Slimme elektronische contactlens met artificiële iris

De contactlens met artificiële iris. Links: foto van de slimme contactlens; rechts: top level block diagram van de lens met een LCD bestaande uit vier ringen.

De menselijke iris regelt de hoeveelheid licht die in het oog valt door de pupil te vernauwen of te verwijden. Mensen waarbij de iris gedeeltelijk of volledig ontbreekt – bijvoorbeeld door de genetische aandoening aniridie – zijn extreem gevoelig voor licht en hebben een verminderde zichtscherpte. Er bestaan al kunstmatige oplossingen om de lichthoeveelheid te regelen – zoals statische contactlenzen met een vaste iris, kunstmatige irisimplantaten of een bril met variabele transparantie – maar die bootsen nog niet de volledige functionaliteit van de iris na, waardoor patiënten bijvoorbeeld niet scherp zien.

Om zowel de lichttransmissie als de scherptediepte te verbeteren, ontwikkelde het Centre for Microsystems Technology (een imec-geaffilieerde onderzoeksgroep aan de UGent) een elektronische lens die in staat is om de pupilgrootte dynamisch te veranderen. In de lens zit LCD-technologie geïntegreerd met ringvormige pixels die de beweging van de iris perfect nabootsen. Die bewegingen worden aangestuurd door ultradunne elektronica, waaronder een oogknipperdetector en een fotodiode die de hoeveelheid binnenvallend licht detecteert. Het volledige systeem verbruikt weinig energie (148 nW), waardoor de lens enkel ‘s nachts hoeft te worden opgeladen. Dat gebeurt draadloos, via een ingebouwde NFC-chip (near-field communication).

De gunstige optische effecten van de elektronische lens werden aangetoond in een labo-omgeving bij verschillende lichtomstandigheden en met behulp van simulaties op basis van 3D-data van een aniridiepatiënt. De onderzoeksresultaten werden 4 september gepubliceerd in Scientific Reports van Nature. Ze zijn het gevolg van een samenwerking tussen het Centre for Microsystems Technology, Holst Centre (een innovatiecentrum van imec en TNO in Nederland) en het Spaanse Instituto de Investigación Sanitaria Fundación Jiménez Díaz.

“Door onze expertise op vlak van flexibele elektronica, vloeibare kristal (LC)-technologie, laagvermogen chipontwerp en hybride integratie te combineren, zijn we erin geslaagd om de iris na te bootsen in een contactlens”, zegt onderzoeksprofessor Andrés Vásquez Quintero (imec/UGent). “In tegenstelling tot de huidige oplossingen kan deze elektronische irislens niet alleen de hoeveelheid invallend licht regelen, maar ook de scherptediepte verbeteren. Daarmee hebben we het potentieel aangetoond van een medische oplossing voor mensen met oogafwijkingen aan de iris, waarvan er wereldwijd zo’n 20 miljoen zijn.”

In de volgende fase zal het prototype verder ontwikkeld worden zodat de elektronische contactlens klinisch gevalideerd kan worden. Dat zal gebeuren binnen Azalea Vision, een incubatieproject van imec en UGent rond deze technologie. De ambitie van Azalea Vision is om een contactlens op de markt te brengen die een oplossing biedt voor alle oogaandoeningen die tot verminderde lichtgevoeligheid en scherptediepte leiden.

“We zijn ervan overtuigd dat de artificiële irislens alles in zich heeft om een gamechanger te worden in de oogheelkunde”, zegt Luc Van den hove, president en CEO van imec. “Om het team verder te ondersteunen in zijn ambities om deze veelbelovende technologie te commercialiseren, zijn we met het investeringsfonds imec.xpand een incubatieproject opgestart. Dat is het doel van imec: meerwaarde voor de samenleving creëren door middel van baanbrekende onderzoeksresultaten en spin-off-creatie.”

“Het Azalea Vision-initiatief draagt bij aan onze jarenlange trackrecord in het creëren van spin-off’s op het gebied van de fotonica en microsystemen”, aldus Rik Van de Walle, rector van de Universiteit Gent. “Veel van deze nieuwe bedrijven richten zich op belangrijke medische problemen en er zijn nog verschillende andere initiatieven in voorbereiding.”