LIGHTSWORDS-Linse soll altersbedingte Sehschwächen reduzieren
Kontaktlinsen zum Ausgleich von Altersweitsichtigkeit, die gleichzeitig das Sehen aus allen Entfernungen ermöglichen, könnten dank der Technologie aus dem Projekt LIGHTSWORDS schon bald Realität werden. Egal, ob Sie nun in jungen Jahren eine Brille oder Kontaktlinsen tragen mussten oder nicht, irgendwann in Ihren Fünfzigern wird ihr ehemals ausgezeichnetes Sehvermögen abnehmen. Das Lesen von Zeitungen oder SMS-Nachrichten wird plötzlich zu einer Herausforderung, die sich nur mithilfe von Brillen, Kontaktlinsen oder einer Operation überwinden lässt. Dieser Zustand wird als Altersweitsichtigkeit (Presbyopie) bezeichnet und betrifft rund 1 Milliarde Menschen weltweit. Da entsprechende Operationen noch nicht so weit entwickelt sind, stellen Brillen für viele Patienten immer noch die realistischste Option dar. Allerdings haben sie einen großen Nachteil: Mit ihnen kann sich das Auge nur schwer auf unterschiedliche Entfernungen fokussieren, was vor allem am Arbeitsplatz gefährlich werden kann. Hier setzt das EU-finanzierte Projekt LIGHTSWORDS (Lens that mIGHT be a Satisfactory Way Of Reducing age Degradation of Sight) an und will eine Kunststofflinse entwickeln, die eine kontinuierliche Fokussierung auf Objekte ermöglicht, egal, ob sie nun ganz nah oder unendlich fern sind. LIGHTSWORDS baut auf Grundlagenforschung von vor 20 Jahren auf. Damals kam das Konzept für eine Linse auf, mit der die mechanische Fokussierung überflüssig würde, aber die Technologie war noch nicht reif genug, um aus dem Konzept ein marktfähiges Produkt zu entwickeln. LIGHTSWORDS hat dieses Problem mit einer Reihe von Präge- und Injektionstechnologien und einer bahnbrechenden Linse mit kontinuierlich variierender Brechkraft - von 0 dpt bis ungefähr 3 dpt - gelöst, mit der Objekte in einer Entfernung von etwa 33 cm bis unendlich ausreichend scharf zu erkennen sind. Krzysztof Grabowiecki, Koordinator des Projekts, spricht über die Ergebnisse und seine Pläne für die Weiterentwicklung der LIGHTSWORDS-Technologie. Was sind die Hauptziele des Projekts? Wir wollen die notwendige Technologie für die Herstellung einer neuen optischen Struktur mit der Bezeichnung Lightswords entwickeln und auf den Markt bringen. Diese Technologie basiert auf einer asymmetrischen optischen Struktur. Das bedeutet, dass die Linsen mit höherer Tiefenschärfe eingebettet werden, wodurch Zinn-Zonen durch kristalline Linse ersetzt werden könnten, um die Sehkraft an spezielle Bedürfnisse anzupassen. Diese Mechanismen sind der Schlüssel zur Lösung der Probleme von Menschen mit Alterssichtigkeit. Mit einer einzigen Linse werden sie Objekte aus verschiedenen Entfernungen sehen können und dabei keinen nennenswerten Schärfeverlust merken, auch wenn das Ergebnis bei großen Entfernungen leicht unter dem von regulären Einzelfokuslinsen liegt. Die Theorie hinter der LIGHTSWORDS-Technologie wurde vor rund 20 Jahren entwickelt, aber aufgrund von Schwierigkeiten bei der Linsenfertigung fand sie nie Anwendung: kleine kontinuierliche Krümmungsveränderungen um die Achse herum und kleine, scharfe Kanten. Wir mussten die richtige Technologie finden, mit der zumindest die theoretischen Einschränkungen bei der Fertigung gelöst werden können, und eine Pilotanlage für die Massenproduktion installieren. Sie testeten drei unterschiedliche Technologien. Ist eine davon besonders hervorzuheben? Und wenn ja: Wieso? Wir prüften in der Tat drei Technologien (oder vier, wenn man die Kombinationen mitzählt) hinsichtlich ihrer Eignung für eine mögliche Produktion von LIGHTSWORDS-Linsen: die herkömmliche Mikrobearbeitung einer einzelnen Linse, wie sie in der industriellen Praxis häufig verwendet wird, Mikrobearbeitung mit einem möglichen Einsatz von EDM für die Gussformfertigung (Injektionstechnik), Laserlithographie-Technologie für die Formstempelfertigung (Heißprägetechnologie) sowie Mikrobearbeitung für die Formstempelfertigung (Heißprägetechnologie). Letztlich wurde die Mikrobearbeitung für die Formstempelfertigung als die beste Lösung ausgewählt. Das Konsortium stellte einen Formeinsatz mit der erforderlichen Genauigkeit her und produzierte eine erste Testcharge der Linsen, die als erfolgreich angesehen wurde. Für die optische Charakterisierung wurde ein Prüfstand eingerichtet, um das menschliche Auge zu