Hintergrund

Die Kontaktlinse ist ein Gerät, das im Auge getragen wird, um das Sehen zu korrigieren, obwohl manche Menschen farbige Kontaktlinsen tragen, um ihre Augenfarbe zu verbessern oder zu ändern. Die dünne Kunststofflinse schwimmt auf einem Tränenfilm direkt über der Hornhaut. Bei einigen Formen von Augenerkrankungen korrigieren Kontaktlinsen das Sehvermögen besser als herkömmliche Brillen. Viele Menschen bevorzugen aus kosmetischen Gründen Kontaktlinsen gegenüber Brillen, und aktive Sportbegeisterte bevorzugen Kontaktlinsen wegen der Freiheit, die sie ihnen bieten. Grundsätzlich gibt es drei Arten von Linsen: weich, hart und gasdurchlässig. Weiche Kontaktlinsen sind in der Regel angenehmer zu tragen, reißen aber auch leichter als harte Kontaktlinsen. Harte Linsen neigen auch dazu, häufiger zu „knallen“. Gasdurchlässige Linsen sind ein Kompromiss zwischen hart und weich und bieten mehr Komfort als harte Linsen, aber weniger Reißwahrscheinlichkeit als weiche Linsen. Kontakte werden normalerweise tagsüber getragen und jede Nacht zur Reinigung herausgenommen. Extended-Wear-Linsen ermöglichen es Benutzern, ihre Kontakte für längere Zeit zu verlassen, auch wenn sie schlafen. In jüngerer Zeit werden eintägige Kontaktlinsen bei Linsenträgern immer beliebter. Diese Kontakte werden nur einen Tag lang getragen und weggeworfen, sodass sie nicht jede Nacht gereinigt werden müssen.

Geschichte

Die erste Kontaktlinse wurde 1887 vom deutschen Physiologen Adolf Fick hergestellt. Ficks Linse bestand aus Glas und war eine sogenannte Sklerallinse, da sie die Sklera, den weißen Teil des Auges, bedeckte. Bis 1912 hatte ein anderer Optiker, Carl Zeiss, eine Hornhautglaslinse entwickelt, die über die Hornhaut passte. Zwei Wissenschaftler, Obrig und Müller, führten 1938 eine plastische Sklerallinse ein. Es wurde aus dem Material hergestellt, das allgemein als Plexiglas bekannt ist. Da es leichter als Glas war, war die Plexiglaslinse leichter zu tragen. Die erste Kunststoff-Hornhautlinse wurde 1948 von Kevin Touhy hergestellt.

Um diese frühen Linsen anzupassen, wurde ein Abdruck des Augapfels des Patienten gemacht, und die Linse wurde in der resultierenden Form gebildet. Dieses Verfahren war zweifellos unangenehm und die Linsen selbst waren oft problematisch zu tragen. Sklerallinsen beraubten das Auge des Sauerstoffs, und viele dieser früheren Linsen rutschten fehl am Platz oder tauchten aus dem Auge, und waren oft, seltsam genug, schwer zu entfernen. Touhys erste Hornhautlinse hatte einen Durchmesser von 10,5 Millimetern, und 1954 reduzierte Touhy den Durchmesser weiter auf 9,5 Millimeter, was zu einer besseren Tragbarkeit führte. Um diese Zeit entwickelte die Firma Bausch & Lomb das Keratometer, das die Hornhaut misst und die Notwendigkeit von Augapfelabdrücken beseitigte.

Die ersten erfolgreichen weichen Kontaktlinsen wurden von Chemikern in der Tschechoslowakei entwickelt. 1952 stellten sich Professoren der Abteilung für Kunststoffe an der Technischen Universität Prag der Aufgabe, ein neues Material zu entwickeln, das optimal mit lebendem Gewebe kompatibel ist. Sie wollten keine Kontaktlinsen herstellen, aber bis 1954 hatte das Team tschechischer Wissenschaftler ein sogenanntes „hydrophiles“ (wegen seiner Affinität zu Wasser) Gel erfunden, einen Polymerkunststoff, der für Augenimplantate geeignet war. Die Wissenschaftler erkannten sofort das Potenzial der neuen

aus Kunststoff als Korrekturlinse und begannen mit Experimenten an Tieren. Diese Bemühungen wurden von ihren Kollegen auf dem Gebiet der Optik verachtet, aber einer der Wissenschaftler, Otto Wichterle, war unerschrocken und begann, weiche Kontaktlinsen in seiner Küche zu perfektionieren. Wichterle und seine Frau produzierten 1961 von zu Hause aus 5.500 Kontaktlinsenpaare zum Testen, und ihr Erfolg erregte schließlich die Aufmerksamkeit der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft. Die amerikanische Firma Bausch & Lomb lizenzierte die Technologie und brachte ihre Softlens 1971 auf den Markt. Allein im ersten Jahr verkaufte das Unternehmen rund 100.000 Paare, und seitdem sind weiche Kontaktlinsen in der Öffentlichkeit sehr beliebt.

