Für jede Art von in das Auge eingesetzten Linsen, ob zur Verbesserung der Sehfähigkeit oder einfach zu kosmetischen Zwecken, basiert der Tragekomfort auf zwei wesentlichen Faktoren: Sauerstoffdurchlässigkeit und Benetzbarkeit.
Damit Hersteller diese Merkmale erzielen können, kommen modernste Materialien wie Silikon-Hydrogele zum Einsatz. Leider sind Hydrogele von Natur aus „hydrophob“, das heißt, sie haben schlechte Benetzbarkeitsmerkmale, wodurch es beim Tragen der Linsen zu Beschwerden kommen kann.
Um dieses Problem zu lösen, werden die Oberflächen der meisten Linsen während der Fertigung durch Plasmabehandlung verändert, damit sie besser mit Tränenflüssigkeit benetzt werden können. Die
Plasmabehandlung ist ein flexibles Verfahren, welches auch zur Hemmung der Ansammlung von Biofilm, zum Glätten von Bearbeitungsspuren an den Linsen, zur Förderung der Bindung und zu anderen Aufgaben eingesetzt wird.
Die Plasmabehandlung ist tatsächlich so gebräuchlich, dass die führenden Anbieter entsprechender Gerätschaften bestehende, ausgereifte Werkzeuge und Technologien inklusive Spannsystem ändern können, um im Wesentlichen Sofortlösungen für Hersteller von Kontakt- und Intraokularlinsen bereitzustellen. Einige Anbieter gewähren sogar Zugang zu den Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen vor Ort sowie zu ihrer technischen Kompetenz.
Der Zugriff auf diesen Wissensschatz erleichtert neuen Teilnehmern außerdem den Einstieg in den Markt. Genau das war der Fall bei einer einzigartigen Anwendung von Kontaktlinsen für die nächste Generation virtueller und erweiterter Realität.
„Die Eleganz dieser [Plasmabehandlungs-] Lösungen besteht in der Nutzung vorhandener Technologie und bestehenden Know-hows, anstatt etwas völlig Neues zu schaffen“, so Michael Barden von PVA TePla, einem führenden Unternehmen für Systemtechnik, welches Plasmasysteme entwickelt. „So haben Linsen-Hersteller den Vorteil, dass sie schnell reagieren können und umgehend Ergebnisse erzielen.“
Kontaktlinsen
Kontaktlinsen zur Verbesserung der Sehkraft oder zu kosmetischen Zwecken werden in der Regel aus Acrylaten und Siloxanen hergestellt.
In den letzten Jahren konnte durch Fortschritte beim Silikon-Hydrogel die Sauerstoffdurchlässigkeit von Kontaktlinsen verbessert werden, sodass im Vergleich zu normalen weichen Hydrogel-Alternativen bis zu fünf Mal mehr Sauerstoff die Hornhaut erreicht. Aus diesem Grund machen Silikon-Hydrogel-Linsen mittlerweile etwa zwei Drittel aller in den Vereinigten Staaten verwendeten Kontaktlinsen aus.
Angesichts des wasserabweisenden Charakters von Silikon-Hydrogelen muss die Oberflächenbeschaffenheit der Linse durch Plasmabehandlung verändert werden, damit sie benetzbar bzw. hydrophil ist.
Laut Barden hat PVA TePla in Zusammenarbeit mit führenden Linsenherstellern durch Plasmaoxidation des Silikon-Hydrogels genau das erreicht. Dabei bilden sich auf der gesamten Oberfläche dünne Silikat-Inseln, die intakt bleiben, wenn das Hydrogel hydratisiert (wodurch es um 10–20 Volumenprozent anschwillt) und autoklaviert wird.
Eine weitere Methode ist die Plasmaaktivierung des Linsenmaterials in einem ersten Schritt und ein durch ein Plasma induziertes Polymerisationsverfahren einer organischen Spezies, die auf der Oberfläche der Kontaktlinse dann durch einen weiteren Plasmaschritt oxidiert wird, in einem zweiten Schritt.
