付加製造: 3D プリントされた自己潤滑コンタクトレンズでドライアイにさよなら!

この投稿は Coco Bear によって 2022-5-11 22:38 に最後に編集されました。

はじめに: コンタクトレンズは視力矯正だけでなく、ウェアラブルセンシング技術にも使用できます。ただし、コンタクトレンズを長時間装着すると、ドライアイや角膜炎などの関連する眼疾患を引き起こす可能性があります。上記の問題を軽減するために、研究者は自己湿潤コンタクトレンズを提案しました。コンタクトレンズの製造に使用される一般的な方法には、スピンキャスティング、成形、旋盤加工などがあります。スピンキャスティングおよび成形技術は経済的ですが、これらの技術では接着効果に対処するために後処理が必要になることがよくあります。一方、旋盤加工はコストがかかり、時間がかかり、設計形状によって制限されます。積層造形技術の進歩により、コンタクトレンズの製造に 3D プリント技術が使用されるようになりました。 3D プリントコンタクトレンズの応用はまだ初期段階ですが、その可能性を過小評価することはできません。

2022年5月、Antarctic Bearは、インドのManipal Institute of Higher Educationの研究者がAutoCADとステレオリソグラフィー技術を使用して、セルフウェッティングコンタクトレンズを開発したことを知りました。彼らの研究結果は「Additive Manufacturing」に掲載されました。彼らの具体的な研究を見てみましょう！

3Dプリントコンタクトレンズ
3D プリントの層ごとの製造原理には階段効果が伴い、垂直方向の印刷精度、表面仕上げ、等方性の機械的特性が制限されます。さらに、後処理によって構造的特徴が失われる可能性があるため、印刷層の厚さは 3D プリントの重要な要素となります。さらに、層間の界面安定性が悪く、コンタクトレンズの耐久性に影響を与えます。そのため、表面の滑らかさを高め、界面の接着性を向上させるには、印刷層の厚さを減らす必要があります。 3D プリンティングでは、より薄い層厚を型として使用してマイクロチャネルを印刷し、その後、柔らかいエラストマーなどのコンタクトレンズ材料を使用してコンタクトレンズを製造できます。

△マイクロチャネルを埋め込んだコンタクトレンズの製造工程

コンタクトレンズではなくコンタクトレンズの型を作るために付加製造を使用するという見通しは、見落とされがちです。付加製造と従来の方法を統合することで、両方の技術の長所を活用できます。本研究では、コンタクトレンズの主要構造は、AutoCADとステレオリソグラフィーを使用して開発されたモデルを3Dプリントして製造され、凹型の直径は15mmでした。研究者らは、長方形の底を持つ厚さ100ミクロンの凹型を3Dプリントした。印刷後、光学領域は平滑化され、ソフトリソグラフィーを使用して柔らかいエラストマー材料であるポリジメチルシロキサン (PDMS) にコピーされ、コンタクトレンズが形成されます。同時に、研究者らはこのコンタクトレンズの実験テストも実施し、マイクロチャネル表面の毛細管現象によりコンタクトレンズが自己潤滑性を持つことを発見しました。

3D プリントのステップ効果を利用してマイクロチャネルを形成する<br /> 研究者らはまず、コンタクトレンズ型のFFM印刷にABSを使用しました。彼らは研究のために2つの方向を選択しました。3D印刷では、3D印刷の層ごとの構造の性質により段差効果が生じ、形成される段差のサイズは印刷角度によって決まります。さらに、3D プリントを低レイヤー解像度で実行すると、階段状効果がより顕著になります。 PDMS を金型にコピーして、マスター金型のステップ効果から生成されたマイクロチャネルを持つコンタクトレンズを形成しました。ここでのマイクロチャネル幅は層の解像度または段差の高さに相当し、深さは段差幅によって決まります。

△ ラダー効果

研究者らは実験を通じて、下図に示すように毛細管上昇現象を発見し、3Dプリント金型で作られたマイクロチャネルを含むコンタクトレンズが自己潤滑性を持っていることを証明しました。

△a) 元の PDMS の水接触角、b) 酸素プラズマ処理後の PDMS、c) ステップ効果によって形成されたマイクロチャネルコンタクトレンズの毛細管上昇、d) リッジ効果によって形成された平面マイクロチャネルの毛細管上昇 (300 μm のレイヤー解像度で印刷)。

マイクロチャネルのサイズを制御し、レンズの透過率を向上します<br /> コンタクトレンズにマイクロチャネルを形成することはレンズの自己濡れ性を高めるのに有益ですが、ステップ効果のみで形成されたマイクロチャネルでは均一なサイズのマイクロチャネルは形成されません。したがって、ステップ効果だけでは、サイズを制御できるマイクロチャネルを提供することはできません。 ABS の収縮誤差または不規則性も、形成されるマイクロチャネルのサイズに直接影響します。マイクロチャネルのサイズと分布をより適切に制御するために、研究者はマイクロチャネルの寸法を CAD で直接設計し、設計で直接定義しました。階段状効果の影響を軽減するために、研究者らは、最大 10 ミクロンの層解像度を持つ投影マイクロステレオリソグラフィーを印刷に使用しました。

その後、研究者らは、構造の光学領域をアセトンで研磨し、湾曲した毛細管を印刷することで、コンタクトレンズの光透過損失を回避しました。コンタクトレンズ上に作られたマイクロチャネルは、自己保湿に貢献するだけでなく、チップ機能を備えたコンタクトレンズの将来の開発に新しいアイデアを提供します。

△ レンズ設計の改良

詳細については、元の記事をダウンロードしてください：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102842

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