Rohstoffe

Der Rohstoff für Kontaktlinsen ist ein Kunststoffpolymer. (Ein Polymer ist eine Materialmischung, die durch Verknüpfung der Moleküle verschiedener chemischer Substanzen entsteht.) Harte Kontaktlinsen bestehen aus einer Variante von Polymethylmethacrylat (PMMA). Weiche Kontaktlinsen bestehen aus einem Polymer wie Polyhydroxyethylmethacrylat (pHEMA), das hydrophile Eigenschaften aufweist, dh Wasser aufnehmen kann und dennoch seine Form und seine optischen Funktionen beibehält. Die Wissenschaft des Linsenmaterials wird von den Linsenherstellern ständig aktualisiert, und das spezifische Material jeder Kontaktlinse kann je nach Hersteller unterschiedlich sein.

Der Herstellungsprozess

Kontaktlinsen können durch Schneiden eines Rohlings auf einer Drehmaschine oder durch einen Formprozess hergestellt werden. Bei der Umformung der Linse wird der Kunststoff in vorgegebene Krümmungen umgeformt. Die Hauptkurven der Linse werden als Central anterior Curve (CAC) und Central Posterior Curve (CPC) bezeichnet. Der CAC bezieht sich auf die Gesamtkurve der nach außen weisenden Seite der Linse. Diese Außenkontur erzeugt die richtige Brechungsänderung, um den visuellen Bedürfnissen des Patienten zu entsprechen. Die CPC ist die konkave Innenseite der Linse. Dies entspricht den Messungen des Auges des Patienten. Normalerweise werden diese beiden Kurven zuerst gebildet, und die Linse wird dann als Halbzeug bezeichnet. Die Linse gilt als fertig, wenn periphere und Zwischenkurven gebildet werden und die Kante geformt ist.

Formverfahren

• 1 Das Formen der Linse kann auf verschiedene Arten erfolgen. Die Linsen, die zuerst in Prag entwickelt wurden, waren Spin-Cast. Drei verschiedene Flüssigkeiten wurden in offene rotierende Formen gegossen. Die äußere Krümmung der Linse wurde durch die Form geformt, und die innere Krümmung wurde entsprechend der Geschwindigkeit der Rotation der Form gebildet. Die Zentrifugalkraft der Spinnform führte zur Polymerisation der Flüssigkeiten, so dass sich die Molekülketten zu dem erforderlichen hydrophilen Kunststoff verbanden. Eine zuverlässigere Massenproduktion
  

  Methode ist das Spritzgießen. Beim Spritzgießen wird der geschmolzene Kunststoff unter Druck in die Form eingespritzt. Dann wird die Linse aus der Form genommen und abgekühlt. Die Linse wird dann auf einer Drehmaschine fertiggestellt. Es ist auch möglich, Linsen vollständig durch Formen herzustellen, das heißt, sie benötigen kein Drehschneiden. Dies ist eine neuere Entwicklung, die durch eine hochautomatisierte, computergesteuerte Formenfertigung ermöglicht wird.

Drehprozess

• 2 Die anfängliche Formung der Linse kann auch durch Schneiden auf einer Drehmaschine erfolgen. Zuerst wird ein Rohling hergestellt. Der Rohling ist ein Kreis, der nur geringfügig größer ist als die Größe der fertigen Linse. Dies kann aus einem Kunststoffstab geschnitten oder aus einer Kunststofffolie gestanzt werden. Als nächstes wird der Rohling mit einem Tropfen geschmolzenem Wachs an einem Stahlknopf befestigt. Der Knopf wird dann auf einer Drehmaschine zentriert, die sich mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt. Ein Schneidwerkzeug, das ein Diamant oder ein Laser sein kann, macht konkave Schnitte in den Rohling, um den CPC zu bilden. Indikatoren auf der Drehmaschine messen die Tiefe der Schnitte, um den Objektivbediener zu führen.

  Die Taste, die den Rohling hält, wird als nächstes zu einer Läppmaschine bewegt. Die Läppmaschine hält den Rohling gegen einen Läpper, bei dem es sich um eine umlaufende Scheibe handelt, die mit einer Schleifmasse beschichtet ist. Die Form des Lappers entspricht dem CPC der Linse. Die Läppmaschine dreht den Rohling in eine Richtung und den Läpper in die andere. Es bewegt auch den Rohling in einer kleinen acht Bewegung. Der Abrieb poliert die Linsenoberfläche.

  Die polierte Linse wird dann auf einer Stahlwelle montiert, die als Dorn bezeichnet wird. Das Ende des Dorns wurde passend zum CPC geschliffen, damit die Linse auf den Schaft passt. Der Dorn ist in einer Drehmaschine installiert, und der Bediener macht konvexe Schnitte in der Linse, um die andere Hauptkurve, die CAC, zu bilden. Jetzt wird diese Seite der Linse poliert und der Läpper an den konvexen CAC angepasst. Wenn diese zweite Seite der Linse poliert ist, gilt die Linse als halbfertig.

