Forscher testen 3D-gedruckte Kontaktlinsen, die sich selbst befeuchten können

Wir haben bereits über Brillen berichtet, welche mit additiver Fertigung hergestellt wurden, doch indischen Forschern der Manipal Academy of Higher Education ist es nun gelungen, 3D-gedruckte Kontaktlinsen zu entwickeln, die sich selbst befeuchten.

Kontaktlinsen werden häufig zur Korrektur des Sehvermögens eingesetzt und haben einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Sehhilfen wie etwa Brillen. So werden Kontaktlinsen von einigen Menschen etwa als optisch ansprechender wahrgenommen und sie stellen sich auch bei Alltagsaktivitäten wie beispielsweise beim Sport als sehr praktisch heraus. Der einzige Nachteil bisher war, dass herkömmliche Kontaktlinsen immer ein gewisses Maß an Flüssigkeit benötigen um für die Träger nicht unangenehm zu werden. Doch diesem Problem könnte mit der neuartigen Entwicklung indischer Forscher nun ein Ende bereitet werden.

smarte Kontaktlinse (Bild: Inwith)

Doch nicht nur in der uns bekannten Anwendungsform als Sehhilfen könnten sich Kontaktlinsen in Zukunft etablieren. Mithilfe der Integration von Mikroelektronik in den Kontaktlinsen könnte es möglich sein, Menschen mit Sehbehinderung zu helfen und das Sehvermögen elektronisch verstärken, oder es um digitale Elemente zu erweitern. Kontaktlinsen wurden zudem für Anwendungen in der Biomedizin untersucht, um nicht-invasive intelligente Sensorgeräte und Point-of-Care-Diagnostik zu entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist etwa Google Lens, eine intelligente Kontaktlinse, welche den Glukosespiegel in der Tränenflüssigkeit messen und so zur Bereitstellung wichtiger Informationen über den Blutzuckerspiegel von Diabetikern verwendet werden kann.

Herstellung von Kontaktlinsen

Kontaktlinsen werden meist mithilfe herkömmlicher Drehbankbearbeitungs-, Formgebungs- und Schleudergussverfahren hergestellt. Diese haben zwar den Vorteil, kostengünstig zu sein, aber sie bedürfen komplexer Nachbearbeitungsbehandlungen, um die Materialhaftung an der Oberfläche von Formen zu verbessern. Hier könnte sich die Herstellung 3D-gedruckter Kontaktlinsen als Zukunftsmethode etablieren. Die additiven Fertigungstechniken bieten Vorteile wie Zeitersparnis, größere Gestaltungsfreiheit und Kosteneffizienz. Der Einsatz des 3D-Drucks für Kontaktlinsen steht jedoch noch am Anfang und Studien zu diesen Verfahren fehlen noch. Herausforderungen treten mit dem Verlust von Strukturmerkmalen bei der Nachbearbeitung und schwachen Grenzflächenanhaftungen auf. Die Verringerung der Schrittweite erzeugt glattere Strukturen und verbessert somit die Haftung.

Was macht die 3D-gedruckten Kontaktlinsen so besonders?

Das indische Forschungsteam hat zur Herstellung der Kontaktlinsen einen neuartigen Ansatz der additiven Fertigung verwendet. Die selbst befeuchtende Kontaktlinse wurde mit AutoCAD entworfen und mit einem Stereolithographie-3D-Drucker gedruckt. Die Hohlform hat einen Durchmesser von 15 mm und eine Grundkrümmung von 8,5 mm. Die Schrittgröße im Herstellungsprozess ist mit 10 µm klein, wodurch die traditionellen Probleme mit 3D-gedruckten Kontaktlinsen überwunden werden.

Die optische Zone der Kontaktlinse wird dann nach dem Drucken geglättet und auf PDMS, einem weichen Elastomermaterial, repliziert. Die in diesem Schritt verwendete Technik ist ein weichlithografisches Verfahren. Eines der  Hauptmerkmale der 3D-gedruckten Kontaktlinsen ist das Vorhandensein gekrümmter Mikrokanäle innerhalb der Struktur, welche ihnen selbstbefeuchtende Eigenschaften verleihen. Darüber hinaus besitzen die Linsen eine günstige optische Transmission.

Die Schichtauflösung der Linsenstruktur bestimmt die Abmessungen der Mikrokanäle. So konstruieren längere Kanäle, die in der Mitte der Linse gedruckt werden, eine geringere Länge an den Rändern der Linse. Die Strukturen sind hydrophyl, das heißt, wenn sie Sauerstoffplasma ausgesetzt werden, ermöglichen sie einen kapillargetriebenen Flüssigkeitsfluss, welcher so die Linsen mit Feuchtigkeit versorgt. Optische Übertragungsverluste werden umgangen, indem Aceton verwendet wird, um die optische Zone der Linsenstruktur zu polieren und gekrümmte Kapillaren zu drucken.

Grafische Darstellung der 3D-gedruckten Kontaktlinse (Bild: © Manipal Academy of Higher Education)

Die Forscher wollen mit ihren neuartigen Ansatz die Selbstbefeuchtungsfähigkeit von Kontaktlinsen verbessern und eine Plattform für die zukünftige Entwicklung von Kontaktlinsen mit Lab-on-a-Chip-Fähigkeiten bereitstellen. Dadurch soll der Weg für Kontaktlinsen, welche als funktionale Biomarker-Sondierungsanwendungen in Echtzeit arbeiten, geebnet werden.

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*Titelbildnachweis: Rosset Optik