Skomplikowane soczewki kontaktowe

Patrząc na soczewkę kontaktową, można łatwo odnieść wrażenie, że to tylko kawałek plastiku, który może zastąpić okulary.

Gdy jednak przyjrzymy się bliżej budowie soczewki, jej cechom materiałowym konstrukcyjnym, wówczas okazuje się, że jest to całkiem skomplikowany element optyczny wielkim, niewykorzystanym jeszcze potencjałem na przyszłość. Potencjałem, nad którym pracują laboratoria na całym świecie – nie tylko kontaktologiczne, ale także należące do wielkich koncernów, takich jak Google, Sony czy Samsung.

Przyjrzyjmy się, na czym polega komplikacja soczewek kontaktowych skąd to niezwykłe zainteresowanie dużych firm. Po pierwsze, soczewka kontaktowa na oku jest elementem skomplikowanego układu optycznego, który składa się niemal 10 elementów. Oprócz siatkówki „rejestrującej” obraz mamy kolejno – licząc od przodu: warstwę płynu łzowego na powierzchni soczewki kontaktowej, soczewkę kontaktową, warstwę płynu łzowego pomiędzy soczewką kontaktową rogówką, rogówkę, ciecz wodnistą wypełniającą komorę przednią oka, źrenicę (przysłonę), soczewkę wewnątrzgałkową ciało szkliste. Poszczególne elementy mogą być niejednorodne, co znaczy że mają wewnętrzną strukturę (jak np. gradientowa soczewka wewnątrzgałkowa czy warstwowa rogówka). Oko jest układem dynamicznym, którym stale zmienia się wiele parametrów, np. geometria gałki ocznej, na którą ma wpływ m.in. ciśnienie wewnątrzgałkowe. Działa akomodacja, modyfikująca znacznie moc optyczną pracę układu wzrokowego. Następuje interakcja soczewki kontaktowej powierzchnią oka. Biorąc to pod uwagę, prawidłowe dopasowanie cech soczewki do charakterystyki tego skomplikowanego układu jest sporym wyzwaniem.

Parametry soczewki kontaktowej

Soczewka kontaktowa nie spełnia tylko funkcji optycznej – realizuje też wiele innych zadań, stanowiących biokompatybilności. Jednym ważniejszych jest uwodnienie, czyli zawartość wody zmagazynowanej strukturze polimeru, będącego szkieletem soczewki. Odpowiednie uwodnienie, szczególnie obszarze styku soczewki tkankami oka, jest kluczowe dla komfortu użytkowania. Współczesne soczewki kontaktowe są na tak wysokim poziomie technologicznym, że możliwe jest nawet zmienne uwodnienie różnych strefach, mimo tego, że soczewka jest przecież bardzo cienka.

Zwilżalność

Kolejny parametr to zwilżalność, czyli cecha materiałowa, która jest często podawana jako istotny czynnik biokompatybilności. Jest to bardzo ciekawa właściwość nie tyle samego materiału, co dwóch sąsiadujących materiałów oddziaływaniu wodą. Rozróżnia się dwa główne typy zwilżalności: hydrofobowość hydrofilowość, które sygnalizują, że materiał raczej odpycha wodę (tworzą się krople) albo ją przyciąga (woda rozpływa się na powierzchni). Współczesne soczewki kontaktowe mogą wykazywać (celowo, konstrukcyjnie) zarówno cechy hydrofobowe, jak hydrofilowe, zależności od sytuacji, czyli np. zależnie od stabilności filmu łzowego.

Tleno-przepuszczalność

Niemniej ważna jest tlenoprzepuszczalność soczewek kontaktowych. Nie jest to jedynie cecha samego materiału, ponieważ często soczewki są zbudowane kompozytów, np. silikonowo-hydrożelowych, których przepuszczalność jest wypadkową wielu procesów wewnętrznego transportu gazu. Łatwość przenikania tlenu jest kluczowa dla oddychania rogówki, stąd szczególnie początkowym okresie rozwoju współczesnych soczewek kontaktowych na ten aspekt działania kładziono największy nacisk. Obecnie tlenoprzepuszczalność jest niemal we wszystkich soczewkach na wysokim poziomie. Wyjątkiem są tzw. tanie soczewki zwane supermarketowymi oraz te pochodzące mało wiarygodnych źródeł, które są często wykonywane materiałów starszej generacji, niestosowanych obecnie przez czołowych producentów. Niestety, przeciętny użytkownik soczewek kontaktowych nie jest stanie samodzielnie określić ich jakości, nawet znając nazwę materiału podawaną czasami na opakowaniu.

Istnieją jeszcze inne parametry ważne dla biokompatybilności komfortu użytkowania, m.in. sztywność decydująca właściwościach mechanicznych soczewki, czyli wytrzymałości na uszkodzenia oraz jonowość związana ładunkiem elektrostatycznym, która kolei jest ważna przy analizie osadów, pokrywających czasem każdą używaną soczewkę kontaktową.

Technologie produkcji i innowacje

Dla „jakości” działania soczewek kontaktowych ważne jest także jakim procesie produkcji powstały. Wszyscy wiodący producenci rozwijają własne rozwiązania, które reguły należą do kilku typów, tym szczególności: wykorzystaniem obróbki numerycznej, odlewania wirowego odlewania formie. Niezależnie od tego jaką metodą powstały soczewki dużą sztuką jest uzyskanie odpowiednio gładkiej powierzchni, za pomocą różnego rodzaju uszlachetnień dodatkowych procesów fizykochemicznych, np. wyładowań elektrycznych inicjujących osadzanie polimerów. Pomiary metodami optycznymi czy użyciem mikroskopii sił atomowych wskazują, że najlepsze soczewki mają chropowatość powierzchni na poziomie kilku lub kilkunastu nanometrów, czyli miliardowych części metra. Tak duża precyzja pozwala na uzyskanie bardzo gładkich powierzchni oraz szerokiego zakresu uzyskiwanych mocy optycznych.

Jak widać, opracowanie dobrej soczewki kontaktowej wymaga wysokiej technologii, liczba analizowanych parametrów może być większa niż przypadku soczewek okularowych, które nie dotykają oka nie muszą być biokompatybilne.

Oprócz opisanych trudności, soczewki mają jeszcze duży potencjał rozwojowy. Trwają prace nad integracją rozmaitych urządzeń, których zadaniem byłby np. monitoring poziomu cukru, czy obsługa urządzeń audio-wideo (kamera zainstalowana soczewce), nawet być może obsługa rzeczywistości rozszerzonej, czyli takiej której obraz generowany przez wyświetlacz zainstalowany soczewce uzupełnia obraz widziany własnymi oczami. To jest na razie bardzo duże wyzwanie technologicznie, ale hipotetycznie możliwe. Szczegóły, póki co, są patentowane lub stanowią tajemnicę przedsiębiorstw. Być może poznamy je niebawem.

dr hab. Jacek Pniewski

Akademickie Centrum Kształcenia Optometrystów

Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

Polecamy