นักวิจัยใข้ 3D Printing สร้างคอนแทคเลนส์เฉพาะบุคคล แล้วเสร็จใน 20 นาที !!

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู (University of Waterloo) ประเทศแคนาดา พัฒนาเทคโนโลยีสร้างคอนแทคเลนส์เฉพาะบุคคลด้วยการพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) สามารถออกแบบเลนส์ให้เข้ากับรูปร่างกระจกตาของผู้สวมใส่แต่ละคนได้โดยเฉพาะ และผลิตแล้วเสร็จได้ภายในเวลาประมาณ 20 นาทีเท่านั้น

ทำไมต้องมีคอนแทคเลนส์เฉพาะบุคคล ?

คอนแทคเลนส์มีพัฒนาการมาอย่างต่อเนื่อง จากอดีตที่เคยผลิตจากแก้วและมีความไม่สบายตาเมื่อสวมใส่เป็นเวลานาน ปัจจุบันมีการใช้วัสดุที่มีความยืดหยุ่นและเข้ากันได้กับดวงตามากขึ้น เช่น ซิลิโคนไฮโดรเจล ทำให้ผู้สวมใส่แทบไม่รู้สึกว่ามีเลนส์อยู่บนดวงตา แม้ผู้ผลิตจะมีคอนแทคเลนส์หลากหลายขนาดและรูปทรง แต่ปัญหายังคงเกิดขึ้นกับผู้ที่มีกระจกตารูปร่างไม่สม่ำเสมอหรือผิดปกติ เพราะคอนแทคเลนส์มาตรฐานอาจไม่สามารถแนบกับพื้นผิวกระจกตาได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ผู้สวมใส่ต้องเลือกระหว่างความสบายกับความคมชัดของการมองเห็น

การแก้ปัญหาด้วยคอนแทคเลนส์สั่งทำเฉพาะบุคคลสามารถช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า แต่กระบวนการดังกล่าวมักต้องใช้เวลานาน มีการนัดหมายเพื่อฟิตติ้งหลายครั้ง และมีค่าใช้จ่ายสูง ทำให้นักวิจัยจากภาควิชาเคมีของมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู มองหาวิธีที่รวดเร็วและเข้าถึงได้ง่ายกว่าเดิมออกมา

ไอเดียของทีมวิจัยคือการนำเทคโนโลยี 3D Printing มาสร้างคอนแทคเลนส์ตามรูปร่างกระจกตาของผู้สวมใส่แต่ละคน แทนการผลิตเลนส์จำนวนมากด้วยรูปทรงมาตรฐาน กระบวนการจะเริ่มจากการเก็บข้อมูลรูปร่างของกระจกตา จากนั้นซอฟต์แวร์เฉพาะทางจะนำข้อมูลดังกล่าวมาสร้างเป็นแบบจำลองดิจิทัลของคอนแทคเลนส์ พื้นผิวด้านในของเลนส์จะถูกออกแบบให้เข้ากับรูปร่างเฉพาะของกระจกตา ขณะที่พื้นผิวด้านนอกสามารถกำหนดให้เหมาะสมกับการแก้ไขปัญหาการมองเห็นของผู้สวมใส่

งานวิจัยใช้กระบวนการพิมพ์ 3 มิติแบบ Digital Light Processing หรือ DLP ซึ่งอยู่ในกลุ่มเทคโนโลยี Vat Photopolymerization ที่ใช้แสงในการทำให้วัสดุแข็งตัวและสร้างเลนส์ขึ้นทีละชั้น เมื่อรวมกระบวนการออกแบบ การพิมพ์ และการปรับสภาพพื้นผิวแล้ว นักวิจัยคาดว่ากระบวนการทั้งหมดสามารถทำให้แล้วเสร็จได้ภายในเวลาประมาณ 20 นาทีเท่านั้น และใช้เวลาเข้าพบผู้เชี่ยวชาญเพียงครั้งเดียว

วัสดุซิลิโคนใหม่สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

หนึ่งในความท้าทายโครงการนี้คือเรื่องของวัสดุ เพราะซิลิโคนทั่วไปไม่เหมาะกับกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ ทีมวิจัยจึงพัฒนาวัสดุซิลิโคน-อะคริเลตชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติชอบน้ำ หรือ Hydrophilic Silicone ซึ่งสามารถดึงดูดและกักเก็บน้ำได้มากขึ้น และสามารถนำมาใช้สร้างโครงสร้างแบบทีละชั้นด้วยเทคโนโลยี 3D Printing ได้ออกมา