Die Plasmabehandlung bietet neben dem Komfort weitere Vorteile, insbesondere die Verhinderung von „blinden“ Flecken auf der Linse, die durch Ablagerungen von Lipid verursacht werden.
„Tränenflüssigkeit trägt Lipide und Proteine, die sich auf der Oberfläche der Linse absetzen können“, erläutert Barden. „Die gesammelten Ablagerungen dieser Materialien können zu trüben Flecken sowie Problemen mit der Biokompatibilität führen.“
Durch die hydrophile Plasmabehandlung von Hydrogel-Kontaktlinsen wird nicht nur der Tragekomfort für den Patienten verbessert, sondern auch die Affinität der Linsen für Lipide reduziert.
Intraokularlinsen
Ferner spielt die Plasmabehandlung in der Veränderung der Oberfläche von faltbaren Intraokularlinsen eine entscheidende Rolle. Diese werden zum Austausch der natürlichen Augenlinse verwendet, falls diese durch eine Verletzung oder Krankheit (z. B. grauer Star) geschädigt wurde.
Fortschritte in der Technologie haben die Verwendung von Silikon und Acryl mit sich gebracht. Bei beiden handelt es sich um weiche, faltbare, inerte Materialien. Dadurch kann die Linse gefaltet und durch eine relativ kleine Inzision in das Auge eingeführt werden.
Allerdings neigt diese Art von Linsenmaterial dazu, an sich selbst und an Instrumenten zu haften. Eine klebrige Linse erfordert mehr Aufwand durch den Chirurgen und verlängert die erforderliche Operationszeit.
Durch die Oberflächenmodifikation von Intraokularlinsen mithilfe von Plasma wird die Klebrigkeit der Oberfläche beseitigt sowie ein sicheres Einsetzen und die automatische Entfaltung der Intraokularlinse in ihre ursprüngliche Konfiguration nach dem Einsetzen ins Auge gewährleistet.
Darüber hinaus ist das von Chirurgen zum Einsetzen verwendete Instrument oftmals mit einer schmierenden Beschichtung versehen, um die Freigabe der gefalteten Linse zu erleichtern. Die Patrone bzw. das Rohr kann stattdessen zur Veränderung der Oberfläche mit Plasma behandelt oder mit Kohlenhydrat beschichtet werden, um ihre Schmiereigenschaften zu verbessern.
Die Oberflächenbehandlung mit Plasma wird auch verwendet, um die während des Herstellungsprozesses entstehenden spiralförmigen Muster der Linien auf dem optischen Teil der Intraokularlinse zu entfernen. Diese werden traditionell durch ein aufwendiges Polierverfahren entfernt.
Neue Marktteilnehmer
Für Innovega stellte eine einzigartig gestaltete Kontaktlinse die wichtigste Komponente des iOptik-Geräts der nächsten Generation zum Anzeigen von Bildern virtueller und erweiterter Realität dar.
Diese Art von Linse nutzt optische Komponenten, mithilfe derer der Träger im Vordergrund einen großen Computerbildschirm wahrnimmt, während er gleichzeitig reale Objekte in normaler Entfernung sieht.
Bei der konventionellen Videobrille muss die Optik jedoch in das Gerät eingebaut werden, wodurch das Design beeinträchtigt, Gewicht erhöht und sogar die Interaktion mit anderen eingeschränkt wird. Die Designer von Innovega glaubten, dass die allgemeine Akzeptanz dieser Produkte aufgrund dieser Hindernisse einschränkt werden würde.
Daher beschloss das Unternehmen, die Optik aus der Brille zu entfernen und es durch eine Kontaktlinse mit einer integrierten Mikrolinse zu ersetzen. Die Kontaktlinse könnte bei Bedarf präskriptiv sein.
