マニパル高等教育アカデミー（インド）：PμSL 3D 印刷技術に基づくマイクロチャネル埋め込み型自己保湿コンタクトレンズ

出典: MF Precision PuSL

近年、コンタクトレンズは視力矯正や装飾に使用されるだけでなく、人間の健康をリアルタイムでモニタリングするスマートセンシングプラットフォームとしても使用されるようになりました。しかし、コンタクトレンズを着用すると、ドライアイやそれに伴う炎症、角膜損傷につながることがよくあります。現在、コンタクトレンズの水分を保つには主に 2 つの方法があります。1 つはコンタクトレンズの表面に単層のグラフェンコーティングを施して水分の蒸発を抑える方法ですが、この方法の準備プロセスは比較的複雑です。もう 1 つは電気浸透流を使用してレンズの水分を保つ方法ですが、この方法には生体適合性のあるバッテリーが必要です。コンタクトレンズの一般的な製造プロセスには、遠心鋳造、圧縮成形、旋盤加工などがあります。そのうち、遠心鋳造と圧縮成形では、まず旋盤加工技術による金型の準備が必要です。旋盤加工には、コストが高く、サイクル時間が長く、加工形状が限られているという欠点があるだけでなく、直接加工したコンタクトレンズは、レンズの割れを防ぐためにすぐに水分補給する必要があります。積層造形技術の発展により、3D プリント技術がコンタクトレンズやコンタクトレンズの型の製造に利用されるようになりました。旋盤加工技術と比較して、3Dプリント技術は、加工コストが低く、加工効率が高く、加工構造をカスタマイズできるという利点があります。しかし、3Dプリント技術の固有のレイヤーバイレイヤー製造方法は、段差効果を生み出します。成形精度が低いほど、印刷層が厚くなるほど、段差効果は顕著になります。この効果により、レンズ加工に追加の研磨と研削が必要になり、レンズ加工における3Dプリント技術の応用が制限されます。したがって、コンタクトレンズの製造に 3D プリント技術を適用する場合、成形精度の向上、印刷層の厚さの低減、段差効果の抑制が極めて重要です。

最近、マニパル高等教育アカデミーの Sajan D. George 研究グループは、PDMS 鋳造プロセスと組み合わせた投影マイクロステレオリソグラフィー (PμSL) 3D 印刷技術に基づいて、マイクロチャネルを埋め込んだコンタクトレンズを開発しました。このコンタクトレンズは、マイクロチャネルの毛細管現象を利用して自己保湿機能を実現します。研究者らは、PμSL（microArch S140、Mofang Precision）3D印刷技術に基づいて凹型を準備しました。印刷された型の段差効果を減らすために、印刷層の厚さは10μmに減らされました。金型のベースカーブは8.5mm、直径は15mmです。内面には多数のマイクロチャネルがあり、マイクロチャネルの幅、深さ、間隔はすべて100μmです。また、内面には直径8mmの光学領域も設計されています。この領域にはマイクロチャネルがなく、コンタクトレンズの視覚的な透明性を確保しています。さらに、作製されたPDMSコンタクトレンズは、酸素プラズマ処理後に親水性が向上し、毛細管が周囲の液体をマイクロチャネルを通してレンズ表面全体に流すのをさらに促進し、コンタクトレンズが湿潤状態を保つようになります。

図1. マイクロチャネル埋め込みコンタクトレンズの製造プロセス

図2. 異なる方法で製造されたPDMSコンタクトレンズ

図3. PDMSコンタクトレンズの毛細管充填プロセス

研究者らは、PμSL 3D 印刷技術に基づいて、2 種類の PDMS コンタクトレンズを準備しました。1 つのコンタクトレンズには直線マイクロチャネルがあり、光学ゾーンが直線マイクロチャネルの一部をブロックしています。もう 1 つのコンタクトレンズには、流体の連続的な流れを確保できる湾曲したマイクロチャネルがあります。さらに、研究者らは比較対象として、溶融フィラメント製造技術に基づいて製造されたコンタクトレンズも使用しました。コンタクトレンズのマイクロチャネルは、金型（印刷層の厚さ100μm）の段差効果から生じたもので、金型の光学領域を手作業で研磨する必要がありました。 3 つのコンタクトレンズを水中に置き、毛細血管の充填を観察しました。研究結果によると、PμSL 3Dプリント技術に基づいて作成された湾曲したマイクロチャネルを備えたレンズは、マイクロチャネルのサイズと分布を制御でき、マイクロチャネルが光学ゾーンによってブロックされないため、液体はマイクロチャネルの毛細管駆動を通じてレンズ表面全体にスムーズかつ連続的に迅速に流れることができます。この研究結果は、バイオマーカー検出用のマイクロ流体チップの作成に新たなアイデアを提供するものであり、「毛細管流を採用した自己保湿コンタクトレンズ」というタイトルでAdditive Manufacturingに掲載されました。

オリジナルリンク:
https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102842

マニパル高等教育アカデミー（インド）：PμSL 3D 印刷技術に基づくマイクロチャネル埋め込み型自己保湿コンタクトレンズ

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