Σύνοψη
- Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Waterloo ανέπτυξαν σύστημα 3D εκτύπωσης που κατασκευάζει εξατομικευμένους φακούς επαφής σε λιγότερο από 20 λεπτά.
- Δημιουργήθηκε μια νέα, ειδική υδρόφιλη σιλικόνη, απόλυτα συμβατή με την τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης DLP (Digital Light Processing).
- Η τεχνολογία απευθύνεται κυρίως σε ασθενείς με κερατόκωνο, ασύμμετρους κερατοειδείς και σοβαρό αστιγματισμό, οι οποίοι μέχρι σήμερα χρειάζονταν σκληρούς φακούς.
- Αναμένεται ραγδαία μείωση του κόστους κατασκευής, το οποίο σήμερα κυμαίνεται μεταξύ 400€ και 1.500€ στην ευρωπαϊκή αγορά.
- Οι εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν εξαιρετική βιοσυμβατότητα με τα κύτταρα του κερατοειδούς, ανοίγοντας τον δρόμο για τις απαραίτητες κλινικές δοκιμές.
Η παραγωγή εξατομικευμένων οπτικών βοηθημάτων περνάει στο επόμενο στάδιο της εξέλιξής της, αφήνοντας πίσω τις παραδοσιακές χρονοβόρες μεθόδους κοπής και μορφοποίησης. Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Waterloo στον Καναδά παρουσίασε μια νέα πλατφόρμα η οποία συνδυάζει την ψηφιακή τοπογραφία του κερατοειδούς με την τρισδιάστατη εκτύπωση (3D Printing), επιτρέποντας την κατασκευή φακών επαφής ακριβείας σε ελάχιστο χρόνο.
Η συγκεκριμένη τεχνολογική εξέλιξη εστιάζει στην εξυπηρέτηση ασθενών με πολύπλοκες παθήσεις των ματιών, οι οποίοι αδυνατούν να χρησιμοποιήσουν τους μαζικής παραγωγής μαλακούς φακούς επαφής.
Πώς λειτουργεί η 3D εκτύπωση φακών επαφής σε 20 λεπτά;
Το σύστημα του Πανεπιστημίου του Waterloo σαρώνει ψηφιακά τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού και μέσω εξειδικευμένου λογισμικού παράγει ένα τρισδιάστατο μοντέλο. Στη συνέχεια, ένας 3D εκτυπωτής τεχνολογίας DLP χρησιμοποιεί μια νέα φωτοπολυμεριζόμενη, υδρόφιλη σιλικόνη για να τυπώσει τον φακό στρώμα-στρώμα. Η όλη διαδικασία, από την ψηφιακή σάρωση έως το τελικό προϊόν, ολοκληρώνεται σε λιγότερο από 20 λεπτά.
Βασικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας:
- Σάρωση: Υψηλής ανάλυσης ψηφιακή χαρτογράφηση της επιφάνειας του ματιού.
- Λογισμικό επεξεργασίας: Προσαρμόζει την εσωτερική κοιλότητα του φακού στην ανατομία του ματιού και την εξωτερική επιφάνεια στις διαθλαστικές ανάγκες διόρθωσης.
- Μέθοδος εκτύπωσης: Χρήση της τεχνολογίας DLP (Digital Light Processing) για υψηλή ταχύτητα και ανάλυση στο μικρόμετρο.
Η πρόκληση των υλικών και η νέα υδρόφιλη σιλικόνη
Το μεγαλύτερο εμπόδιο στην προσπάθεια ενσωμάτωσης του 3D printing στην οπτομετρία ήταν τα διαθέσιμα υλικά. Οι συμβατικές σιλικόνες και οι πολυμερείς ενώσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία των φακών επαφής, δεν πληρούν τις αυστηρές προδιαγραφές ασφαλείας, ρευστότητας και οπτικής διαύγειας όταν τυπώνονται τρισδιάστατα.
Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, η επιστημονική ομάδα συνέθεσε μια υδρόφιλη σιλικόνη, ικανή να συγκρατεί μεγάλα ποσοστά υγρασίας, η οποία πολυμερίζεται (σκληραίνει) υπό την έκθεση σε συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός, καθιστώντας την ιδανική για τους εκτυπωτές τεχνολογίας DLP. Το υλικό αυτό επιτρέπει στο οξυγόνο να διαπερνά τον φακό, προστατεύοντας τον κερατοειδή από την υποξία, ένα συχνό φαινόμενο στους χρήστες σκληρών φακών.
