Ingenieurs en materiaalwetenschappers in Zuid-Korea hebben een contactlens ontwikkeld die het glucosepeil in traanvocht monitort. Aan deze toepassing wordt al langer gewerkt, maar met het door hen gebruikte materiaal is een flinke stap vooruit gezet.
Hij komt regelmatig terug in futuristische nieuwsberichten over de toekomst van de zorg: de contactlens als ideale meetapparaatje (naast de pleister en de tatoeage, lees: ‘Draagbare pleister meet doorbloeding’ en ‘Tatoeage meet glucose in bloed’). Hij heeft dan ook verschillende voordelen. Een contactlens is – door de meeste mensen – prima te dragen; hij staat in contact met lichaamsvocht, tranen; en het is een klein platformpje waarin de benodigde elektronica is te integreren.
Alleen was het tot nu toe niemand gelukt een goede meet-contactlens te bouwen. De Zuid-Koreaanse wetenschappers en ingenieurs hebben nu een forse stap vooruit gezet. Zo beschrijven ze in het vakblad Science Advances (open access) hoe ze op een zachte contactlens de benodigde componenten integreren.
Op een zacht en doorzichtig materiaal plaatsten ze een glucose-sensor, een gelijkrichter, een antenne en een mini-display van één pixel; zie de illustratie rechts.
Lens monitort
Het idee is dat dat een suikerpatiënt over een paar jaar zo’n lens draagt, die continu de bloedsuikerspiegel in het traanvocht monitort (die reageert met vertraging op het glucosepeil in het bloed). Daalt of stijgt die te veel, dan krijgt de gebruiker direct een seintje, bijvoorbeeld door een klein beeldschermpje ín de lens. Daarnaast komt met zo’n ‘slimme contactlens’ veel langetermijndata beschikbaar, waarmee de ziekte hopelijk nog beter onder controle kan worden gehouden.
Oog beschadigen
Wat het maken van zo'n tot nu lastig maakte zat hem vooral in de kleine elektronische componenten die op of in zo’n lens moesten komen. Conventionele elektronica bestaat immers uit stijve, soms zelfs scherpe onderdeeltjes, die het oog zouden kunnen beschadigen. Dat lossen de onderzoekers nu op door alle componenten van buigzaam en uitrekbaar materiaal te maken; daarover later meer. Verder kan elektronica in een contactlens het zicht van de gebruiker voor een deel wegnemen, wat ook niet echt handig is. Dat pakken de Zuid-Koreaanse ingenieurs aan door de elektronische componentjes aan de rand van de lens te plaatsen, buiten de pupil.
Buigzaam en zacht
Het knappe van deze aanpak zit hem in het ontwerp van de contactlens, een samenspel tussen vorm en materiaalkeuzes. De contactlens is opgebouwd uit twee soorten materiaal: een zeer elastisch substraat van siliconen, dat gemakkelijk vervormt; met daarin eilandjes van een stijver polymeer. De truc is dat deze eilandjes worden gebruikt om (de onderdelen van) de elektronische componenten op te plaatsen. Op die manier kan de lens vervormen zonder dat de elektronica beschadigd raakt.
Met de twee verschillende materialen voor de lens zit er trouwens nog een addertje onder het gras, schrijven de onderzoekers in hun artikel. Als de brekingsindices van de materialen teveel verschilt, kan het resulterende materiaal slecht doorzichtig zijn en voor de drager een vaag beeld opleveren. Gelukkig konden de ingenieurs twee materialen vinden die nauwelijks verschilden in brekingsindex, waardoor hun contactlens prima transparant was.
Nanovezels
Ten slotte moesten de elektronische componenten nog met elkaar worden verbonden. Dit kan niet met een gewoon stroomdraadje, omdat dat het zicht beïnvloedt en gevaarlijk kan zijn. Daarom maakten de Zuid-Koreanen een netwerk van zeer lange en dunne nanovezels, die allemaal samen zowel stroom geleiden als goed te buigen en uit te rekken zijn (zie figuur rechts). Met deze nanovezels werden de verbindingen gelegd tussen de elektronica. Ook de antenne, die data naar buiten stuurt én waarmee de componenten draadloos hun stroom krijgen, werd op deze manier opgebouwd.
Konijn
De contactlens heeft zijn eerste kleine test in de praktijk achter de rug. Uit een proef waarbij een konijn de lens een tijdje in zijn oog had, blijkt dat het materiaal zich goed houdt en dat het dier geen zichtbare last had van de contactlens. Het kleine displaytje op de lens – feitelijk slechts één pixel – gaf goed weer wanneer de bloedsuikerspiegel van het konijn te hoog werd.
Ten slotte werden de materialen aan een stevige duurproef onderworpen: de onderzoekers rekten de contactlens vijfduizend keer een beetje uit en lieten hem weer los. Na deze proef functioneerde het ding nog steeds prima. Het lijkt er dus op dat een slimme contactlens die cruciale lichaamsfuncties meet, met dit onderzoek een duidelijke stap dichterbij is gekomen.
Openingsfoto www.allaboutvision.com. Overig beeldmateriaal: Park et al., Science Advances, 2018.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.