Kontaktlinse

Hintergrund

Die Kontaktlinse ist ein Gerät, das im Auge getragen wird, um das Sehvermögen zu korrigieren, obwohl einige 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 ziehen aus kosmetischen Gründen Kontaktlinsen einer Brille vor, und aktive Sportbegeisterte bevorzugen Kontaktlinsen wegen der Freiheit, die sie ihnen bietet. 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 herauszuspringen. Gasdurchlässige Linsen sind ein Kompromiss zwischen harten und weichen Linsen und bieten mehr Komfort als harte Linsen, aber weniger Rissgefahr als weiche Linsen. Kontaktlinsen werden normalerweise tagsüber getragen und jede Nacht zur Reinigung herausgenommen. Langlebige Linsen ermöglichen es den Benutzern, ihre Kontaktlinsen für längere Zeit zu tragen, selbst wenn sie schlafen. In jüngerer Zeit werden Eintags-Kontaktlinsen bei Linsenträgern immer beliebter. Diese Kontaktlinsen werden nur einen Tag lang getragen und weggeworfen, sodass sie nicht jede Nacht gereinigt werden müssen.

Verlauf

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

Um diese frühen Linsen anzupassen, wurde ein Abdruck vom Augapfel des Patienten gemacht und die Linse wurde in der resultierenden Form geformt. Dieses Verfahren war zweifellos unbequem, und die Linsen selbst waren oft problematisch zu tragen. Sklerallinsen entzogen dem Auge den Sauerstoff, und viele dieser früheren Linsen verrutschten oder sprangen aus dem Auge und waren seltsamerweise oft 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. Etwa zu dieser Zeit entwickelte die Firma Bausch &Lomb das Keratometer, das die Hornhaut vermisst und den Abdruck des Augapfels überflüssig machte.

Die ersten erfolgreichen weichen Kontaktlinsen wurden von Chemikern in der Tschechoslowakei entwickelt. 1952 stellten sich Professoren der Fakultät für Kunststoffe der Technischen Universität in Prag die Aufgabe, ein neues Material zu entwickeln, das optimal mit lebendem Gewebe kompatibel ist. Sie wollten keine Kontaktlinsen herstellen, aber 1954 hatte das Team tschechischer Wissenschaftler ein sogenanntes "hydrophiles" (wegen seiner Wasseraffinität) Gel erfunden, einen Polymerkunststoff, der für Augenimplantate geeignet war. Die Wissenschaftler haben das Neue sofort erkannt Plastik als Korrekturlinse und begannen mit Tierversuchen. Diese Bemühungen wurden von ihren Kollegen auf dem Gebiet der Optik mit Verachtung aufgenommen, aber einer der Wissenschaftler, Otto Wichterle, ließ sich nicht entmutigen und begann in seiner Küche weiche Kontaktlinsen zu perfektionieren. Wichterle und seine Frau stellten 1961 5.500 Paar Kontaktlinsen zu Testzwecken aus ihrem Haus her, und ihr Erfolg erregte schließlich die Aufmerksamkeit der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft. Die amerikanische Firma Bausch &Lomb lizenzierte die Technologie und brachte 1971 ihre Softlens auf den Markt. Allein im ersten Jahr verkaufte das Unternehmen rund 100.000 Paar, und seitdem erfreuen sich weiche Kontaktlinsen großer Beliebtheit.

Rohstoffe

Der Rohstoff für Kontaktlinsen ist ein plastisches Polymer. (Ein Polymer ist eine Mischung von Materialien, die durch die 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 hat, das heißt, es kann Wasser aufsaugen und trotzdem seine Form und seine optischen Funktionen behalten. Die Wissenschaft des Linsenmaterials wird von den Linsenherstellern ständig aktualisiert, und das spezifische Material jeder Kontaktlinse kann je nach Hersteller unterschiedlich sein.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Kontaktlinsen können durch Schneiden eines Rohlings auf einer Drehbank oder durch ein Formverfahren hergestellt werden. Das Formen der Linse beinhaltet das Formen des Kunststoffs in vorgegebene Krümmungen. Die Hauptkrümmungen der Linse werden als zentrale vordere Krümmung bezeichnet (CAC) und die zentrale posteriore Kurve (CPC). Der CAC bezieht sich auf die Gesamtkrümmung der Seite der Linse, die nach außen zeigt. Diese Außenkontur erzeugt die richtige Brechungsänderung, um den Sehbedürfnissen des Patienten gerecht zu werden. Der CPC ist die konkave Innenseite der Linse. Dies entspricht den Messungen des Patientenauges. Normalerweise werden diese beiden Kurven zuerst geformt und die Linse dann als Halbzeug bezeichnet. Die Linse gilt als fertig, wenn Umfangs- und Zwischenkrümmungen gebildet sind und der Rand geformt ist.

Formverfahren

• 1 Das Formen der Linse kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die zuerst in Prag entwickelten Linsen wurden im Schleudergussverfahren hergestellt. Drei verschiedene Flüssigkeiten wurden in offene rotierende Formen gegossen. Die Außenkrümmung der Linse wurde durch die Form geformt, und die Innenkrümmung wurde entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit der Form gebildet. Die Zentrifugalkraft der Spinnform führte zur Polymerisation der Flüssigkeiten, so dass sich die Molekülketten zu dem gewünschten hydrophilen Kunststoff verknüpften. Eine zuverlässigere Massenproduktion ist das Spritzgießen. Beim Spritzgießen wird der geschmolzene Kunststoff unter Druck in die Form gespritzt. Dann wird die Linse aus der Form genommen und abgekühlt. Anschließend wird die Linse auf einer Drehbank fertig bearbeitet. Es ist auch möglich, Linsen vollständig durch Gießen herzustellen, das heißt, sie benötigen keine Drehbearbeitung. Dies ist eine neue Entwicklung, die durch eine hochautomatisierte, computergesteuerte Formenherstellung ermöglicht wird.

