Un piccolo graffio può bastare per rendere inutilizzabile una lente a contatto. Ogni giorno milioni di persone sostituiscono le proprie lenti non solo per usura naturale, ma anche per microdanni causati dalla pulizia, dalla manipolazione o dal semplice utilizzo quotidiano.
Un nuovo studio pubblicato sulla rivista ACS Applied Polymer Materials suggerisce però che questa situazione potrebbe cambiare. Un gruppo di ricercatori della Dankook University, in Corea del Sud, ha sviluppato un innovativo idrogel autoriparante capace di recuperare gran parte della propria resistenza strutturale dopo l’esposizione alla luce ultravioletta (UV), senza bisogno di alte temperature.
La ricerca è ancora nelle fasi sperimentali, ma rappresenta un importante passo avanti nello sviluppo di materiali intelligenti destinati all’oftalmologia e, più in generale, ai dispositivi biomedicali.
Perché un graffio rende inutilizzabile una lente a contatto
Le moderne lenti a contatto morbide sono realizzate con materiali chiamati idrogel, reti tridimensionali di polimeri che possono trattenere grandi quantità d’acqua. È proprio questa caratteristica a renderle morbide, flessibili e confortevoli da indossare.
Il problema è che, quando questi materiali vengono danneggiati, i loro legami chimici si rompono in modo permanente.
Anche graffi apparentemente invisibili possono avere conseguenze importanti. Le microscopiche scanalature alterano il passaggio della luce, aumentando fenomeni come riflessi e abbagliamento. Inoltre, rappresentano superfici ideali per l’accumulo di batteri, proteine lacrimali e altri residui che possono favorire irritazioni oculari o infezioni come la cheratite, un’infiammazione della cornea che, nei casi più gravi, può compromettere la vista.
Per questo motivo una lente graffiata viene generalmente sostituita.
Il limite degli idrogel autoriparanti tradizionali
Negli ultimi anni la ricerca sui materiali autoriparanti ha compiuto enormi progressi.
Esistono già idrogel capaci di richiudere piccoli danni, ma presentano un limite importante: per riattivare il processo di riparazione è necessario riscaldarli a temperature molto elevate, spesso superiori agli 80 °C.
Un trattamento del genere è incompatibile con una lente a contatto.
Il calore, infatti, provoca una forte perdita di acqua, irrigidisce il materiale e ne altera le proprietà ottiche e meccaniche, rendendolo inadatto all’utilizzo sull’occhio.
Come funziona il nuovo materiale
Il gruppo di ricerca sudcoreano ha cercato una soluzione completamente diversa.
L’idrogel sviluppato utilizza un particolare agente reticolante contenente legami disolfuro, cioè legami chimici tra due atomi di zolfo.
Questi legami possiedono una caratteristica molto interessante: possono rompersi e ricomporsi quando vengono esposti a una specifica lunghezza d’onda della luce UV, pari a 365 nanometri.
In pratica funzionano come piccoli “ganci molecolari” che si aprono e si richiudono, permettendo alle catene polimeriche di ricongiungersi dopo un danno.
Il risultato è una vera e propria autoriparazione del materiale senza ricorrere al calore.
I test di laboratorio
Per verificare l’efficacia della nuova tecnologia, i ricercatori hanno prodotto campioni di idrogel utilizzando HEMA (2-idrossietil metacrilato), uno dei principali componenti impiegati nella produzione delle lenti a contatto morbide.
Successivamente i campioni sono stati deliberatamente tagliati con una lametta per simulare un danno reale.
A questo punto sono stati confrontati due diversi metodi di riparazione:
- esposizione al calore;
- esposizione alla luce UV a temperatura ambiente.
I risultati sono stati particolarmente interessanti.
Con il trattamento termico è stato necessario mantenere il materiale a 80 °C per circa quattro ore prima di ottenere un recupero significativo della resistenza meccanica.
La luce UV, invece, ha permesso di recuperare circa il 92% della resistenza originaria in appena un’ora, senza alterare il contenuto di acqua dell’idrogel.
Perché la luce UV funziona meglio del calore
La differenza principale riguarda proprio l’acqua.
Gli idrogel devono la loro elasticità all’elevato contenuto idrico.
Durante il trattamento termico gran parte dell’acqua evapora rapidamente, lasciando il materiale più secco e rigido. In alcune prove il contenuto d’acqua è sceso sotto il 5%, compromettendo la capacità del polimero di ricostruire la propria struttura.
L’esposizione alla luce UV, invece, mantiene il materiale idratato.
In queste condizioni le catene polimeriche conservano la flessibilità necessaria per riorganizzarsi spontaneamente, favorendo la ricostruzione del materiale danneggiato.
Una tecnologia che potrebbe andare oltre le lenti a contatto
Sebbene lo studio sia stato pensato per le lenti a contatto, il principio potrebbe trovare applicazione anche in altri dispositivi biomedicali.
Materiali autoriparanti di questo tipo potrebbero essere utilizzati, ad esempio, in:
- lenti intraoculari;
- dispositivi medici morbidi;
- sensori indossabili;
- biomateriali destinati alla medicina rigenerativa.
La possibilità di allungare la durata dei materiali senza comprometterne sicurezza e prestazioni rappresenta infatti un obiettivo importante per numerosi settori della ricerca.
Non arriveranno presto nei negozi
Nonostante l’entusiasmo suscitato dai risultati, gli stessi autori invitano alla prudenza.
I test sono stati effettuati esclusivamente su campioni di laboratorio, non su vere lenti utilizzate quotidianamente.
Restano ancora molte domande aperte.
Sarà necessario verificare se il materiale mantiene la propria efficacia dopo migliaia di ammiccamenti, numerosi cicli di pulizia, esposizione alle lacrime, ai depositi proteici e ai comuni disinfettanti utilizzati dai portatori di lenti.
Occorrerà inoltre dimostrarne la completa biocompatibilità, la stabilità ottica e la sicurezza durante un utilizzo prolungato.
La ricerca sui materiali intelligenti continua
Negli ultimi anni la scienza dei materiali sta sviluppando superfici sempre più sofisticate, capaci di adattarsi, autoripararsi o modificare le proprie caratteristiche in risposta agli stimoli esterni.
Il nuovo idrogel sviluppato in Corea del Sud si inserisce pienamente in questa evoluzione.
Non significa che nei prossimi mesi saranno disponibili lenti a contatto che si riparano da sole, ma dimostra che progettare materiali capaci di recuperare spontaneamente i danni è ormai una possibilità concreta.
Se studi futuri confermeranno questi risultati anche in condizioni reali di utilizzo, questa tecnologia potrebbe contribuire a rendere le lenti a contatto più resistenti, sicure e durature, riducendo gli sprechi e migliorando l’esperienza di milioni di utilizzatori.