Skomplikowane soczewki kontaktowe (cz. 2)

W poprzedniej części artykułu skupiłem się na bogatej funkcjonalności soczewek kontaktowych, a w tym przybliżę metody ich produkcji i charakteryzacji (pomiaru właściwości) na przykładzie soczewek miękkich.

Wykonanie soczewki kontaktowej o wysokiej jakości nie jest łatwe i wymaga dużego doświadczenia, nie tylko ściśle technologicznego, ale także sporej wiedzy chemicznej i fizycznej, a nawet biologicznej (biorąc pod uwagę powstawanie osadów w trakcie użytkowania).

Sposób produkcji

Do tej pory opracowano kilka metod produkcji soczewek. Jedną z najstarszych jest metoda z wykorzystaniem precyzyjnej frezarki, współcześnie sterowanej cyfrowo, tak zwanej CNC (Computerized Numerical Control). Wykorzystuje ona sztywny, nieuwodniony jeszcze materiał soczewki o zadanych parametrach, np. gazoprzepuszczalności. Po wycięciu właściwego kształtu następują: proces polerowania, który ma za zadanie wygładzić powierzchnię w celu uzyskania powierzchni optycznie gładkiej, oraz obróbka brzegu soczewki. Tak wytworzoną soczewkę poddaje się uwodnieniu, zanurzając ją w roztworze soli fizjologicznej lub w innym płynie o zbliżonych właściwościach. Na tym etapie materiał soczewki staje się miękki. Wytwarzanie kończy się czyszczeniem z niespolimeryzowanych fragmentów materiału oraz sterylizacją, następnie soczewka jest pakowana do blistra. Zaletą obróbki CNC jest możliwość otrzymania niemal dowolnego kształtu powierzchni. Metoda ta jest jednak dość kosztowna, przez co nadaje się bardziej do konstrukcji zindywidualizowanych.
Inna metoda polega na odlewaniu wirowym i została opracowana w latach 60. XX w. przez czeskiego chemika prof. Ottona Wichterle, który stał się twórcą pierwszych miękkich soczewek kontaktowych wykonanych z materiału hydrożelowego. Patent na całość metody produkcji wykupiła w latach 70. XX w. i dopracowała firma Bausch & Lomb, dzięki czemu nastała era masowej produkcji tego typu soczewek. Odlewanie wirowe polega na wprowadzeniu monomeru do obracającej się formy. Siła odśrodkowa umożliwia rozprowadzenie płynnego materiału po powierzchni formy, przy czym jej kształt określa przednią powierzchnię soczewki, zaś powierzchnia wewnętrzna soczewki jest definiowana poprzez dobór odpowiedniej prędkości obrotowej formy. Dalsze etapy to polimeryzacja z użyciem podwyższonej temperatury lub światła nadfioletowego, uwodnienie i wykończenie. Pewną trudność w produkcji początkowo stanowiło wyprodukowanie soczewek o mocy sferocylindrycznej, ale udało się opracować odpowiednie formy. W rezultacie możliwa jest masowa i relatywnie tania produkcja najpopularniejszych typów soczewek kontaktowych.
Soczewki mogą być także odlewane z użyciem form, do których – w uproszczeniu – wstrzykuje się monomer poddawany następnie procesowi polimeryzacji. Dalsze etapy są podobne do tych z opisanych wcześniej metod; są to uwodnienie i obróbka powierzchni. Z odlewania tego typu korzysta współcześnie wiele firm, które jednakże niezależnie doskonalą swoje procesy produkcyjne, dodając etapy podwyższające jakość soczewek, np. dzięki wielostopniowej polimeryzacji, tzw. oksydacji plazmowej, czy obróbce powierzchni, podczas której mieszanina gazowa monomeru (lub monomerów) pod wpływem wyładowania elektrycznego inicjuje polimeryzację przy osadzaniu. Szczegóły tych procesów oczywiście nie są jawne i stanowią tajemnice przedsiębiorstw.

Ocena parametrów

Gdy soczewka kontaktowa zostanie wyprodukowana, należy zmierzyć jej właściwości, by móc ocenić właściwe działanie. Oprócz samej funkcji optycznej należy określić np. jej tlenoprzepuszczalność, uwodnienie lub ogólnie biokompatybilność. Do zbadania funkcji optycznej wykorzystuje się często urządzenia oparte o zjawisko interferencji światła, które umożliwiają pomiar profilu powierzchni z bardzo dużą dokładnością. Istnieją nawet układy symulujące zachowanie oka z soczewką kontaktową, czyli tzw. sztuczne oczy.
Zbadanie tlenoprzepuszczalności, uważanej powszechnie za bardzo ważny parametr soczewek kontaktowych, nie jest – dla odmiany – proste, mimo że istnieją międzynarodowe normy dotyczące pomiaru, zarówno ISO, jak i ANSI, opisujące wymogi odnośnie układu laboratoryjnego. Opis zjawiska transmisji tlenu lub innego dowolnego gazu także jest bardzo trudny, bowiem jest to złożony proces fizykochemiczny, obejmujący m.in. zagadnienia dyfuzji, chemii polimerowej, własności elektrostatycznych materii (oddziaływań międzyatomowych i międzycząsteczkowych), konformacji, hydrodynamiki cieczy newtonowskich i nienewtonowskich itp.
Do pomiaru przepuszczalności tlenu wykorzystuje się różne metody, m.in. wolumetryczną, polarograficzną, kulometryczną, chromatograficzną… Uznanym standardem jest metoda polarograficzna, która w uproszczeniu polega na pomiarze prądu płynącego pomiędzy elektrodami umieszczonymi w komorze zamkniętej soczewką kontaktową, do których przykłada się napięcie. Tlen jest redukowany na jednej z elektrod, a w jego miejscu pojawia się tlen transportowany przez soczewkę. Układ wymaga stabilizacji wielu parametrów i uwzględnienia wielu czynników, które mogą zaburzyć pomiar.
Sprawdzenie uwodnienia jest relatywnie najprostsze, bowiem zmiana masy i objętości soczewki przed uwodnieniem i po nim powinna dać odpowiedni wynik. Pamiętajmy, że cały czas mowa o soczewkach, które mają niewielkie rozmiary, więc przy pomiarach wymagana jest duża precyzja.
Zbadanie biokompatybilności polega zwykle na długich badaniach z udziałem ludzi, podczas których analizuje się m.in. skład i dynamikę osadów oraz epidemiologię powikłań, co niesie za sobą cały szereg wymogów dotyczących statystyki, w tym np. grup kontrolnych i ślepych prób.

Jak wynika z powyższych skrótowych opisów, zarówno wyprodukowanie soczewki kontaktowej, jak i określenie jej parametrów są dość skomplikowane. Nie każdy może mieć w domu fabrykę soczewek. Niemniej jednak rezultatem kilkudziesięciu lat rozwoju tych obecnie bardzo zaawansowanych korekcyjnych urządzeń optycznych są produkty bezpieczne i niezwykle funkcjonalne, oczywiście jeśli zostały dopasowane przez wykwalifikowanego kontaktologa.

dr hab. Jacek Pniewski
Akademickie Centrum Kształcenia Optometrystów
Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

Polecamy