Die Herstellung individuell angepasster Kontaktlinsen könnte künftig deutlich schneller und flexibler erfolgen. Forschende der University of Waterloo in Kanada haben eine digitale Fertigungsplattform entwickelt, mit der patientenspezifische, formstabile Kontaktlinsen innerhalb von rund 20 Minuten produziert werden können. Möglich wird dies durch die Kombination eines neu entwickelten hydrophilen Silikonmaterials mit einem additiven 3D-Druckverfahren. Vorgestellt wurde die Technologie im Fachjournal Materials & Design. Ziel des Forschungsteams ist es, maßgeschneiderte Kontaktlinsen künftig während eines einzigen Besuchs beim Augenoptiker zu entwerfen, herzustellen und direkt auszuhändigen.
Wie 3D-gedruckte Kontaktlinsen die individuelle Augenversorgung beschleunigen könnten
Konventionelle Kontaktlinsen werden bislang nur in einer begrenzten Auswahl an Größen und Geometrien gefertigt. Für die meisten Träger reicht dieses Angebot aus. Menschen mit unregelmäßig geformter Hornhaut benötigen jedoch häufig individuell angepasste, formstabile Kontaktlinsen, um eine optimale Sehkorrektur und hohen Tragekomfort zu erreichen.
Die Anpassung solcher Speziallinsen ist bislang oft zeitaufwendig. Mehrere Anproben und Korrekturen über Wochen oder sogar Monate sind keine Seltenheit, bis eine zufriedenstellende Passform erreicht wird. Genau hier setzt die neue Plattform der University of Waterloo an.
Digitale Fertigungsplattform für Kontaktlinsen: So entsteht die individuell angepasste 3D-Druck-Linse
Nach Angaben der Forschenden erstellt eine eigens entwickelte Software zunächst ein digitales Modell der Kontaktlinse. Dabei wird die Innenfläche exakt an die Hornhaut des jeweiligen Betroffenen angepasst, während die Außenfläche die notwendige Sehkorrektur berücksichtigt. Anschließend wird die Linse additiv gefertigt und innerhalb von etwa 20 Minuten fertiggestellt.
„Wir sind von dieser Arbeit sehr begeistert, da sie uns personalisierten Kontaktlinsen tatsächlich näherbringt“, erklärte Dr. Shirley Tang, Professorin am Fachbereich Chemie der University of Waterloo. Die Technologie produziere Kontaktlinsen mit patientenspezifischen Oberflächen für eine präzise Passform und biete zugleich die optische Klarheit sowie die mechanischen Eigenschaften handelsüblicher Kontaktlinsen.
Neues hydrophiles Silikonmaterial macht den 3D-Druck von Kontaktlinsen überhaupt erst möglich
Eine der größten Herausforderungen bei der additiven Fertigung von Kontaktlinsen war bislang das Material. Kontaktlinsen bestehen häufig aus Silikon, weil dieses Material biokompatibel, sauerstoffdurchlässig und für den dauerhaften Kontakt mit dem Auge geeignet ist. Herkömmliche Silikonmaterialien lassen sich jedoch nur eingeschränkt im 3D-Druck verarbeiten.
Das Forschungsteam entwickelte deshalb eine neue hydrophile Silikonformulierung. Hydrophil bedeutet, dass das Material Wasser gut aufnehmen kann und dadurch für den Einsatz als Kontaktlinse geeignet bleibt. Gleichzeitig wurde die Formulierung speziell für additive Fertigungsverfahren ausgelegt, ohne die für Kontaktlinsen erforderlichen optischen und mechanischen Eigenschaften zu verlieren.
Dr. Sayan Ganguly, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Chemie der University of Waterloo, erläuterte, die Software entwerfe eine Linse mit einer exakt an die Hornhaut angepassten Innenfläche, während das neu entwickelte Material zusammen mit dem Fertigungsverfahren glatte, transparente und angenehm zu tragende Kontaktlinsen ermögliche.
Glatte Oberflächen trotz 3D-Druck: Warum die neue Beschichtung für optische Qualität und Tragekomfort entscheidend ist
Beim 3D-Druck entstehen Bauteile grundsätzlich Schicht für Schicht. Auf gekrümmten Oberflächen können dadurch mikroskopisch kleine Stufen entstehen, die sich negativ auf die optische Qualität und den Tragekomfort auswirken könnten.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team zusätzlich ein berührungsloses Beschichtungsverfahren. Dieses glättet die Oberfläche der Linse, ohne deren individuelle Geometrie oder optische Eigenschaften zu verändern. Laut den Forschenden bestätigten Labortests zudem die Biokompatibilität der hergestellten Kontaktlinsen.
Welche Bedeutung die 3D-gedruckten Speziallinsen für die zukünftige Kontaktlinsenanpassung haben könnten
Sollte sich die Technologie in weiteren Studien bewähren, könnte sie den Anpassungsprozess individueller Kontaktlinsen grundlegend verändern. Denkbar wäre, dass patientenspezifische Kontaktlinsen künftig innerhalb eines einzigen Termins vermessen, konstruiert und produziert werden. Das würde Wartezeiten deutlich verkürzen und insbesondere Menschen mit komplexen Hornhautformen zugutekommen.
Bis zu einer breiten Markteinführung sind allerdings noch weitere Entwicklungsschritte erforderlich. Derzeit bereitet das Forschungsteam In-vivo-Studien vor, um die Leistungsfähigkeit der Kontaktlinsen unter realen Bedingungen zu untersuchen. Darüber hinaus wurde bereits ein vorläufiges Patent für das neu entwickelte hydrophile Silikonmaterial angemeldet. Eine vollständige Patentanmeldung befindet sich laut den Forschenden in Vorbereitung.
Die neue 3D-Druck-Plattform der University of Waterloo zeigt, welches Potenzial die additive Fertigung für die individuelle Kontaktlinsenversorgung bietet. Sollte sich das Verfahren in den anstehenden Studien bestätigen, könnten patientenspezifische Kontaktlinsen künftig deutlich schneller und wirtschaftlicher hergestellt werden. Für Augenoptiker würde dies neue Möglichkeiten eröffnen, anspruchsvolle Versorgungen effizienter umzusetzen und die Anpassung individueller Kontaktlinsen spürbar zu beschleunigen.
Quelle: 3D-printed contact lenses for your eyes only in just 20 minutes
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