Εξάλειψη των ατελειών εκτύπωσης
Κάθε αντικείμενο που παράγεται μέσω 3D εκτύπωσης διαθέτει χαρακτηριστικές αυλακώσεις εξαιτίας της προσθετικής μεθόδου κατασκευής. Σε έναν φακό επαφής, ακόμη και μια ατέλεια μεγέθους λίγων μικρομέτρων προκαλεί σοβαρή παραμόρφωση της όρασης και αφόρητη ενόχληση στον χρήστη.
Οι ερευνητές έλυσαν το πρόβλημα εφαρμόζοντας μια εξαιρετικά λεπτή χημική επίστρωση στην επιφάνεια του εκτυπωμένου φακού. Αυτή η διαδικασία φινιρίσματος "γεμίζει" τα μικροσκοπικά κενά μεταξύ των στρωμάτων, καθιστώντας τον φακό απόλυτα λείο και 100% διαφανή, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την άνεση κατά την εφαρμογή.
Ποιους ασθενείς αφορά και ποιο το οικονομικό όφελος;
Για τον μέσο χρήστη που διορθώνει τη μυωπία του με ημερήσιους μαλακούς φακούς του εμπορίου, η τεχνολογία αυτή δεν αποτελεί άμεση προτεραιότητα. Ωστόσο, για τα άτομα με κερατόκωνο, ακανόνιστη μορφολογία κερατοειδούς, ή σοβαρό βαθμό αστιγματισμού, η χρήση σκληρών ημιδιαπερατών φακών επαφής αποτελεί συχνά μονόδρομο.
Η συμβατική διαδικασία εφαρμογής τέτοιων φακών είναι επίπονη, καθώς περιλαμβάνει πολλαπλές επισκέψεις στον οφθαλμίατρο ή τον οπτομέτρη, παραγγελία δοκιμαστικών φακών από ειδικά εργαστήρια και μακρές περιόδους αναμονής, οι οποίες μπορεί να διαρκέσουν αρκετές εβδομάδες. Στην ελληνική και την ευρύτερη ευρωπαϊκή αγορά, το κόστος για ένα εξατομικευμένο ζεύγος τέτοιων φακών κυμαίνεται συχνά από 400€ έως 1.500€, ενώ η ενδεχόμενη απώλεια τους συνεπάγεται επανάληψη του κόστους και της αναμονής.
Το σύστημα παραγωγής in-house μεταμορφώνει το μοντέλο της αγοράς:
- Μηδενικός χρόνος αναμονής για τον ασθενή.
- Δραστική μείωση του κόστους παραγωγής, καθώς εξαλείφεται η ανάγκη μεταφορικών και παραγγελίας από εξωτερικά εργαστήρια κοπής.
- Άμεση αντικατάσταση σε περίπτωση απώλειας ή καταστροφής του φακού, εφόσον το ψηφιακό αρχείο (3D model) παραμένει αποθηκευμένο στη βάση δεδομένων του ιατρείου.
Το επόμενο βήμα: Κλινικές δοκιμές και κυκλοφορία
Τα πρώτα in-vitro εργαστηριακά τεστ επικεντρώθηκαν στην ασφάλεια της νέας υδρόφιλης σιλικόνης. Οι αναλύσεις στα κύτταρα του κερατοειδούς έδειξαν υψηλά επίπεδα βιοσυμβατότητας, επιβεβαιώνοντας πως το υλικό δεν είναι τοξικό και δεν προκαλεί ερεθισμούς. Το επόμενο κρίσιμο στάδιο είναι η έναρξη των in-vivo κλινικών δοκιμών (σε ανθρώπους), οι οποίες απαιτούνται από τους ρυθμιστικούς οργανισμούς υγείας (FDA, EMA) πριν δοθεί η άδεια εμπορικής χρήσης.
Η μαζική παραγωγή των συγκεκριμένων 3D εκτυπωτών για εγκατάσταση σε ιατρεία αναμένεται να αλλάξει πλήρως τον τομέα της κλινικής οπτομετρίας στα προσεχή χρόνια.
