事项)为主的应用。
无独有偶的，Google于2014年1月17日揭露一项新研究计划，Google旗下的Google X实验室将开发智慧型隐形眼镜，该隐形眼镜期望实现非侵入性、持续性的人体血糖监测功效。
若智慧型隐形眼镜能从技术实验成功商品化，将对人类健康带来大助益，依据国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation；IDF)于2013年11月的报告，全球每19人即有1人罹患糖尿病，且医疗体系的对抗防治处于下风。
智慧型隐形眼镜虽仍在实验阶段，专案的主要负责人推估还需5年时间才能成熟，但穿戴式、数位医疗检测等技术仍为今后资通讯产业极关注的焦点，因此DIGITIMES Research将针对此进行进一步的技术、商业性探讨。
现行血糖检测法的不完美
要量测人体的血糖值有多种方式，目前最普遍的作法为扎针法，即是用极微小的针侵入人体(如手指头)，自微血管内取出微量的血以进行检测。然此作法有一些缺点。
一是扎针的程序会侵入人体，需格外注重卫生，以免外界细菌跟随侵入，二是扎针仍会带来微量的疼痛，多数人仍尽可能规避扎针，三是延续规避扎针，多数人每天仅量测1~2次血糖，即2个时间点的取样，而不是持续性的监督血糖，然人体的血糖值会随作息、餐前餐后而变化，为达到更妥善的治疗照顾，有必要进行持续性的监测。
为了达到非侵入与持续性，业界提出其他种血糖检测法，例如影像感测法，以光源照射手指头顶部，同时用影像感测器感测手指头底部，依据光源的透光程度来研判血管内的血糖浓度，此方式可达到非入侵与持续性，但目前这种量测方法的准确性偏低。
另一作法是在隐形眼镜上涂布化学药剂，药剂与眼球自然分泌的泪滴产生反应，会逐渐产生颜色变化，透过颜色变化来判读血糖值，严格来说，这应该称为「泪糖检测」而非血糖检测，但最终用意仍在于得知血糖值。化学药剂方式虽不侵入人体(皮下)，但药剂效果仅1次，依然无法达到持续性监控。
同样的，现行也有植入皮下的持续性血糖监测法，一次植入约可持续使用数年，然侵入人体仍是许多人所顾忌。另外，医界亦尝试用汗滴来检测血糖，但问题亦是准确性不足。简言之，如何精准、非侵入、持续监测血糖，仍是各界努力的目标。
智慧型隐形眼镜技术简述

由于智慧型隐形眼镜尚在摸索阶段，其技术规格与表现日后仍可能改变，以下以华盛顿大学的现有研究为依据来了解。事实上华盛顿大学的研究也等同于Google智慧型隐形眼镜研究的基础、前身，大学研究的主要负责人本身亦主持、参与Google的研究。
智慧型隐形眼镜的技术开发，最初是以PET(Polyethylene Terephthalate)塑料为基板，于基板上建构微型电路，包含生化感测器模组、通讯电路，以及天线等，在此生化感测器指的是泪糖的糖份感测，但未来也可能换用其他感测器，如感测人体的胆固醇、钠、钾含量等。
泪糖感测器初期是用酶的化学反应来实现，缺点是酶会在持续侦测中逐渐因化学反应而耗损，检测的准确度会逐渐偏离，然未来若改采电极式、非化学反应的泪糖检测方式，则没有耗损问题。另外，泪糖的糖份比血糖低，约仅有血糖的10%，然透过量测与推算，仍可达到精准效果。
而天线方面，天线在隐形眼镜中具有2种功能，一是发波将泪糖数据送出眼镜外，眼镜外的读取器(在此称为Interrogator)在接收电波后取得数据，另一是接收外部以无线电波型式送入的电能，一般也是由读取器负责。
