基于PμSL3D打印技術制備微通道嵌入式自保濕隱形眼鏡

近年來，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用于實時監測人體的健康狀況。但是，佩戴隱形眼鏡通常會導致干眼癥及相關炎癥或者角膜損傷。目前，保持隱形眼鏡鏡片濕潤的方法主要有兩種：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，但是該方法制備工藝比較復雜；另一種方法是利用電滲流保持鏡片濕潤，但是該方法需要生物兼容性電池。隱形眼鏡常見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車床加工工藝制備模具。車床加工不僅存在成本高、周期長、加工幾何形狀受限的缺點，而且直接制備的隱形眼鏡需要立即進行鏡片的水合，以避免鏡片發生破裂。隨著增材制造技術的發展，3D打印技術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打印技術具有加工成本低、加工效率高以及加工結構可定制化等優勢。然而，3D打印技術固有的逐層制造方式會產生臺階效應，且成型精度越低，打印層厚越大，臺階效應越明顯，該效應將會導致鏡片加工需要額外的拋光打磨，限制了3D打印技術在鏡片加工中的應用。因此，提高成型精度、降低打印層厚、抑制臺階效應對于3D打印技術在隱形眼鏡制備中的應用極為重要。

近日，馬尼帕爾高等教育學院Sajan D. George課題組基于面投影微立體光刻(PμSL) 3D打印技術結合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作用實現自保濕功能。研究人員基于PμSL (microArch S140，摩方精密) 3D打印技術制備了凹模模具，為減小打印模具的臺階效應，打印層厚降低至10μm。模具的基弧是8.5mm，直徑是15mm，內表面有大量微通道，該微通道的寬度、深度以及間距均為100μm；另外，內表面還設計有直徑8mm的光學區，該區域無任何微通道以保證隱形眼鏡的視覺透明度。另外，所制備的PDMS隱形眼鏡經過氧等離子體處理可獲得更好的親水性，進一步促進毛細管驅動周圍液體通過微通道流動至整個鏡片表面，使隱形眼鏡鏡片保持濕潤。

圖1. 微通道嵌入式隱形眼鏡的制備過程

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管填充過程

研究人員基于PμSL 3D打印技術制備了兩種PDMS隱形眼鏡鏡片：一種隱形眼鏡鏡片中的微通道呈現直線形，光學區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曲線形，該微通道可以保證流體的連續流動。另外，研究人員還使用基于熔絲制造技術制備的隱形眼鏡鏡片作為對比，該隱形眼鏡鏡片中的微通道來源于模具中的臺階效應(打印層厚100μm)，且模具的光學區需要進行手工拋光。將上述三種隱形眼鏡鏡片放置于水中以觀察毛細管填充情況。研究結果表明，基于PμSL 3D打印技術制備的、具有曲線形微通道的鏡片，其微通道的尺寸、分布可控，且光學區未將微通道阻斷，故液體可以通過微通道的毛細管驅動作用暢通、連續、快速的流動至整個鏡片表面。該研究成果為用于生物標志物檢測的微流控芯片的制備提供了新思路，以“Self-moisturizing contact lens employing capillary flow"為題發表在Additive Manufacturing上。