研究人员用3D打印制造可以矫正色盲的着色镜片,比传统眼镜更具选择性

2022 年 09 月 14 日

      先天性色觉障碍(CVD)通常称为色盲,他们不能分辨自然光谱中的各种颜色或某种颜色。可以概括为,这种疾病限制了眼中三个视网膜锥体(光感受器),传递整个颜色光谱的能力,最常见是红绿色的色盲。虽然目前,可以通过佩戴有色眼镜可以帮助他们纠正视力,但它们往往不能针对个性化需求而定制。因此,人们正通过非常适用于以上需求的3D打印技术进行研究。

3D打印色觉障碍眼镜。A) 眼镜的CAD模型,B) 通过切片模型准备G代码, C) 打印在构建板上的3D打印镜片照片,D) 框架的CAD模型,E) 通过切片模型准备G代码,F) 3D打印框架照片

       2022年9月11日,阿布扎比哈利法科技大学(KU)的一个研究小组,希望通过3D打印技术,来帮助人们获得更加准确的个性化解决方案。概况的说,研究人员混合了两种波长过滤染料的透明树脂,为他们的3D打印透镜着色。一种染料为红绿色患者阻挡不需要的波长,而另一种染料为黄蓝色患者过滤不需要的波长。该论文的研究者指出:“迄今为止,可以治疗CVD的方法还没有被开发出来,诸如基因治疗等治疗课程还没有在人类身上应用。因此,患者选择可穿戴的视觉辅助工具,如有色眼镜或隐形眼镜,通过过滤掉蓝黄(440-500纳米)和红绿(540-580纳米)使得CVD患者能够区分颜色。”
利用3D打印的可定制优势
       虽然3D打印镜片(即使是用染料染色来矫正色盲的镜片)肯定不是什么新想法,但通过该技术制造定制的色盲矫正眼镜,该团队认为,可以为色盲人士定制更舒适的选择,例如区分某些色调和颜色。机械工程副教授Haider Butt博士说:“针对为CVD患者定制特别的眼镜仍然是一个挑战,尽管该研究可以显著提升市场上的CVD可穿戴设备和材料性能。”

△色觉缺陷个体感知的图像表示。A)正常视力个体和不同色觉缺陷个体,看到的彩色材料照片 B) 红色盲,C) 绿色弱视,D)蓝色盲
       该团队将两种不同的染料混合到透明树脂中,以构建3D打印镜片,一种用于阻挡红绿色患者不需要的波长,另一种用于黄蓝色患者,并采用Prusa SL1S SPEED 3D打印机,以0.5%、1%和1.5%的浓度的浓度将它们分别打印出来。然后,志愿者对这两种CVD镜片进行了测试,发现与市售的矫正镜片相比,它们在舒适度和视力改善方面都是有益的。KU团队还使用SOLIDWORKS和3D打印技术来优化镜框,这样做的好处是,尽可能的让这些特殊眼镜接近普通眼镜。

△优化制造工艺后的打印参数
优化制造工艺
         根据早些时候,对CVD的管理和纠正方法研究表明,在使用染料时可能会发生浸出和毒性问题。KU团队采取了预防措施,以确保这种情况不会发生,他们首先检查了染料的稳定性。3D打印的眼镜在水中存放了一个多星期,在此期间没有染料渗漏到水中,这意味着眼镜是稳定的,可以长期使用。另一项测试包括将眼镜在环境条件下再放置一周,它们再次证明了其稳定性,以及灵活性和强度。研究人员在对眼镜进行弯曲和折叠时,也发现其具有良好的耐久性。


        Butt博士说:“我们的结果表明,3D打印对染料的波长过滤特性没有影响。事实上,染料与树脂结合并进行3D打印时保持不变。但当我们将该技术与商用眼镜的色盲光学性能进行比较时,结果表明,3D打印眼镜在过滤不需要的波长方面,比商用眼镜更具选择性。因此,它在治疗色盲方面具有巨大潜力。最重要的是,它们易于制造和定制的优势,可以根据每个患者的需求,进行个性化定制。”

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