simulieren. Vier Objekte wurden in unterschiedlichen Abständen (0,33 m bis 3 m) vom „künstlichen alterssichtigen Auge“ platziert, das im Grunde eine Linse mit einem festen Fokus ist. Tatsächlich konnten wir die ursprünglich in der Theorie vorhergesagte Sichtkorrektur beobachten: Statt einen einzigen Gegenstand scharf und die anderen Objekte unscharf abzubilden, konnte das künstliche Auge mit der Korrektur durch die LIGHTSWORDS-Linse alle vier Objekte in einer zufriedenstellenden - wenn auch nicht optimalen - Schärfe sehen. Worin bestanden die Hauptschwierigkeiten während des Projekts und wie haben Sie diese gelöst? Die größte Herausforderung waren die sehr geringen Toleranzgrenzen (im Mikron- oder Submikronbereich) für die Fertigung, um ein gewisses Maß an Glätte bei Beibehaltung der üblichen Form und Rauheit einer Linse zu erreichen. Insbesondere die Nutzung von Graustufen-Laserlithografie für dicken Fotolack war keine leichte Aufgabe. Die Technologie für dicken/tiefen Fotolack (Thick/Deep Photoresist) ist nicht ausgereift genug, sodass wir in dieser Hinsicht nur teilweise erfolgreich waren. Wir waren schließlich gezwungen, auf ein „semi-brechendes“ Design der optischen Struktur auszuweichen. Schließlich konzentrierten wir unsere Bemühungen auf die Mikrobearbeitung und konnten unsere Ziele mit Erfolg erreichen. Wie unterscheiden sich Ihre Kunststofflinsen von anderen, derzeit auf dem Markt erhältlichen Linsen? Der Hauptunterschied liegt darin, dass man durch unsere Linsen über eine erweiterte Tiefenschärfe verfügt. Unser primäres Design setzt auf eine Brechkraft von 0 dpt bis 3 dpt, was bedeutet, dass die Tiefenschärfe von 33 cm (üblicher Leseabstand) bis unendlich reicht. Die derzeitige Korrektur setzt auf unterschiedliche optische Strukturen: bifokal, Lochblende, asphärisch. Doch die meisten von ihnen erfordern eine Bewegung der Augenachse, während die Sichtachse bei LSOE unverändert bleibt. Das Projekt endet in diesem Monat. Entspricht die entwickelte Technologie Ihren ursprünglichen Erwartungen? Im Prinzip ja: Die Technologie ist bereit für die Pilotproduktion. Außerdem entwickeln wir ein spezielles Test-Setup, um die geometrischen und optischen Eigenschaften der Linsen zu bewerten. Haben Sie schon Pläne für danach? Ja, die haben wir. Jetzt, da wir eine echte Linse haben, die von Augenärzten klinisch ausgewertet und von Forschern zum Thema Bildverarbeitung im Gehirn getestet werden kann, haben Experten auch Interesse an Kontaktlinsen und intraokularen Linsen gezeigt. Für diese Herausforderungen benötigen wir allerdings neuartige Materialien. Parallel dazu möchten wir bestimmte CCD-Kamera-Lösungen für fokusfreie Anwendungen entwickeln, unter anderem für die eingebettete Entfernungsmessung und schwierige Lichtverhältnisse. Hierfür wird eine anspruchsvolle Software-Entwicklung und Hardware-Konfiguration für Echtzeit-Bildgebung benötigt, und eine solche Entwicklung läuft bereits. Wir werden mit der Arbeit an Schutzbrillen beginnen, in die unsere Linsen eingebettet werden, und natürlich werden wir für diese Zwecke neue EG-Mittel beantragen. Wie sehen Ihre Prognosen hinsichtlich der Auswirkungen auf den Markt aus? Haben Linsenhersteller bereits Interesse an der Massenproduktion Ihrer Kontaktlinsen gezeigt? Aufgrund des niedrigen Preises des Geräts und der hohen Funktionalität der Linsenstruktur könnte das Projekt große Auswirkungen auf den Markt haben. Noch größere Auswirkungen wären zu erwarten, wenn Kontaktlinsen oder Intraokularlinsen in Betracht gezogen werden; aber wir müssen noch die klinischen Ergebnisse abwarten, auch zu den Einschränkungen im Zusammenhang mit bestimmten Fehlfunktionen des menschlichen Auges. Darüber hinaus sehen wir Potenzial für das sogenannte maschinelle Sehen hinsichtlich einer besseren und schnelleren Bildaufnahme oder 3D-Szenenanalyse. Auch Nachtsichtgeräte und eine spektrale Auswertung der beobachteten Szene könnten in Betracht gezogen werden, wenn man die Beugungsmerkmale der asymmetrischen Linse ausnutzt. Wir haben in der Tat ein gewisses Interesse bei einigen der wichtigsten Akteure aus den Bereichen Augenheilkunde und Kameraentwicklung geweckt. Es ist allerdings noch zu früh, um mehr dazu zu verraten. Weitere Informationen sind abrufbar unter: LIGHTSWORDS http://www.lightswords.eu/
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