Drehbearbeitung

• 2 Das anfängliche Formen der Linse kann auch durch Schneiden auf einer Drehbank erfolgen. Zuerst wird ein Rohling hergestellt. Der Rohling ist ein Kreis, der nur geringfügig größer ist als die Größe der fertigen Linse. Dieser kann aus einem Plastikstab geschnitten oder aus einer Plastikfolie gestanzt werden. Anschließend wird der Rohling mit einem Tropfen geschmolzenen Wachses an einem Stahlknopf befestigt. Der Knopf wird dann auf einer Drehbank zentriert, die sich mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt. Ein Schneidwerkzeug, das ein Diamant sein kann oder ein Laser, macht konkave Schnitte in den Rohling, um den CPC zu bilden. Indikatoren an der Drehmaschine messen die Tiefe der Schnitte, um den Linsenoperator zu leiten.

  Der den Rohling haltende Knopf wird als nächstes zu einer Läppmaschine bewegt. Die Läppmaschine hält den Rohling gegen einen Läpper, eine rotierende Scheibe, die mit einem Schleifmittel beschichtet ist. Die Form des Lappers entspricht dem CPC der Linse. Die Läppmaschine dreht den Rohling in eine Richtung und die Läppmaschine in die andere. Es bewegt auch den Rohling in einer kleinen Achterbewegung. Der Abrieb poliert die Linsenoberfläche.

  Die polierte Linse wird dann auf einer als Dorn bezeichneten Stahlwelle montiert. Das Ende des Dorns wurde passend zum CPC geschliffen, damit die Linse auf den Schaft passt. Der Dorn wird in eine Drehmaschine eingebaut, 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 so modifiziert, dass er dem konvexen CAC entspricht. Wenn diese zweite Seite der Linse poliert wird, gilt die Linse als halbfertig.

Abschluss

• 3 Die Kontaktlinse muss noch mehrere Rundungen geschliffen werden, bevor die Linse genau auf das Auge des Patienten passt. Die letzten Kurven sind die peripheren vorderen und hinteren Kurven und die dazwischenliegenden vorderen und hinteren Kurven, die die Form der Linse am nächsten und am nächsten zum Rand bestimmen. Das Objektiv wird durch Saugen oder mit doppelseitigem Klebeband wieder auf eine Aufnahme montiert. Der Dorn wird in die Dreh- oder Schleifmaschine eingebaut. Diese flacheren Schnitte können mit Schmirgelpapier geschliffen oder mit einer Rasierklinge geschnitten werden. Der Durchmesser der Linse kann zu diesem Zeitpunkt auch getrimmt werden.

Qualitätskontrolle

• 4 Bei Kontaktlinsen ist die Qualitätskontrolle sehr wichtig, da es sich um Medizinprodukte handelt, die individuell angepasst werden müssen. Die Linsen werden nach jeder Stufe des Herstellungsprozesses überprüft. Die Linsen werden unter Vergrößerung auf Anomalien untersucht. Sie werden auch mit Hilfe eines Schattendiagramms gemessen. Ein vergrößerter Schatten der Linse wird auf einen Bildschirm geworfen, auf dem ein Diagramm zum Messen von Durchmesser und Krümmung aufgedruckt ist. Alle Fehler in der Linsenform erscheinen im Schatten. Dieser Vorgang kann automatisch durch einen Computer durchgeführt werden.

Verpackung

• 5 Nachdem die Linse die Prüfung bestanden hat, wird sie sterilisiert. Die Linse wird mehrere Stunden in einer Mischung aus Wasser und Salz gekocht, um die Linse weich zu machen. Als nächstes werden die Linsen verpackt. Die Standardverpackung für Linsen ist ein Glasfläschchen, das mit einer Kochsalzlösung gefüllt und mit Gummi- oder Metallstopfen verschlossen ist. Das hydrophile Material weicher Kontaktlinsen saugt die tränenähnliche Kochsalzlösung auf und wird weich und geschmeidig. In diesem Zustand sind die Linsen gebrauchsfertig.

Die Zukunft

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

Forscher untersuchen auch neue Polymere, die für Sklerallinsen verwendet werden können. Für die meisten Menschen sind Hornhautlinsen die Norm, aber die großen Sklerallinsen sind für Patienten mit stark geschädigter Hornhaut nützlich. Je nach Augenproblem können einige Patienten ohne Hornhauttransplantation ihr Sehvermögen 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 selbst. Dieser Raum über der Hornhaut wird mit künstlichen Tränen gefüllt, die dazu dienen, die beschädigte Hornhautoberfläche zu glätten. In der Vergangenheit waren Sklerallinsen unbequem, weil sie dem Auge nicht genügend Sauerstoff zuführen, aber Untersuchungen an neuen Materialien konzentrieren sich auf sauerstoffdurchlässigere Linsen.

Auf der Raumfähre Endeavour wurde auch Material für sauerstoffdurchlässige Linsen experimentiert. Die Entwickler des Experiments glauben, dass Mikrogravitationsbedingungen ein Linsenmaterial fördern würden, das Schmutz besser abweist und Sauerstoff effektiver verarbeitet als Polymere, die in herkömmlichen Labors hergestellt werden. Wenn es kommerziell machbar ist, kann eine neue Generation von Kontaktlinsen im Weltraum hergestellt werden.