Durch dieses Design wird ein bifokaler Effekt erzeugt, mit dem sich der Träger gleichzeitig auf virtuelle Inhalte von der Brille und das gesamte Spektrum von Aktivitäten in der realen Welt konzentrieren kann. Infolge der Verlagerung der Optik in die Kontaktlinse ist die iOptik-Lösung deutlich komfortabler und eleganter.
„Unsere Kontaktlinse ist neuartig, weil sie bifokal ist. Das Bifokalglas hat solch einen extremen Schritt in der Präskription, dass man Dinge erst sieht, wenn sie etwa 1,3 cm vom Auge entfernt sind“, so Jay Marsh, VP of Engineering bei Innovega.
Dieser neuartige Ansatz bedeutete jedoch, dass das Unternehmen selbst in die Welt der Kontaktlinsenfertigung eintauchen musste.
Der erste Schritt war die Einstellung eines Experten für die Gestaltung und Fertigung von Kontaktlinsen. Da Tragekomfort besonders wichtig ist, spielte das Thema Plasmabehandlung zur Erhöhung der Benetzbarkeit in der Diskussion schnell eine große Rolle.
„Wir wussten, dass die Änderung der Benetzung in der Kontaktlinsenbranche üblich ist“, so Marsh. „Außerdem machten wir uns über die Verhinderung trüber, durch die Ablagerung von Lipid verursachter Flecken auf der Linse Gedanken.“
Um sein Wissen und Know-how rund um die Optionen zur Plasmabehandlung auszubauen, begann Innovega eine Zusammenarbeit mit PVA TePla, einem Unternehmen, das Plasmasysteme für die Oberflächenaktivierung, -funktionalisierung, -beschichtung, die ultrafeine Reinigung und das Herauspräparieren gestaltet.
PVA TePla stellt nicht nur Gerätschaften für die Produktion bereit, sondern hat auch eigene Vorrichtungen, um Teile zu testen und Experimente durchzuführen.
Nachdem sich PVA TePla umfassend mit der Anwendung vertraut gemacht hatte, bat das Unternehmen die Techniker von Innovega, das Labor in Corona, Kalifornien zu besuchen, um mit einem Fachteam aus wissenschaftlichen Doktoranden, Chemikern und Physikern Brainstorming-Sitzungen und Experimente durchzuführen.
Daraus entwickelten sich regelmäßige, monatliche Besuche der Techniker, die letztendlich die Plasmabehandlung in ein mehrstufiges Verfahren zur Linsenformung einbanden.
Das endgültige System nutzt Plasma für die Oberflächenaktivierung der Formen, um eine leichtere Freigabe der Linsen während der Herstellung zu ermöglichen, sowie für die Verklebung der Mikrokomponenten an der Linse und für die Oberflächenmodifikation zur besseren Benetzbarkeit.
Obwohl der Großteil der Forschung und Entwicklung im Labor von PVA TePla stattfand, erwarb Innovega schließlich Produktionsvorrichtungen.
Laut Marsh kann der Erwerb von Investitionsgütern für ein Startup-Unternehmen große Ausgaben bedeuten. Durch die Möglichkeit, sich mit den Ingenieuren von PVA TePla zu beraten und Tests unter einer Vielzahl von Bedingungen durchführen, konnte Innovega jedoch sicherstellen, dass die gekauften Vorrichtungen genau das waren, was benötigt wurde.
„Durch den Zugang zu ihrem Labor konnten wir bestätigen, dass wir das richtige Verfahren anwenden, und sogar einige Prototypen für Linsen anfertigen, bevor die endgültige Entscheidung getroffen wurde“, so Marsh.
_______________________________________________
Sämtliche Plasmaanlagen von PVA TePla werden in der Schweiz exklusiv über die Hilpert electronics AG in Baden-Dättwil AG vertrieben.
Neben der Anwendung bei ophtalmischen Linsen ist die Plasmareinigung und Plasma-Oberflächenaktivierung hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, z.B. die Reinigung von Implantaten, Oberflächenanktivierung von Kunststoffen in der Medizinaltechnik, für die Behandlung von Laborbedarf und in der gesamten Medizinelektronik.