Photoinduced Change in Refractive Index of Functional Polymers for Ophthalmic Applications

Autor: Träger, Jens
Přispěvatelé: Hampp, Norbert (Prof. Dr.)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2010
Předmět:
Popis: Die Katarakt oder der „Graue Star“ ist eine Erkrankung des Auges, in deren Verlauf sich die ursprünglich klare Augenlinse trübt. Katarakt ist weltweit die häufigste Ursache für Blindheit. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 50 Millionen Menschen auf Grund einer Katarakt erblindet sind. Obwohl die genauen Ursachen der Entstehung einer Katarakt nach wie vor Gegenstand intensiver Forschung sind, so gilt doch als gesichert, dass es sich meist um einen alterungsbedingten Effekt handelt. Es gibt weder eine wissenschaftlich abgesicherte Prävention der Katarakt noch eine medikamentöse Therapie, die den Krankheitsverlauf stoppen oder gar die Trübung zurückbilden könnte. Die einzige Möglichkeit die Katarakt zu behandeln, ist die chirurgische Entfernung der getrübten Linse gefolgt vom Einsetzen einer Kunststofflinse, einer sogenannten Intraocularlinse (IOL), in das Auge. Die Kataraktoperation ist heute eine der sichersten, effektivsten und am häufigsten durchgeführten Operationen überhaupt. Jedoch kann es zu gewissen spezifischen postoperativen Komplikationen und Problemen kommen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Lösung für ein Hauptproblem der Behandlung mit IOLs zu bieten. Eine typische postoperative Komplikation der Kataraktchirurgie ist, dass die Brechkraft der implantierten IOL oftmals nicht den Wert hat, der für eine optimale Sehschärfe erforderlich wäre. Der Patient ist dann nach der Kataraktoperation auf das Tragen von Sehhilfen angewiesen. Der Hauptgrund für diese Abweichung ist, dass das Auge ein aus mehreren brechenden Grenzflächen bestehendes komplexes optisches System darstellt. Die Auswertung klinischer Studien hat ergeben, dass etwa 80% der Kataraktpatienten nach der Operation eine Abweichung im Bereich von einer Dioptrie um das angestrebte Refraktionsziel haben. Bei weiteren 10% der Patienten ist die Abweichung mit zwei oder mehr Dioptrien sogar noch größer. Die meisten der mit IOLs behandelten Patienten benötigen also nach der Operation eine Sehhilfe oder die IOL muss in einer weiteren Operation explantiert und durch eine andere ersetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Lösung für das beschriebene Problem, der bei vielen Patienten unzureichenden Sehleistung nach der Implantation einer IOL, entwickelt. Die Brennweite der IOL wird postoperativ und nicht-invasiv gezielt verändert, indem der Brechungsindex des Linsenmaterials mittels eines photochemischen Prozesses modifiziert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Polymere, die für die Herstellung einer IOL geeignet sind, synthetisiert und charakterisiert. Diese Polymere tragen photoaktive Linkergruppen entlang ihres Rückgrats. Die photoinduzierte Verknüpfung der photoaktiven Linkermoleküle führt zu einer Erniedrigung des Brechungsindex der IOL. Die maximal mögliche Brechungsindexänderung der im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Polymere beträgt gut 0,03, was eine Brechkraftänderung von etwas mehr als 2,5 Dioptrien bei einer Standard-IOL ermöglicht. Mittels einer solchen postoperativen Behandlung benötigten also fast alle Kataraktpatienten nach der Operation und anschließender Feineinstellung der IOL keine Sehhilfe mehr. Verglichen mit anderen Ansätzen, die Brechkraft einer IOL postoperativ zu verändern, bietet die hier vorgestellte Lösung den weiteren Vorteil, dass die Änderung der Brechkraft praktisch ohne zeitliche Verzögerung eintritt. Dies ermöglicht eine direkte Messung und Kontrolle der erreichten Sehschärfe. Die photoinduzierte Änderung der Brechkraft kann mehrmals durchgeführt werden und es ist auch eine Änderung zurück in Richtung des Ausgangswerts möglich, wenn eine entsprechend andere Wellenlänge verwendet wird.
A cataract is a clouding of the eye’s lens that affects vision, causing images to look blurred or fuzzy. It is the leading cause of blindness worldwide with an estimated 50 million people suffering from this illness. Although the exact causes of cataract formation are still a topic of intense research, it is thought that most cataracts are related to aging and are usually caused by the denaturing of lens proteins, resulting in crystallization of the lens. The only way to treat cataract is to surgically remove the cloudy lens. The natural lens is then replaced with an artificial polymeric lens, a so-called intraocular lens (IOL). Cataract surgery is one of the safest, most effective and most common procedures and is performed tens of millions of times every year. However, there are some specific related postoperative problems. The aim of this work is to overcome one major drawback of IOLs. A typical postoperative complication in cataract surgery is that the refractive power of the implanted IOL is often not sufficient for optimal vision, requiring the patient to use prescription eye wear. This is mainly because the eye is a complex optical system and the biometric data required for the calculation of the IOL’s shape cannot be determined with sufficient precision before surgery. In particular, vision is strongly influenced by the radius of curvature of the cornea and the length of the eye ball. In addition, the exact location of the IOL in the capsular bag may change unpredictably during surgery or afterwards while the wound is healing, making the initial IOL design no longer optimal.Most patients treated with IOLs need prescription eye wear for optimal vision following cataract surgery or the IOL needs to be explanted and changed to a more suitable one in another surgery. This thesis develops a solution to this problem of poor imaging performance. The focal length of an IOL is tuned postoperatively in a non-invasive manner by changing the refractive index of the implanted lens through a photochemical process. Polymers, suitable for the fabrication of an IOL, were synthesized and characterized. These polymers have a specific photo-active linker group attached to the polymer backbone. Photo-induced cross-linking of these photo-active linker molecules leads to a decrease in the IOL’s refractive index. The maximum change in refractive index of the polymers synthesized here is more than 0.03, enabling a fine-tuning of more than 2.5 diopters in a standard IOL. With such postoperative treatment nearly all patients should not need viewing aids after cataract surgery. Compared with other approaches for tuning the refractive power of an IOL, the system presented here offers further advantages since the focal length change is induced with virtually no delay. This makes a direct analysis and control of the achieved visual acuity possible. Photo-controlled tuning may be performed more than once and even a change back towards the initial value is possible by using another irradiation wavelength.
Databáze: OpenAIRE
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