עדשות מגע פלזמה ביולוגיות דו מימדיות לתיקון עיוורון צבעים

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Scientific Reports, יוצרו עדשות מגע פלסמוניות דו-ממדיות ביו-תאימות ואלסטיות באמצעות polydimethylsiloxane (PDMS).

מחקר: עדשות מגע פלזמה ביו-מימדיות דו מימדיות לתיקון עיוורון צבעים.

כאן תוכנן ונבדק עיצוב בסיסי זול לתיקון עיוורון צבעים אדום-ירוק על בסיס ננוליטוגרפיה עדינה.

תפיסת צבע אנושית נגזרת משלושה תאים קולטנים בצורת חרוט, קונוסים ארוכים (L), בינוניים (M) וקצרים (S), החיוניים לראיית גוונים אדומים, ירוקים וכחולים, עם רגישות ספקטרלית מקסימלית של 430 , 530 ו-560 ננומטר, בהתאמה.

עיוורון צבעים, הידוע גם בשם חוסר ראיית צבע (CVD), היא מחלת עיניים המעכבת את הזיהוי והפירוש של צבעים שונים על ידי שלושה תאים פוטורצפטורים הפועלים בראייה תקינה ופועלים לפי מקסימום הרגישות הספקטרלית שלהם. מחלת עיניים זו, שעלולה להיות מכווץ או גנטי, נגרם על ידי אובדן או פגם בתאי קולטני קונוס.

תרשים סכמטי של תהליך הייצור של העדשה המוצעת מבוססת PDMS, (ב) תמונות של העדשה המבוססת על PDMS, ו-(ג) טבילה של העדשה מבוססת PDMS בתמיסת זהב HAuCl4 3H2O לזמני דגירה שונים. © Roostaei, נ' וחאמידי, SM (2022)

דיכרואיזם מתרחש כאשר אחד משלושת סוגי תאי הפוטו-קולטנים חסרים לחלוטין;והוא מסווג כפרוטאופטלמיה (ללא קולטני קונוס אדום), דיוטרנופיה (ללא קולטני קונוס ירוק), או עיוורון צבעים טריכרומטי (חוסר קולטני קונוס כחול).

מונוכרומטיות, הצורה הפחות נפוצה של עיוורון צבעים, מאופיינת בהיעדר של לפחות שני סוגי תאי פוטו קולטני חרוט.

מונוכרומטיים הם עיוורי צבעים לחלוטין (עיוורי צבעים) או שיש להם רק קולטנים של קונוס כחול. סוג שלישי של טריכרומטיה חריגה מתרחש אם אחד מסוגי תאי הפוטו-קולטנים מתקלקל.

טריכרומטיה חריגה מתחלקת לשלושה סוגים המבוססים על סוג הפגם בפוטו-קולטן של החרוט: דוטרנומליה (קולטנים לקויים ירוקים פגומים), פרוטנומליה (קולטנים לקויים אדום פגומים), ותאי פוטונומליה (קולטנים לקונוס כחול פגום).

פרוטנים (פרוטנומיה ופרוטנופיה) ודאוטאנים (דאוטרנומליה ודוטרנופיה), הידועים בדרך כלל כפרוטנופיה, הם הסוגים האופייניים ביותר של עיוורון צבעים.

פרוטנומליה, שיאי הרגישות הספקטרלית של תאי חרוט אדומים מוזזים בכחול, בעוד שמרבית הרגישות של תאי חרוט ירוקים מוזזת באדום. בשל הרגישויות הספקטרליות הסותרות של קולטנים ירוקים ואדומים, החולים אינם יכולים להבחין בין הגוונים השונים.

תרשים סכמטי של תהליך הייצור של עדשת המגע הפלסמונית הדו-ממדית המוצעת מבוססת PDMS, ו-(ב) תמונה אמיתית של עדשת המגע הפלסמונית הגמישה הדו-ממדית המיוצרת. © Roostaei, N. and Hamidi, SM (2022)

אמנם הייתה עבודה רבת ערך בפיתוח טיפולים חסיני תקלות לעיוורון צבעים על בסיס מספר אפיקים רפואיים למצב זה, אך התאמות גדולות באורח החיים נותרו בדיון פתוח. ריפוי גנטי, משקפיים כהים, עדשות, מסננים אופטיים, משקפיים אופטואלקטרוניים ושיפורים בנושא מחשבים ומכשירים ניידים הם נושאים שנסקרו במחקרים קודמים.

משקפיים כהים עם מסנני צבע נחקרו ביסודיות ונראה שהם זמינים באופן נרחב לטיפול ב-CVD.

בעוד שמשקפיים אלו מצליחים להגביר את תפיסת הצבע עבור עיוורי צבעים, יש להם חסרונות כמו מחיר גבוה, משקל כבד ותפזורת, וחוסר אינטגרציה עם משקפיים מתקנות אחרים.

לתיקון CVD, עדשות מגע שפותחו באמצעות פיגמנטים כימיים, משטחי מטא פלסמוניים וחלקיקים ננומטריים פלסמונים נחקרו לאחרונה.

עם זאת, עדשות מגע אלו עומדות בפני מכשולים רבים, כולל חוסר תאימות ביולוגית, שימוש מוגבל, יציבות לקויה, מחיר גבוה ותהליכי ייצור מורכבים.

העבודה הנוכחית מציעה עדשות מגע ביולוגיות ואלסטיות דו-ממדיות המבוססות על polydimethylsiloxane (PDMS) לתיקון עיוורון צבעים, עם דגש מיוחד על עיוורון הצבעים השכיח ביותר, עיוורון צבעים חריג דו-אוכרומטי (אדום-ירוק).

PDMS הוא פולימר תואם ביולוגי, גמיש ושקוף שניתן להשתמש בו לייצור עדשות מגע. חומר בלתי מזיק ותואם ביולוגי זה מצא מגוון שימושים בתעשיות הביולוגיות, הרפואיות והכימיות.

בעבודה זו פותחו עדשות מגע פלסמוניות דו-ממדיות ואלסטיות העשויות מ-PDMS, שהן זולות ופשוטות לתכנון, תוך שימוש בגישת ליטוגרפיה ננומטרית מתונה, ונבדק תיקון דיוטרון.

העדשות עשויות מ-PDMS, פולימר היפואלרגני, לא מסוכן, אלסטי ושקוף. עדשת מגע פלסמונית זו, המבוססת על תופעת תהודה פלסמונית של סריג משטחי פלסמוני (SLR), יכולה לשמש כמסנן צבעים מצוין לתיקון חריגות דיוטרונים.

לעדשות המוצעות יש תכונות טובות כמו עמידות, תאימות ביולוגית וגמישות, מה שהופך אותן למתאימות ליישומי תיקון עיוורון צבעים.