De los polímeros convencionales a los materiales inteligentes y fotocurables
Introducción
La evolución de los lentes oftálmicos se ha centrado principalmente en conseguir mayor índice de refracción, menor peso, mayor resistencia al impacto y mejores propiedades ópticas. Actualmente el desarrollo va mucho más allá: se buscan materiales que puedan integrarse con diseños digitales complejos, filtros selectivos, estructuras microscópicas e incluso procesos de fabricación aditiva.
Nuevos materiales para la fabricación de lentes oftálmicos
1. Materiales de alto índice de nueva generación
Uno de los grandes avances ha sido el desarrollo de polímeros capaces de alcanzar índices de refracción de 1.60, 1.67 y 1.74, manteniendo un equilibrio entre espesor, peso, resistencia y calidad óptica.
Un muy buen ejemplo es la familia MR™ de Mitsui Chemicals, basada en materiales de tiouretano. La ventaja del tiouretano es interesante desde la ciencia de materiales pues la incorporación de azufre permite aumentar el índice de refracción sin tener que recurrir a aumentar la densidad del material.
La empresa desarrolló MR-6 (1.60) en 1987, posteriormente MR-7 (1.67), MR-8 y MR-174. El MR-174 alcanza índice de refracción de 1.74.
Estos materiales que aportan menor espesor, menor peso, buena resistencia mecánica, mejor relación índice/número de Abbe que algunos materiales de alto índice tradicionales, posibilidad de incorporar diferentes funciones mediante pigmentos y tecnologías de recubrimiento entre otros beneficios son utilizados por numerosos fabricantes de lentes oftálmicos a nivel mundial.
2. Materiales Trivex y nuevos materiales de equilibrio óptico
Otra línea de investigación y desarrollo consiste en buscar un material que no tenga que sacrificar demasiado una propiedad para mejorar otra. Un buen ejemplo es el TRIVEX® de PPG, que se describe como un material que combina calidad óptica, bajo peso, resistencia al impacto y protección UV. Además, presenta un número de Abbe elevado en comparación con el policarbonato, lo que puede contribuir a reducir la aberración cromática periférica.
PPG también produce TRIBRID® 1.60, que representa otra aproximación hacia materiales de índice medio/alto buscando equilibrio entre propiedades.
3. Materiales de origen parcialmente biológico
Aquí aparece una tendencia particularmente interesante: desarrollar materiales ópticos utilizando materias primas de origen vegetal.
Mitsui Chemicals, por ejemplo, comercializa la familia Do Green™, incluyendo materiales de alto índice con componentes derivados de fuentes vegetales, un ejemplo es MR-160DG™, índice 1.60, comercializado desde 2022. Esto introduce una nueva variable en la ciencia de materiales; no solamente importa cómo funciona ópticamente el material, sino también de dónde provienen sus materias primas y cuál es su impacto ambiental.
4. Nanocompuestos poliméricos
Esta es una de las áreas más interesantes desde el punto de vista científico.
Un nanocompuesto combina una matriz polimérica con partículas o estructuras de dimensiones nanométricas. La idea es modificar propiedades específicas del polímero como la resistencia mecánica; la estabilidad térmica; la resistencia superficial; el comportamiento frente a la radiación UV; la transmisión espectral y algunas propiedades ópticas.
Aquí todavía debemos ser cuidadosos: no todo nanocompuesto investigado para óptica se encuentra comercialmente disponible como material de lente oftálmico de uso masivo, por eso, conviene presentarlos como una plataforma de investigación y desarrollo, más que afirmar que ya reemplazaron a los materiales tradicionales.
5. Materiales fotocurables
Aquí encontramos probablemente uno de los cambios más revolucionarios.
Tradicionalmente el bloque es tallado generando las superficies, se pulen, se le hacen los recubrimientos necesarios y se procede al montaje.
Con un material fotocurable, la lógica puede cambiar; el material líquido se deposita en una cubeta, se expone a la luz controlada y específica, se procede a la polimerización y se logra el lente sólido para proceder al montaje.
La luz inicia una reacción de fotopolimerización, convirtiendo el material líquido en un polímero sólido, esto permite pensar en fabricar directamente geometrías que serían difíciles o imposibles de obtener mediante los métodos tradicionales.
6. Fotopolímeros para fabricación aditiva
Aquí aparece una empresa que merece un capítulo propio:
Luxexcel desarrolló una tecnología de fabricación aditiva de lentes oftálmicos utilizando fotopolímeros curables por UV.
Su tecnología Printoptical permite construir componentes ópticos a partir de modelos digitales y evitar parte de las operaciones tradicionales de tallado y pulido. Estudios sobre la tecnología describen un fotopolímero UV con índice aproximado de 1.53 utilizado para fabricar componentes ópticos de geometría libre.
La importancia de esta tecnología no está únicamente en "imprimir un lente". Está en poder pasar de un bloque de material a una superficie óptica hasta crear un archivo digital que directamente pase a un volumen óptico tridimensional.
Luxexcel ya había reportado producción de lentes oftálmicos impresos en 3D y aplicaciones para lentes especiales y gafas inteligentes permitiendo pensar en pasar con esta tecnología a lentes que integren en un mismo volumen graduación; prismas; geometrías asimétricas, superficies complejas; elementos ópticos especiales y funcionalidades para dispositivos inteligentes.
Esto abre una conexión muy interesante entre optometría, ciencia de materiales, inteligencia artificial y fabricación digital.
7. Materiales para lentes de control de miopía
Aquí debemos hacer una distinción importante:
El material y el diseño óptico no son exactamente lo mismo. Un lente para control de miopía puede utilizar un material polimérico convencional, pero incorporar microestructuras ópticas extremadamente precisas y localizadas.
Por tanto, el futuro no necesariamente consiste en inventar un polímero completamente nuevo, sino crear un material suficientemente preciso para permitir fabricar sobre él microestructuras ópticas cada vez más complejas.
8. Materiales capaces de incorporar funciones espectrales
Otra dirección consiste en que el material del lente deje de ser simplemente transparente y se convierta en un medio óptico funcional. Por ejemplo el control de determinadas longitudes de onda; la absorción selectiva; el fototropismo; los filtros terapéuticos; el control del deslumbramiento y la modificación controlada de la transmisión espectral.
Mitsui Chemicals, por ejemplo, presenta NeoContrast™, un material que utiliza control de longitudes de onda para bloquear determinadas longitudes asociadas al deslumbramiento y facilitar la discriminación de color y luminosidad.
Esto es muy interesante porque permite pasar de un lente que corrige la refracción a un lente que modifica deliberadamente el ambiente luminoso que recibe el sistema visual.
9. Recubrimientos que también son materiales avanzados
No debemos olvidar que el futuro del lente no está solamente en el sustrato, los recubrimientos también están evolucionando desarrollando capas hidrofóbicas; oleofóbicas; tratamientos anti reflejo; anti empañamiento; resistencia a la abrasión; recubrimientos foto curables y sistemas híbridos UV/térmicos.
Conclusión
La verdadera revolución no será simplemente encontrar un plástico con mayor índice de refracción. El lente oftálmico del futuro podría dejar de ser una pieza de plástico mecanizada para convertirse en un objeto óptico tridimensional diseñado digitalmente a nivel molecular y fabricado de manera personalizada que permita que el lente sea simultáneamente:
MATERIAL + GEOMETRÍA + FILTRO + MICROESTRUCTURA + PERSONALIZACIÓN DIGITAL
Marco Aurelio Torres Segura, OD.
Coordinador Académico CAMPLUS
Director científico Laboratorio Óptico Visualizamos
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