3D-gedruckte Kontaktlinsen: Neue Technologie liefert Maßanfertigung in 20 Minuten
Forscher haben einen durchgängigen digitalen Fertigungsprozess entwickelt, der den Hornhaut-Scan eines Patienten in eine individuelle Kontaktlinse verwandelt. Dabei kommt eine Nachbearbeitungstechnik zum Einsatz, die die gedruckten optischen Elemente glättet, ohne sie jemals physisch zu berühren.
Forscher der kanadischen University of Waterloo haben kürzlich eine neue 3D-Druckplattform vorgestellt, die maßgeschneiderte, formstabile Kontaktlinsen in nur 20 Minuten herstellen kann. Laut dem Team könnte die Technologie es Patienten künftig ermöglichen, individuelle Linsen in einem einzigen Termin zu erhalten. Das würde die oft wochen- oder monatelangen Wartezeiten für eine optimale Anpassung beseitigen.
Herkömmliche Kontaktlinsen werden in einer begrenzten Auswahl an Standardgrößen hergestellt. Der neue Ansatz ist hingegen speziell auf die individuelle Geometrie des Patienten zugeschnitten. Das ist besonders für Menschen mit unregelmäßig geformter Hornhaut von Bedeutung. Diese Patienten benötigen häufig formstabile Kontaktlinsen und oft mehrere Anpassungssitzungen, bis ein passendes Modell gefunden ist.
Die Plattform kombiniert ein neu entwickeltes Silikonmaterial mit der additiven Fertigung. Den Forschern zufolge sind herkömmliche Linsensilikone in der Regel nicht mit dem 3D-Druck kompatibel. Aus diesem Grund hat das Team ein neues hydrophiles Silikon speziell für diesen Prozess entwickelt.
Der DLP-Druck dauert etwa 12 Minuten pro Linse. Mit dem anschließenden Waschen und dem neuen Beschichtungsverfahren beläuft sich die Gesamtzeit auf 15 bis 20 Minuten. Zudem lassen sich mehrere Linsen gleichzeitig in einem einzigen Druckvorgang herstellen, und auch die Beschichtung kann problemlos in Chargen erfolgen.
Könnten 3D-gedruckte Kontaktlinsen die nächste Erfolgsgeschichte wie bei Zahnschienen werden?
Die 3D-Druckplattform für Kontaktlinsen der University of Waterloo bringt alles mit, was eine bedeutende Anwendung in der additiven Fertigung ausmacht. Jedes Teil lässt sich personalisieren und die herkömmliche Fertigung stößt bei ungewöhnlichen Geometrien an ihre Grenzen. Zudem geben die Forscher an, dass eine Linse in etwa 20 Minuten produziert werden kann. Dennoch unterscheiden sich die kommerziellen Aussichten deutlich von denen bei Zahnschienen und Veneers.
Der naheliegendste Vergleich ist die Zahnschiene (Aligner). Beide Produkte sind dünne, patientenspezifische Polymergeräte, die auf Basis eines Scans erstellt werden. Theoretisch ließen sich beide direkt in oder nahe einer Klinik herstellen. Allerdings haben Aligner einen erheblichen Vorsprung. Die Zahnmedizin verfügt bereits über ausgereifte Workflows für Scannen, Design, Drucken, Waschen, Aushärten und Rückverfolgbarkeit. Im Gegensatz dazu wurden die Linsen aus Waterloo bisher nur im Labor getestet und werden nun für Tests an echten Augen vorbereitet.
Die Forscher widmeten sich auch einer der häufigsten Herausforderungen der additiven Fertigung: schichtbedingten Oberflächenartefakten. Da Kontaktlinsen extrem glatte optische Oberflächen erfordern, entwickelte das Team ein hauchdünnes, berührungsloses Beschichtungsverfahren. Diese Technik entfernt die charakteristische Stufenstruktur, die beim 3D-Druck entsteht, bewahrt jedoch gleichzeitig die individuelle Linsengeometrie und die optische Leistungsfähigkeit. Die Beschichtung reduziert die Stufenstruktur von etwa 5 µm auf circa 1,2 µm, was einer Verringerung von 75 bis 80 % entspricht.
„Unsere Technologie produziert Linsen mit patientenspezifischen Oberflächen für eine präzise Passform“, erklärt Shirley Tang, Professorin am Institut für Chemie der University of Waterloo, in der offiziellen Mitteilung der Universität. „Gleichzeitig bieten wir die optische Klarheit und mechanische Leistung, die man von kommerziellen Kontaktlinsen erwartet.“
Den Forschern zufolge wird die Innenseite jeder Linse exakt an die Hornhaut des jeweiligen Patienten angepasst. Die Außenseite ist so konzipiert, dass sie die erforderliche Sehkorrektur bietet.
In der kürzlich veröffentlichten Studie des Teams wurden die 3D-gedruckten Linsen wiederholt mit kommerziellen, formstabilen, gasdurchlässigen Linsen verglichen. Die Ergebnisse zeigten:
- Ähnliche Transparenz
- Ähnliche mechanische Leistung
- Vergleichbare Sauerstoffdurchlässigkeit
- Geringere Proteinadsorption
- Vergleichbare Zytokompatibilität
Bislang wurde die Arbeit in Labortests demonstriert. Die Forscher treiben die Technologie nun in Richtung Kommerzialisierung voran. Dabei arbeiten sie eng mit dem Centre for Vision and Eye Research (CEVR) zusammen, einem gemeinsamen Forschungsinstitut der University of Waterloo und der Hong Kong Polytechnic University. Das Team hat bereits ein vorläufiges Patent für sein hydrophiles Silikonmaterial angemeldet.
Die Entwicklung aus Waterloo könnte die Optometrie als neuen Point-of-Care-Markt für die additive Fertigung etablieren. Dies wäre vergleichbar damit, wie Intraoralscanner und Desktop-Resin-Drucker die Dentallabore und Kliniken verändert haben.
Ein langfristiger Erfolg hängt jedoch von mehr ab als nur der Druckgeschwindigkeit. Die Technologie muss beweisen, dass die maßgeschneiderten Linsen auch nach dem kompletten Produktions- und Sterilisationsprozess optisch präzise, komfortabel, dimensionsstabil, biokompatibel und reproduzierbar bleiben. Daher werden Tests am menschlichen Auge ein weitaus bedeutenderer Meilenstein sein als die bisher gemeldete Produktionszeit von 20 Minuten.
Auch interessant:
Lizenz: Der Text von "3D-gedruckte Kontaktlinsen: Neue Technologie liefert Maßanfertigung in 20 Minuten" von All3DP Pro unterliegt der Creative Commons Attribution 4.0 International License.