วัสดุชนิดใหม่นี้ถูกออกแบบให้มีคุณสมบัติที่จำเป็นต่อคอนแทคเลนส์ ทั้งความโปร่งใส ความสามารถในการให้ออกซิเจนผ่าน ความแข็งแรงทางกล และความเข้ากันได้กับเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับดวงตา

แม้การพิมพ์ 3 มิติจะสามารถสร้างคอนแทคเลนส์ที่มีรูปร่างเฉพาะบุคคลได้ แต่กระบวนการผลิตแบบทีละชั้นก็สร้างปัญหาอีกประการหนึ่ง นั่นคือพื้นผิวของชิ้นงานอาจเกิดลักษณะเป็นขั้นบันได หรือ Stair-step Effect ซึ่งเป็นลักษณะที่พบได้ทั่วไปในชิ้นงาน 3D Printing โดยสำหรับวัตถุทั่วไป ความไม่เรียบดังกล่าวอาจไม่ได้สร้างปัญหามากนัก แต่เมื่อเป็นคอนแทคเลนส์ซึ่งมีขนาดเล็กและต้องสัมผัสกับดวงตาโดยตรง พื้นผิวที่ไม่เรียบอาจส่งผลต่อความสบายในการสวมใส่ รวมถึงคุณภาพของการมองเห็น

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยพัฒนากระบวนการเคลือบผิวแบบพิเศษที่เรียกว่า Non-contact Fluidization Coating ซึ่งเป็นการเคลือบพื้นผิวด้วยชั้นวัสดุที่บางมาก เพื่อทำให้พื้นผิวของเลนส์เรียบขึ้น โดยยังคงรักษารูปทรงเฉพาะบุคคลที่ออกแบบไว้เดิม

ยังต้องทดสอบกับมนุษย์ก่อนนำไปใช้จริง

ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการเบื้องต้นพบว่า คอนแทคเลนส์ที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีนี้มีคุณสมบัติด้านความเข้ากันได้ทางชีวภาพ หรือ Biocompatibility ซึ่งหมายถึงวัสดุสามารถสัมผัสกับเนื้อเยื่อของดวงตาได้โดยมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาต่อไป นักวิจัยรายงานว่าเลนส์ที่ผลิตด้วย 3D Printing สามารถให้ความคมชัดทางแสงและประสิทธิภาพเชิงกลในระดับใกล้เคียงกับคอนแทคเลนส์เชิงพาณิชย์ โดยมีการตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุและพื้นผิวด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์หลายรูปแบบ

อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์เหล่านี้ยังเป็นเพียงการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ไม่ได้หมายความว่าคอนแทคเลนส์ดังกล่าวสามารถนำไปสวมใส่โดยผู้บริโภคทั่วไปได้ทันที  ขั้นตอนต่อไปของงานวิจัยคือการเตรียมการทดสอบในสถานการณ์การใช้งานจริง หรือการทดลองในสิ่งมีชีวิต เพื่อประเมินว่าคอนแทคเลนส์ที่ผลิตขึ้นสามารถสวมใส่ได้อย่างปลอดภัยและสบายจริงหรือไม่ รวมถึงตรวจสอบผลกระทบต่อสุขภาพดวงตา คุณภาพการมองเห็น และความทนทานของเลนส์เมื่อใช้งานจริง

ทีมวิจัยยังอยู่ระหว่างกระบวนการด้านสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยีและวัสดุที่พัฒนาขึ้น หากการทดสอบในขั้นต่อไปประสบความสำเร็จและเทคโนโลยีผ่านข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและการรับรองทางการแพทย์ ก็มีโอกาสที่จะพัฒนาไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ได้ในอนาคต

สิ่งสำคัญคือคำว่า “ผลิตได้ภายใน 20 นาที” ในปัจจุบันควรเข้าใจว่าเป็นศักยภาพของกระบวนการผลิตตามที่งานวิจัยนำเสนอ ไม่ใช่หมายความว่าผู้บริโภคสามารถเดินเข้าคลินิกและรับคอนแทคเลนส์พร้อมใช้งานภายใน 20 นาทีได้แล้ว เพราะยังมีขั้นตอนการตรวจวัด การออกแบบ การฟิตติ้ง การทดสอบความปลอดภัย และการรับรองที่ต้องดำเนินการอีกหลายขั้นตอน