哈利法大學(xué)開(kāi)發(fā)專為色盲佩戴的3D打印眼鏡

2022年9月23日，南極熊獲悉，哈利法大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一套 3D 打印眼鏡，可以治愈色覺(jué)缺陷 (CVD) 疾病。

據(jù)悉，眼鏡由3D 打印的框架和有色鏡片組成，通過(guò)阻擋不需要的波長(zhǎng)有效地工作，同時(shí)對(duì)其余的可見(jiàn)光譜保持透明。

有色覺(jué)缺陷的志愿者通過(guò)佩戴眼鏡測(cè)試后，表示顏色識(shí)別方面有顯著改善，科學(xué)家們得出結(jié)論，他們的眼鏡“在對(duì)抗色盲方面具有巨大潛力”。

△哈利法大學(xué)團(tuán)隊(duì)的 3D 打印眼鏡

開(kāi)發(fā)治療色盲的方法

色盲是一種常見(jiàn)的先天性疾病，它限制了患者區(qū)分某些顏色深淺的​​能力。根據(jù)慈善機(jī)構(gòu)Color Blind Awareness的數(shù)據(jù)，1/12 的男性和 1/200 的女性患有色盲。這種疾病使得識(shí)別交通信號(hào)燈或新鮮食物的顏色等日常任務(wù)變得非常困難，這是由受影響患者眼睛視網(wǎng)膜中的感光“錐體”細(xì)胞缺陷引起的。

在健康的眼睛中，藍(lán)色、紅色和綠色視錐細(xì)胞共同作用以檢測(cè)原色。當(dāng)這些細(xì)胞類型中的一種出現(xiàn)故障或缺失時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致色盲。雖然基因療法目前正在開(kāi)發(fā)中，但仍處于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，這意味著患者需要佩戴眼鏡或隱形眼鏡來(lái)改變他們的顏色感知。

自 2012 年以來(lái)， Enchroma等公司就開(kāi)始提供此類眼鏡，并表示其眼鏡非常有效，但仍難以為患者定制這些眼鏡�？紤]到這一點(diǎn)，哈利法研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向 3D 打印來(lái)開(kāi)發(fā)他們自己的框架，可以根據(jù)用戶的顏色校正需求進(jìn)行定制。

△染色 3D 打印眼鏡與市場(chǎng)上一些市售眼鏡之間的效率比較，圖片來(lái)自哈利法大學(xué)

測(cè)試色彩校正

科學(xué)家在SOLIDWORKS上設(shè)計(jì)了一副眼鏡原型，然后在 Prusa SL1S系統(tǒng)上使用ASIGA DentaClear 和 Gray 樹(shù)脂打印。在此過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)固化時(shí)間和層厚度對(duì)于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的光學(xué)和機(jī)械性能至關(guān)重要，每層 6 秒的打印時(shí)間和 25 微米的厚度被證明是理想的。

為了制造眼鏡鏡片，研究人員將他們的樹(shù)脂與 Atto 565 和 Atto 488 波長(zhǎng)過(guò)濾染料結(jié)合在一起，從而獲得了所需的著色效果。當(dāng)安裝到鏡架上并準(zhǔn)備好進(jìn)行測(cè)試時(shí)，它們可以阻擋 480-510 nm 和 550-580 nm 之間的 CVD 患者不需要的波長(zhǎng)。

與現(xiàn)成的 Enchroma 眼鏡相比，還發(fā)現(xiàn) 3D 打印眼鏡可以濾除相似波長(zhǎng)的光，同時(shí)在透射的光中表現(xiàn)出“更好的選擇性”。在實(shí)踐中，這意味著 3D 打印眼鏡能夠阻擋 50% 以上的不需要的波長(zhǎng)，但對(duì)可見(jiàn)光譜上的其他光保持 85% 以上的透明度。

志愿者后來(lái)在標(biāo)準(zhǔn) Ishihara 色盲測(cè)試中使用該眼鏡在顏色識(shí)別方面實(shí)現(xiàn)了 45% 和 200% 的改進(jìn)，團(tuán)隊(duì)表示，他們的 3D 打印框架代表了一種可行的 CVD 患者替代療法，比商業(yè)眼鏡更可定制和更有效。

“結(jié)果表明，我們的 3D 打印眼鏡在過(guò)濾不需要的波長(zhǎng)方面比市售的 CVD 眼鏡更具選擇性，”該團(tuán)隊(duì)在他們的論文中總結(jié)道�！癧我們的] 研究結(jié)果表明，這些 3D 打印有色眼鏡在對(duì)抗色盲方面具有巨大潛力，因?yàn)樗鼈円子谥圃旌投ㄖ疲�可以根�?jù)患者的需要進(jìn)行定制�！�

△TUM 開(kāi)發(fā)的 3D 打印紅外護(hù)目鏡和觸覺(jué)套筒系統(tǒng)，圖片來(lái)自 Manuel Zahn 和 Armaghan Ahmad Khan。

Khalifa 團(tuán)隊(duì)的 3D 打印眼鏡并不是第一個(gè)使用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的解決視力障礙的眼鏡。今年早些時(shí)候，慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM) 的研究人員開(kāi)發(fā)了3D 打印觸覺(jué)反饋眼鏡，讓視力障礙者無(wú)需拐杖也能導(dǎo)航。