W przypadku soczewek kontaktowych z jednej strony mówimy o czymś absolutnie codziennym, tanim w użyciu, wygodnym i masowym, a z drugiej o wyrobie medycznym, który ląduje bezpośrednio na oku, więc musi spełniać odpowiednie standardy. Dlatego też mam wrażenie, że każda próba ulepszenia soczewek jest małym testem dojrzałości dla całej “miękkiej” technologii. Jeśli materiał ma działać na powierzchni oka, to musi być nie tylko sprytny chemicznie, ale też stabilny, przezroczysty, wygodny i najzwyczajniej w świecie bezpieczny.
Rysa na soczewce to wcale nie taki banalny problem
Odkąd piszę o materiałach samonaprawiających, zawsze trafiam na podobny schemat. Sama wizja wygląda zwykle świetnie, ale codzienność szybko brutalnie sprawdza szczegóły. Samonaprawiająca się karoseria, ubranie, elektronika albo powłoka ochronna brzmią jak obietnica świata, w którym przedmioty nie starzeją się w ogóle. Jednak później okazuje się, że naprawa wymaga wysokiej temperatury, specjalnego środowiska, długiego czasu, dodatkowego katalizatora albo działa tylko przez kilka cykli.
Czytaj też: Odchudzali materiał aż do granic rozsądku. Nagle stało się coś zaskakującego
W przypadku soczewek kontaktowych margines błędu jest jeszcze mniejszy. Miękkie soczewki powstają z hydrożeli, czyli uwodnionych sieci polimerowych. Ich zaletą jest komfort, przepuszczalność i dopasowanie do oka, ale ta sama delikatność oznacza podatność na uszkodzenia. Pył, drobina piasku, nieostrożne czyszczenie czy mikrozarysowanie powierzchni. W praktyce niewiele trzeba, żeby soczewka zaczęła drażnić oko, pogorszyła jakość widzenia i po prostu nadawała się do wyrzucenia.
Dzisiejsza odpowiedź rynku jest prosta, bo uszkodzonej soczewki się nie naprawia. Wyrzuca się ją i bierze kolejną. W przypadku jednodniowych soczewek taki model jest częścią konstrukcji produktu, ale przy wariantach wielokrotnego użytku każde skrócenie życia soczewki oznacza koszt oraz odpady. Przy soczewkach aplikujących lek, o których pisałem w 2022 roku widać było już, że ten niepozorny kawałek hydrożelu może stać się czymś więcej niż korektorem wzroku. Teraz dochodzi więc konieczny kolejny etap tego ulepszania soczewek, a to poprzez ich automatyczne naprawianie.
Godzina światła UV i chemia, która zszywa materiał od środka
Nowy materiał opracowany w Korei Południowej przez Jung-Hyun Choi oraz Byoung-Ki Cho bazuje na hydrożelu, ale nie jest zwykłą miękką soczewką z jedną dodatkową “magiczną” warstwą. Sedno jej wyjątkowości tkwi w sieci polimerowej zbudowanej z metakrylanowego polimeru oraz mostków disulfidowych, czyli wiązań siarka-siarka. Pod wpływem światła ultrafioletowego o długości fali 365 nm zachodzi wymiana disulfidowa, bo część wiązań chwilowo się rozpada, a następnie tworzy nowe połączenia z sąsiednimi atomami siarki. Uszkodzona sieć zaczyna się przez to układać na nowo, a zarysowanie stopniowo zanika.
Najważniejsze jest jednak nie samo “samoleczenie”, tylko warunki, w których zachodzi. Wcześniejsza wersja podobnego hydrożelu wymagała ogrzewania przez kilka godzin, a to przy soczewkach kontaktowych jest problematyczne. Długie grzanie wysusza bowiem delikatny materiał, zmienia jego zachowanie i bardzo szybko oddala cały pomysł od praktycznego zastosowania. Nowy wariant działa w temperaturze pokojowej i szybko, bo uszkodzone próbki po godzinie ekspozycji na UV odzyskiwały powierzchnię w stopniu określanym jako niemal bezszwowy.
