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Ein Forscherteam des Manipal Institute of Higher Education in Indien berichtet in der Zeitschrift Additive Manufacturing über die Entwicklung einer 3D-gedruckten selbstbenetzenden Kontaktlinse Kontaktlinsenbasierte Medizinprodukte der nächsten Generation.
Intelligente Kontaktlinsen
Studie: Selbstbenetzende Kontaktlinsen mit Kapillarfluss. Bildnachweis: Kichigin/Shutterstock.com
Kontaktlinsen werden häufig zur Korrektur des Sehvermögens verwendet und haben den Vorteil, dass sie einfacher zu tragen sind als Brillen. Darüber hinaus haben sie kosmetische Verwendungen, da manche Menschen sie als ästhetisch ansprechender empfinden. Zusätzlich zu dieser traditionellen Verwendung wurden Kontaktlinsen für Anwendungen untersucht in der Biomedizin zur Entwicklung von nicht-invasiven Smart-Sensing-Geräten und Point-of-Care-Diagnostik.
In diesem Bereich wurden mehrere Studien durchgeführt und einige bemerkenswerte Innovationen entwickelt. Beispielsweise ist die Google-Linse eine intelligente Kontaktlinse, die zur Überwachung des Glukosespiegels in Tränen verwendet werden kann und diagnostische Informationen für Menschen mit Diabetes liefert. Augeninnendruck und Auge Bewegungen können mit intelligenten Geräten überwacht werden. Nanostrukturierte Materialien wurden in intelligente Kontaktlinsen-basierte Sensorplattformen integriert, um als Sensoren zu fungieren.
Die Verwendung dieser Geräte kann jedoch eine Herausforderung darstellen und die kommerzielle Entwicklung von Kontaktlinsen-basierten Plattformen behindern. Das Tragen von Kontaktlinsen über einen längeren Zeitraum kann unangenehm sein, und sie neigen zum Austrocknen, was dem Träger weitere Probleme bereitet. Kontaktlinsen stören den natürlichen Blinzelvorgang, was zu einer unzureichenden Wasserspeicherung und einer Schädigung des empfindlichen Gewebes des menschlichen Auges führt.
Zu den traditionellen Methoden gehören Augentropfen und Punctal Plugs, die die Tränenstimulation verbessern, um die Augen mit Feuchtigkeit zu versorgen. In den letzten Jahren wurden zwei neue Ansätze entwickelt.
Beim ersten Ansatz wird einschichtiges Graphen verwendet, um die Wasserverdunstung zu reduzieren, obwohl dieser Ansatz durch komplexe Herstellungsverfahren behindert wird. Beim zweiten Verfahren wird elektroosmotischer Fluss verwendet, um die Linse hydratisiert zu halten, obwohl dieses Verfahren die Entwicklung einer zuverlässigen Biokompatibilität erfordert Batterien.
Kontaktlinsen werden traditionell unter Verwendung von Drehbearbeitungs-, Umform- und Schleudergussverfahren hergestellt. Form- und Schleudergussverfahren haben kostengünstige Vorteile, werden jedoch durch komplexe Nachbearbeitungsbehandlungen behindert, um die Materialhaftung an der Formoberfläche zu verbessern komplexer und teurer Prozess mit Designeinschränkungen.
Die additive Fertigung hat sich zu einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Herstellungstechniken für Kontaktlinsen entwickelt. Diese Techniken bieten Vorteile wie Zeitersparnis, größere Gestaltungsfreiheit und Kosteneffizienz. Der 3D-Druck von Kontaktlinsen und optischen Geräten steckt noch in den Kinderschuhen und wird weiter erforscht diese Prozesse fehlen. Herausforderungen ergeben sich aus dem Verlust von Strukturmerkmalen und einer schwachen Grenzflächenhaftung bei der Nachbearbeitung. Eine Verringerung der Schrittweite führt zu einer glatteren Struktur, die die Haftung verbessert.
Obwohl sich immer mehr Forschung auf die Verwendung von 3D-Druckverfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen konzentriert hat, gibt es einen Mangel an Diskussionen über die Herstellung von Formen im Vergleich zu den Linsen selbst. Die Kombination der 3D-Drucktechnologie mit traditionellen Herstellungsmethoden bietet das Beste aus beiden Welten.
Die Autoren verwendeten ein neuartiges Verfahren, um selbstbenetzende Kontaktlinsen in 3D zu drucken. Die Hauptstruktur wurde im 3D-Druck hergestellt, und das Modell wurde mit AutoCAD und Stereolithographie entwickelt, einer gängigen 3D-Drucktechnik. Der Durchmesser des Stempels beträgt 15 mm und die Der Basisbogen beträgt 8,5 mm. Die Schrittweite im Herstellungsprozess beträgt nur 10 µm, wodurch herkömmliche Probleme mit 3D-gedruckten Kontaktlinsen überwunden werden.
Intelligente Kontaktlinsen
Die optischen Bereiche der hergestellten Kontaktlinsen werden nach dem Drucken geglättet und auf PDMS, ein weiches Elastomermaterial, repliziert. Die in diesem Schritt verwendete Technik ist ein weiches Lithographieverfahren. Ein Hauptmerkmal gedruckter Kontaktlinsen ist das Vorhandensein von gekrümmten Mikrokanälen innerhalb der Struktur , was ihnen die Fähigkeit gibt, sich selbst zu benetzen. Darüber hinaus hat die Linse eine gute Lichtdurchlässigkeit.
Die Autoren fanden heraus, dass die Schichtauflösung der Struktur die Abmessungen der Mikrokanäle diktierte, wobei längere Kanäle in der Mitte der Linse und kürzere Längen an den Rändern der gedruckten Strukturen gedruckt wurden. Wenn sie jedoch Sauerstoffplasma ausgesetzt wurden, wurden die Strukturen hydrophil , wodurch der kapillargetriebene Flüssigkeitsfluss erleichtert und die gedruckten Strukturen benetzt werden.
Aufgrund des Mangels an Mikrokanalgröße und Verteilungskontrolle wurden Mikrokanäle mit gut definierten Mikrokanälen und reduzierten Stufeneffekten auf die Masterstruktur gedruckt und dann auf die Kontaktlinse repliziert. Verwenden Sie Aceton, um die optischen Bereiche der Hauptstruktur zu polieren und gebogene Kapillaren zu drucken um den Verlust der Lichtübertragung zu umgehen.
Die Autoren sagen, dass ihre neue Methode nicht nur die Selbstbefeuchtungsfähigkeit von gedruckten Kontaktlinsen verbessert, sondern auch eine Plattform für die zukünftige Entwicklung von Lab-on-a-Chip-fähigen Kontaktlinsen bietet. Dies öffnet die Tür für ihre Verwendung als funktional real -time Biomarker-Erkennungsanwendungen. Insgesamt bietet diese Studie eine interessante Forschungsrichtung für die Zukunft von kontaktlinsenbasierten biomedizinischen Geräten.
Postzeit: 30. April 2022