而通讯电路方面，通讯电路一端接天线，一端接感测器，同时电路内具有一个小型电容器(电容值约500pF)充当隐形眼镜的电池，整个运作程序与无线射频辨识标签相当类似，即读取器发出带能量的电波至天线上，天线将电波能量传导至通讯电路，通讯电路将能量储存在电容器内。
进一步的，通讯电路运用该电容器的电力接续运作，去读取感测器的泪糖感测值，而后将数值透过天线发波出去，由读取器接收数值，整个程序运作仅耗用约3uW的电力。
另外，整体设计上也允许加入1个微型LED，当感测到的泪糖值过高或过低时，可由通讯电路直接驱动、点亮LED，警告配戴者该注意自身的血糖状况，若要加入此一选用性设计则要增加整体功耗，自3uW增至12uW。
细部技术
上述为概述，在此则进一步了解技术细节。在通讯电路(扮演微控制器的角色)方面用的是0.13um CMOS制程，通讯电路上有一部份是电能的转换，如整流器、电压调整器等，将天线接收来的电能转换成微行电路可用的电能，微型电路是以1.2V为运作电压。
在天线方面，天线的收发运作频率为1.8GHz，事实上也可采行900MHz。1.8GHz的天线要在眼镜周围绕布约3圈，900MHz则约1圈。在电波的收发上，读取器最大发波功率为1W，在距离隐形眼镜约15公分内的距离发送电波。
目前没有明文规定读取器的最大发送功率，但读取器若功率过高或太频繁发送电波，会导致眼睛温度升高，恐会对健康有所影响，因此读取器的功率、距离仍待验证与规范。整体而言，智慧型隐形眼镜的技术难处在于功率与整合，如低功耗转换、运作，与天线、感测器的整合等。

商业化的挑战
了解技术细节后，由于前述均在塑料基板上尝试微型化，最终须与实际隐形眼镜结合才行。实际作法上，隐形眼镜是由上下两片胶片所构成，下部依附于眼球表面，上部则以表面曲度来提供眼镜功效，而智慧型隐形眼镜的微型电路，即天线、感测器、通讯电路等，则是包夹在两片胶片内，以下部胶片为基板构筑整套系统。
由于天线、感测器、通讯电路等均环绕在眼镜的圆周附近，不影响配戴者的视线，同时原有的上部胶片依然有曲度效果，即原有隐形眼镜效果仍存在。更重要的是，现行研发的商业化目标在于能与一般可抛式隐形眼镜般平价，因此也必须考虑成本因素。
虽然智慧型隐形眼镜有准确、持续性、非侵入等优点，但现阶段仍有一些商业化难处，例如尚未进行人体实验，此方面须与美国食品药品管理局(Food and Drug Administration；FDA)准许。
另一方面，由于电路材料可能对人体有害，必须尽可能改成无害材质，例如天线与电路布线方面已改成金线。金、银等材料不易与外界物质发生化学反应，适合用于人体(如假牙)。
不过，隐形眼镜整体设计均要无害于人体，故各环节仍需慢慢调整，甚至还有技术挑战，例如采行对人体较无害的材料来实现微型电路，电路的制造良率与运作效率都偏低，商业化与实用性亦会打折扣。
为Google眼镜带来综效
最后，智慧型隐形眼镜需要搭配一个外部的读取器，据DIGITIMES Research研判，目前最适合担任这个角色的装置是Google眼镜，因为眼镜邻近隐形眼镜(肯定在15cm距离内)，适合收发讯号，读取后可储存记录数值，甚至可以省略隐形眼镜内的微型LED，血糖过低或过高的警告改由眼镜发讯息提示，进一步节省隐形眼镜的成本与运作功耗。
或许，正因为智慧型隐形眼镜能为Google眼镜加值应用，或让两者有互益综效，使Google X实验室愿意投入，若能成功商业化，则如本文最前段所述，穿戴式电子的应用诉求由资讯管理转向健康监测，智慧型隐形眼镜将能此一产业更具吸引力。