Eine Stunde UV-Licht und die Kontaktlinse repariert sich selbst
Kratzfest, antibakteriell und selbstheilend: Ein neues Hydrogel könnte die Lebensdauer von Kontaktlinsen deutlich verlängern.
Eine neue Kontaktlinse aus selbstheilendem Hydrogel repariert Kratzer mithilfe von UV-Licht. Forscher sehen Potenzial für langlebigere Linsen.
Foto: Smarterpix / Koldunov
Wer Kontaktlinsen trägt, kennt das Problem: Schon kleine Kratzer können die Sicht beeinträchtigen oder dazu führen, dass eine Linse ersetzt werden muss. Forschende aus Südkorea haben nun ein Material entwickelt, das solche Beschädigungen selbstständig reparieren kann. Eine Stunde UV-Licht genügt, um Kratzer in dem Material nahezu verschwinden zu lassen.
Noch handelt es sich nicht um ein marktreifes Produkt. Die Studie zeigt jedoch, wie sich künftige Kontaktlinsen widerstandsfähiger und langlebiger machen lassen. Gleichzeitig eröffnet die Technologie vielversprechende Perspektiven für weitere Anwendungen in der Medizintechnik.
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Ein Hydrogel mit eingebautem Reparaturmechanismus
Hinter der Entwicklung stehen die Südkoreaner Jung-Hyun Choi und Byoung-Ki Cho. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift ACS Applied Polymer Materials. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit steht ein Hydrogel – ein wasserhaltiges Polymernetzwerk, das bereits heute die Grundlage vieler weicher Kontaktlinsen bildet.
Hydrogele sind flexibel, transparent und können große Mengen Wasser speichern. Genau deshalb eignen sie sich ideal für den Einsatz am Auge. Allerdings reagieren sie empfindlich auf mechanische Belastungen; Kratzer oder kleine Beschädigungen ließen sich bislang nicht reparieren. Das Forschungsteam wollte diesen Nachteil beseitigen und entwickelte ein Material, das Schäden eigenständig schließen kann.
UV-Licht statt Wärme: Die smarte Aktivierung
Der entscheidende Unterschied zu früheren Ansätzen liegt in der Art der Aktivierung. Während viele selbstheilende Materialien Wärme benötigen, reagiert das neue Hydrogel auf UV-Licht mit einer Wellenlänge von 365 Nanometern.
Bei der Bestrahlung läuft im Material ein sogenannter Disulfidaustausch ab. Dabei lösen sich bestimmte Schwefelverbindungen innerhalb des Polymernetzwerks vorübergehend und bilden anschließend neue Bindungen. Auf diese Weise organisiert sich die beschädigte Struktur neu.
Nach Angaben der Forschenden reichte eine einstündige UV-Behandlung aus, um die Kratzer in den getesteten Proben weitgehend zu beseitigen. Die mechanischen Eigenschaften des Materials wurden dabei zu einem großen Teil wiederhergestellt.
Auf die Raumtemperatur kommt es an
Die Arbeitsgruppe hatte bereits zuvor ein selbstheilendes Hydrogel vorgestellt. Damals musste der Reparaturprozess allerdings durch mehrstündiges Erhitzen ausgelöst werden. Für Kontaktlinsen ist das problematisch: Wärme entzieht dem Material Wasser und kann dessen Eigenschaften dauerhaft verändern.
Das neue Verfahren funktioniert dagegen bei Raumtemperatur. Dadurch bleibt der Wassergehalt erhalten, der für den Tragekomfort und das Materialverhalten entscheidend ist. Genau dieser Punkt macht die Entwicklung für die Ophthalmologie so interessant.
Zusätzlicher Schutz gegen Kratzer und Bakterien
Die Forschenden beließen es jedoch nicht bei der reinen Selbstheilung. Sie versahen das Hydrogel zusätzlich mit einer Oberflächenbeschichtung auf Basis von Methacryloyloxyethyl-Phosphorylcholin (MPC).
Solche Beschichtungen werden bereits in verschiedenen biomedizinischen Anwendungen untersucht. Sie tragen dazu bei, Proteinablagerungen und die Anhaftung von Mikroorganismen spürbar zu reduzieren. Gleichzeitig soll die Beschichtung die Oberfläche widerstandsfähiger gegen Abrieb machen. Das Ziel besteht darin, Beschädigungen im Alltag möglichst zu verhindern und verbleibende Mikrokratzer anschließend durch den Selbstheilungsmechanismus zu korrigieren.
Gute Ergebnisse im Abrasionstest
Um die Belastbarkeit zu prüfen, setzten die Wissenschaftler das Material wiederholt feinem Schleifpapier aus. Solche Versuche simulieren mechanische Beanspruchungen, die im alltäglichen Gebrauch auftreten können.
Die Beschichtung erwies sich dabei als erstaunlich robust. Trotz der wiederholten Belastung blieb die Transparenz weitgehend erhalten; die Lichtdurchlässigkeit verringerte sich lediglich um rund 2 %. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Schutzschicht die Oberfläche wirksam vor Abrieb schützen kann. Ob sich dieses Verhalten auch unter realen Einsatzbedingungen bestätigt, müssen weitere klinische Untersuchungen zeigen.
Der Tragekomfort bleibt der entscheidende Faktor
Für den praktischen Einsatz von Kontaktlinsen reicht es freilich nicht aus, lediglich kratzfest zu sein. Ebenso wichtig sind Eigenschaften wie Sauerstoffdurchlässigkeit, Flexibilität und ein dauerhafter Tragekomfort.
Den Angaben der Forscher zufolge weist das entwickelte Hydrogel mechanische Eigenschaften auf, die mit denen heutiger weicher Kontaktlinsen vergleichbar sind. Auch die Fähigkeit zur Wasserspeicherung blieb vollumfänglich erhalten. Das sind wichtige Voraussetzungen für einen späteren Einsatz. Allerdings stehen noch zahlreiche biokompatible Prüfungen aus, bevor sich die Eignung für den Langzeitgebrauch final bewerten lässt.
Mehr als nur eine Kontaktlinse?
Die Bedeutung dieser Forschung reicht vermutlich weit über die Augenoptik hinaus. Selbstheilende Polymernetzwerke gelten seit Jahren als vielversprechender Trend in der Materialwissenschaft. Ziel ist es, Werkstoffe zu entwickeln, die autonom auf Beschädigungen reagieren und ihre Funktion möglichst lange aufrechterhalten. Solche Konzepte werden unter anderem für medizinische Implantate, Biosensoren, flexible Elektronik und Anwendungen in der weichen Robotik intensiv untersucht.
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