Finishing

• 3 Die Kontaktlinse muss noch einige Kurven geschliffen werden, bevor die Linse genau auf das Auge des Patienten passt. Die letzten Kurven sind die peripheren anterioren und posterioren Kurven und die intermediären anterioren und posterioren Kurven, die die Form der Linse bestimmen, die dem Rand am nächsten und am nächsten liegt. Die Linse wird wieder durch Absaugen oder mit doppelseitigem Klebeband auf einem Dorn montiert. Der Dorn ist in der Drehmaschine oder Schleifmaschine installiert. Diese flacheren Schnitte können mit Schmirgelpapier geschliffen oder mit einer Rasierklinge geschnitten werden. Der Durchmesser der Linse kann zu diesem Zeitpunkt ebenfalls getrimmt werden.

Qualitätskontrolle

• 4 Die Qualitätskontrolle ist bei Kontaktlinsen sehr wichtig, da es sich um Medizinprodukte handelt und diese individuell angepasst werden müssen. Die Linsen werden nach jeder Phase des Herstellungsprozesses überprüft. Die Linsen werden unter Vergrößerung auf Anomalien untersucht. Sie werden auch mittels eines Schattengraphen gemessen. Ein vergrößerter Schatten der Linse wird auf einen Bildschirm geworfen, der mit einem Diagramm zur Messung von Durchmesser und Krümmung bedruckt ist. Fehler in der Linsenform werden im Schatten angezeigt. Dieser Vorgang kann automatisch vom Computer ausgeführt werden.

Verpackung

• 5 Nachdem die Linse die Inspektion bestanden hat, wird sie sterilisiert. Linsen werden mehrere Stunden in einer Mischung aus Wasser und Salz gekocht, um die Linse zu erweichen. Als nächstes werden die Linsen verpackt. Standardverpackung für Linsen ist ein Glasfläschchen, gefüllt mit einer Kochsalzlösung und mit Gummi oder Metall verschlossen. Das hydrophile Material weicher Kontaktlinsen saugt die Salzlösung auf, die menschlichen Tränen ähnelt, und wird weich und biegsam. Die Linsen in diesem Zustand sind bereit zu tragen.

Die Zukunft

Das Material für Kontaktlinsen ist Gegenstand vieler Forschungen. Wissenschaftler untersuchen verschiedene chemische Rezepturen, die Kunststoff wünschenswertere Eigenschaften verleihen können. Ein Polymer, das derzeit erforscht wird, ist eine Silizium-Sauerstoff-Verbindung namens Siloxan. Siloxan bildet einen dünnen, flexiblen Film und lässt Sauerstoff 25-mal besser zum Auge durch als herkömmliche weiche Linsen. Diese Verbindung hat jedoch Nachteile: Siloxan benetzt nicht leicht und zieht Lipide (Fette) an seine Oberfläche, wodurch es sich trübt. Forscher haben einen Weg gefunden, der Siloxanverbindung Fluormoleküle zuzusetzen, wodurch das Material Lipiden widersteht. Dann binden sie chemisch ein Netzmittel, das beim Kochen in einer Salzlösung seine molekulare Form ändert, so dass das Material wie herkömmliche weiche Linsen Wasser aufsaugen kann. Dieses Material kann letztendlich zu Kontakten mit längerem Verschleiß führen, die wochenlang getragen werden können.

Forscher untersuchen auch neue Polymere, die für Sklerallinsen verwendet werden können. Für die meisten Menschen sind Komeallinsen die Norm, aber die großen Sklerallinsen sind nützlich für Patienten mit stark geschädigten Hornhäuten. Abhängig vom Augenproblem können einige Patienten ihr Sehvermögen ohne Hornhauttransplantation nicht wiedererlangen, aber Sklerallinsen können Patienten helfen, Augenoperationen zu vermeiden. Sklerallinsen ruhen auf dem weißen Teil des Auges und bilden ein Gewölbe über der Hornhaut. Dieser Raum über der Hornhaut ist mit künstlichen Tränen gefüllt, die dazu dienen, die beschädigte Oberfläche der Hornhaut zu glätten. In der Vergangenheit waren Sklerallinsen unbequem, weil sie dem Auge nicht genügend Sauerstoff zuließen, aber Untersuchungen an neuen Materialien konzentrieren sich auf sauerstoffdurchlässigere Linsen.

Material für sauerstoffdurchlässige Linsen wurde auch auf dem Space Shuttle Endeavour experimentiert. Die Designer des Experiments glauben, dass Mikrogravitationsbedingungen ein Linsenmaterial fördern würden, das Trümmer besser abstößt und Sauerstoff effektiver verarbeitet als Polymere, die in traditionellen Labors hergestellt werden. Wenn kommerziell machbar, kann eine neue Generation von Kontaktlinsen im Weltraum hergestellt werden.