基于PμSL3D打印技術(shù)制備微通道嵌入式自保濕隱形眼鏡

近年來(lái)，隱形眼鏡除了用于視力矯正和裝飾品之外，還可作為智能傳感平臺(tái)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的健康狀況。但是，佩戴隱形眼鏡通常會(huì)導(dǎo)致干眼癥及相關(guān)炎癥或者角膜損傷。目前，保持隱形眼鏡鏡片濕潤(rùn)的方法主要有兩種：一種方法是利用隱形眼鏡表面的單層石墨烯涂層減少水分蒸發(fā)，但是該方法制備工藝比較復(fù)雜；另一種方法是利用電滲流保持鏡片濕潤(rùn)，但是該方法需要生物兼容性電池。隱形眼鏡常見(jiàn)的制備工藝有離心澆鑄法、模壓法及車床加工工藝，其中，離心澆鑄法和模壓法需要先通過(guò)車床加工工藝制備模具。車床加工不僅存在成本高、周期長(zhǎng)、加工幾何形狀受限的缺點(diǎn)，而且直接制備的隱形眼鏡需要立即進(jìn)行鏡片的水合，以避免鏡片發(fā)生破裂。隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)已被用于制造隱形眼鏡或者隱形眼鏡的模具。同車床加工工藝相比，3D打印技術(shù)具有加工成本低、加工效率高以及加工結(jié)構(gòu)可定制化等優(yōu)勢(shì)。然而，3D打印技術(shù)固有的逐層制造方式會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階效應(yīng)，且成型精度越低，打印層厚越大，臺(tái)階效應(yīng)越明顯，該效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致鏡片加工需要額外的拋光打磨，限制了3D打印技術(shù)在鏡片加工中的應(yīng)用。因此，提高成型精度、降低打印層厚、抑制臺(tái)階效應(yīng)對(duì)于3D打印技術(shù)在隱形眼鏡制備中的應(yīng)用極為重要。

近日，馬尼帕爾高等教育學(xué)院Sajan D. George課題組基于面投影微立體光刻(PμSL) 3D打印技術(shù)結(jié)合PDMS澆鑄工藝制備了微通道嵌入式隱形眼鏡，該隱形眼鏡可以利用微通道的毛細(xì)作用實(shí)現(xiàn)自保濕功能。研究人員基于PμSL (microArch S140，摩方精密) 3D打印技術(shù)制備了凹模模具，為減小打印模具的臺(tái)階效應(yīng)，打印層厚降低至10μm。模具的基弧是8.5mm，直徑是15mm，內(nèi)表面有大量微通道，該微通道的寬度、深度以及間距均為100μm；另外，內(nèi)表面還設(shè)計(jì)有直徑8mm的光學(xué)區(qū)，該區(qū)域無(wú)任何微通道以保證隱形眼鏡的視覺(jué)透明度。另外，所制備的PDMS隱形眼鏡經(jīng)過(guò)氧等離子體處理可獲得更好的親水性，進(jìn)一步促進(jìn)毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)周圍液體通過(guò)微通道流動(dòng)至整個(gè)鏡片表面，使隱形眼鏡鏡片保持濕潤(rùn)。

圖1. 微通道嵌入式隱形眼鏡的制備過(guò)程

圖2. 采用不同方法制備的PDMS隱形眼鏡鏡片

圖3. PDMS隱形眼鏡鏡片的毛細(xì)管填充過(guò)程

研究人員基于PμSL 3D打印技術(shù)制備了兩種PDMS隱形眼鏡鏡片：一種隱形眼鏡鏡片中的微通道呈現(xiàn)直線形，光學(xué)區(qū)將部分直線形微通道阻斷；另一種隱形眼鏡鏡片中的微通道呈現(xiàn)曲線形，該微通道可以保證流體的連續(xù)流動(dòng)。另外，研究人員還使用基于熔絲制造技術(shù)制備的隱形眼鏡鏡片作為對(duì)比，該隱形眼鏡鏡片中的微通道來(lái)源于模具中的臺(tái)階效應(yīng)(打印層厚100μm)，且模具的光學(xué)區(qū)需要進(jìn)行手工拋光。將上述三種隱形眼鏡鏡片放置于水中以觀察毛細(xì)管填充情況。研究結(jié)果表明，基于PμSL 3D打印技術(shù)制備的、具有曲線形微通道的鏡片，其微通道的尺寸、分布可控，且光學(xué)區(qū)未將微通道阻斷，故液體可以通過(guò)微通道的毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)作用暢通、連續(xù)、快速的流動(dòng)至整個(gè)鏡片表面。該研究成果為用于生物標(biāo)志物檢測(cè)的微流控芯片的制備提供了新思路，以“Self-moisturizing contact lens employing capillary flow"為題發(fā)表在Additive Manufacturing上。