Czytaj też: Naukowcy nauczyli materiały “myśleć”. To zaskakująco proste
Materiał nadal więc niestety potrzebuje zewnętrznej aktywacji, ale ta aktywacja przestaje przypominać laboratoryjny zabieg. Światło UV 365 nm kojarzy się dziś z małymi lampami do utwardzania lakieru żelowego, sterylizacji albo pracy z żywicami, więc są szanse, że już je macie w domach. Oczywiście nie oznacza to, że przyszły użytkownik miałby świecić sobie czymkolwiek po oku. Naprawa soczewki musiałaby odbywać się poza okiem, w kontrolowanym cyklu i zgodnie z instrukcją wyrobu medycznego. Sama idea jest jednak znacznie bliżej domowego urządzenia niż specjalistycznego serwisu.
Powłoka ochronna ma znaczenie większe niż sama naprawa
Drugi element tej pracy wydaje mi się nawet ważniejszy, bo obejmuje dodatkową powłokę polimerową, która ogranicza rozwój bakterii i zwiększa odporność na ścieranie. Podczas testów z użyciem drobnoziarnistego papieru ściernego powlekany hydrożel zachował wysoką przejrzystość, a spadek transmisji światła wyniósł tylko około 2%. Przy soczewce kontaktowej taki parametr jest krytyczny, bo nie mówimy o obudowie telefonu, gdzie drobna rysa irytuje głównie estetycznie. Każda zmiana przezroczystości może wpływać na komfort widzenia, refleksy, zamglenie obrazu i zmęczenie oka.
Hydrożel zachował też wodę oraz właściwości mechaniczne zbliżone do oczekiwanych od komercyjnych miękkich soczewek. W tej kategorii nie wystarczy bowiem naprawić rysy. Materiał musi pozostać miękki, uwodniony i odpowiednio sprężysty. Soczewka, która po kilku naprawach robi się zbyt sztywna, mniej komfortowa albo gorzej układa się na rogówce, nie ma sensu, nawet jeśli pod mikroskopem wygląda imponująco.
Hydrożele coraz częściej wyglądają jak fundament elektroniki i medycyny przyszłości
Patrzę na ten projekt jako na część szerszego trendu, w którym hydrożele przestają być wyłącznie “mokrymi polimerami” od soczewek, opatrunków i laboratoriów biomedycznych. Coraz częściej zaczynają przypominać platformę materiałową dla urządzeń, które mają być miękkie, elastyczne, odporne i bliskie ciału. Podobny kierunek widać przy hydrożelu z ciekłym metalem dla elektroniki ubieralnej, gdzie materiał ma zachowywać przewodnictwo, elastyczność i funkcjonalność w warunkach, które dla klasycznych komponentów są zwyczajnie niewygodne.
Nie jest przypadkiem, że hydrożele pojawiają się także przy klejach, miękkich robotach, implantach, opatrunkach, czujnikach i elastycznych magazynach energii. Materiał składający się w dużej mierze z wody może wydawać się z natury słaby, ale dobrze zaprojektowana sieć polimerowa potrafi dać mu zaskakująco wyspecjalizowane cechy. Przy podwodnym hydrożelu klejącym najlepiej widać, jak daleko odeszliśmy od prostego myślenia o hydrożelu jako miękkiej galaretce bez większych ambicji.
Czytaj też: Energia słoneczna dostała dziwnie żywy nośnik. Ten materiał przebudowuje sam siebie
Samonaprawiająca się soczewka kontaktowa wpisuje się w ten sam kierunek, ale ma szczególną siłę symboliczną. Nie chodzi już tylko o materiał w urządzeniu noszonym na ciele. Chodzi o materiał noszony na oku, kilka milimetrów od najczulszego interfejsu, jaki mamy. W takim zastosowaniu przyszłość nie jest już czymś odległym, schowanym w laboratorium albo w demonstratorze wielkości stołu. Zaczyna mieć średnicę kilkunastu milimetrów.
Nie wiem jednak, czy akurat ten konkretny hydrożel trafi kiedyś do masowej produkcji. W nauce materiałowej wiele świetnych demonstracji kończy się na etapie publikacji, bo przemysł, regulacje i koszt wytwarzania szybko studzą entuzjazm. Uważam jednak, że kierunek jest ważniejszy od pojedynczego prototypu. Soczewki kontaktowe, które naprawiają drobne rysy po godzinie UV, pokazują, że przedmioty przyszłości nie muszą być bardziej skomplikowane w obsłudze. Mogą być mądrzejsze w samej strukturze.
Źródła: ACS
