ENGINEERINGNET.BE - De iris is het kleurrijke ringetje in onze ogen dat de lichtinval regelt door de zwarte opening in het midden, de pupil, te vergroten of verkleinen. Een lens met een automatisch aanpassende zonnebrilsterkte kan dus in theorie de iris volledig vervangen.
"Voor mensen met gezonde ogen functioneren deze lenzen als een superdeluxe automatische zonnebril, maar als de anatomische werking van de iris effectief wordt nagebootst, heeft deze lens veel meer voordelen" aldus Pieter De Backer, wiens scriptie "Ontwerp en Fabricage van een Schakelbare Artificiële Iris" precies het onderzoek naar en de fabricage van deze artificiële iris lens betrof.
"Neem bijvoorbeeld mensen die lijden aan albinisme, hun iris houdt nauwelijks licht tegen. Zij zijn vaak erg lichtgevoelig en moeten vrijwel constant een zonnebril dragen. Of aniridia, een aandoening waarbij mensen worden geboren zonder iris en eveneens zeer lichtgevoelig zijn. Of mensen met een oogtumor, die een deel van hun iris moeten laten verwijderen om uitzaaiingen te voorkomen. En dit zijn nog maar enkele van de vele medische toepassingen waar deze lens kan baten."
TV scherm in een lens
Tegenwoordig werken vele beeldschermen op basis van vloeibare kristallen, de zogenaamde LCD schermen. In deze schermen draaien de moleculen van deze vloeibare kristallen in een bepaalde richting onder invloed van een elektrisch veld. Op deze manier worden ze gebruikt om licht te blokkeren of door te laten.
Het is net dit principe dat de Gentse ingenieurs in een gekromd oppervlak invoerden, zodat ze een schermpje in de vorm van een contactlens bekwamen van amper 0.135 mm dikte. Dit is onder meer mogelijk door middel van een flinterdun, flexibel, transparant en geleidend kunststoflaagje waarmee het elektrisch veld, nodig voor de lichtblokkering, wordt aangelegd.
Op deze manier kan de lens in zijn geheel schakelen tussen een transparante en zwarte toestand. De volgende uitdaging was het aanbrengen van verschillende zones in dit geleidend kunststoflaagje ('de zogenaamde pixels') zodat nu ook bepaalde regio's van het oppervlak verduisterd konden worden, in plaats van enkel de lens in zijn geheel.
Aanbrengen van de pixels
Als eerste stap werd onderzocht hoe het samentrekken en uitzetten van de iris kon worden nagebootst door deze verschillende zones of pixels in de lens aan en uit te schakelen.
Dit gedrag werd geïmplementeerd door middel van concentrische zones, die dan onafhankelijk van elkaar donker worden. Het aanbrengen van deze pixels is net hetzelfde als het aanbrengen van een patroon in het geleidend kunstoflaagje. Dit omdat de lens precies daar donker wordt, waar ze een elektrisch veld ondervindt.
Voor deze patronering werd een laser gebruikt die door middel van zijn laserstraal zones van de geleidende kunststof elektrisch van elkaar kan isoleren. Hij brandt namelijk overal waar hij passeert de geleidende laag weg.
Op deze manier werd een lens bekomen met 9 concentrische ringen, waarbij elke ring onafhankelijk kan verduisterd worden. Door op de gepaste manier de juiste pixels aan te schakelen, wordt zo een iris nagebootst.
Een groot verschil is echter de snelheid waarmee deze lens dit kan: minstens 5 keer zo snel als de normale iris. Dit betekent dus dat mensen die dergelijke lenzen dragen veel minder door de zon kunnen verblind worden omdat hun ogen worden geholpen door razendsnelle lensverduistering.
Daarnaast zou deze lens niet alleen het overtollige licht buiten houden, ze heeft potentieel om ook de zichtscherpte van mensen met irisaandoeningen te verbeteren. Het huidig redmiddel van deze patiënten is een dure operatie waarbij er een vast ringetje in hun oog wordt ingeplant, dat zich niet aan de veranderende lichttoestanden kan aanpassen.
Deze lens heeft dus door zijn actieve werking het potentieel om zowel het probleem van veranderende lichtomstandigheden als van onscherp zicht aan te pakken.
Aansturen van de pixels en zuurstofdoorlatendheid
Het aansturen van de concentrische pixels was mogelijk dankzij het innovatief gebruik van koperbaantjes, bekend van printplaatjes in computers.
Deze koperbaantjes werden zodanig gepatroneerd dat in een rechthoekig connectiestrookje van slechts 3 mm een volledige lens met 9 pixels kon worden aangestuurd.
Een ander probleem was echter de zuurstoftransparantie. Gewone contactlenzen hebben namelijk microkanaaltjes langs waar zuurstof het oogvlies kan bereiken. In de artificiële iris lens zit echter een LCD schermpje, waar zuurstof niet zomaar doorheen kan.
Daarom introduceerden de ingenieurs nog een extra specificatie in het ontwerp: ze brachten in het midden van de lens een cirkelvormige opening aan, waardoor vanaf nu de zuurstof zonder problemen het oogvlies kan bereiken en het oog dus gezond blijft.
Uitdagingen voor de toekomst
In zijn huidige staat is de lens nog niet draadloos. Een van de uitdagingen voor de toekomst is het draadloos maken van deze lens, wat praktisch gezien zeker haalbaar is met de huidige stand van zaken en de razendsnelle evoluties in het gebied van elektronische contactlenzen.
Om tot dit draadloos werkingsmechanisme te komen zijn er 3 voorname stappen nodig. Ten eerste moet de lens draadloos voorzien worden van energie. Vervolgens moet het mogelijk worden om in de lens zelf de lichtinval te meten zodat de lens autonoom zijn aangepaste verduistering kan instellen. Tot slot moet ook de geometrie van de lens worden herbestudeerd om zo de meest comfortabele en praktische draagvorm te bepalen.
(bron: Vlaamse Scriptieprijs)
VIDEO
