Prototyp eines Pupillenweitensensors (Foto: M. Hintz, CiS)
Die mit zunehmendem Alter des Menschen abnehmende Akkommodationsfähigkeit des Auges (Alterssichtigkeit/Presbyopie) kann durch Sehhilfen kompensiert werden. Bei einer zusätzlichen Linsentrübung (Grauer Star/Katarakt) sind die Entfernung der Linse und die Implantation einer Intraokularlinse (IOL) notwendig.
Da diese Ersatzlinse jedoch starr ist, besteht nach der Operation trotz deutlich verbesserten Sehvermögens dennoch keine Akkommodationsfähigkeit mehr. Gegenwärtig ist in diesem Fall auch eine Implantation multifokaler Intraokularlinsen möglich, die die Akkommodation zum Teil ersetzen können, jedoch verschlechtert dies das Kontrastsehvermögen.
Der im BMBF-geförderten Projekt „Akkosys“ verfolgte neue Ansatz zur Lösung dieses Problems ist ein smartes Mikrosystem, das anstelle einer Intraokularlinse im Kapselsack des Auges implantiert wird. Wichtige Ergebnisse aus der Grundlagenforschung kommen dazu aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Autark arbeitend, soll das Mikrosystem je nach Akkommodationsbedarf den Fokus eines integrierten aktiv optischen Elementes anpassen. Die Änderung des Fokus wird durch Verschiebung der beweglichen Linse eines Drei-Linsen-Systems (Triple-Optik) erfolgen.
Zur Erfassung des Akkommodationsbedarfs muss der sogenannte Pupillen-Nahreflex gemessen werden. Dazu entwickelt das CiS Forschungsinstitut gegenwärtig ein optisches Sensorsystem, das den Pupillendurchmesser und gleichzeitig die Gesamthelligkeit misst. Aus diesen Signalen werden Eingangsregelgrößen für das aktuatorisch arbeitende Linsensystem abgeleitet.
Das optische Sensorsystem basiert auf leistungsfähigen, nur 500 µm breiten Fotodioden, welche kreuzförmig um das Zentrum der optischen Achse angeordnet sind. Zur Kontaktierung dieser winzigen Detektoren stehen nur extrem kleine Kontakte von 100 µm Breite in einem Abstand von nur 40 µm auf einem Polyimide-Ring zur Verfügung. Zusätzlich ist dieser Ring mit weiteren Komponenten zur Signalvorverarbeitung bestückt. Mittels Flip-Chip-Technologie müssen die Fotodioden hochpräzise in x-y-z-Richtung ausgerichtet und montiert werden. Bereits Verschiebungen oder Verkippungen der filigranen Bauteile von 20 µm (entspricht etwa 1/5 der Dicke eines Haares) können dazu führen, dass die Sensoranordnung nicht mehr optimal in der optischen Achse liegt oder die Kontaktsicherheit nicht mehr gewährleistet ist.
Auf der COMPAMED 2013 zeigt das CiS Forschungsinstitut und seine Partner Prototypenkomponenten im Maßstab 2:1. Bis zum implantierbaren System sind auf der Seite der Sensorik noch eine Reihe wissenschaftlicher und technologischer Herausforderungen zu lösen, wie die weitere Miniaturisierung der optischen Komponenten, die Herstellung von komplexen monolithischen Fotodiodenstrukturen im Silizium-Waferprozess und die Integration der Signalverarbeitung.
Verbundpartner und beteiligte Einrichtungen sind:
- Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Informatik
- Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Angewandte Physik
- CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH
- Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik, Jena
- Universität Tübingen, Department für Augenheilkunde der Augenklinik
Die Trübung der natürlichen Augenlinse oder Katarakt („Grauer Star“) ist nach Angaben der WHO (2010) die weltweit am häufigsten auftretende Ursache für Erblindung, in Deutschland liegt diese Zahl Dank moderner Operationstechniken bei nur 1,2%. Jährlich werden in der Bundesrepublik etwa 650.000 Kataraktoperationen durchgeführt. Nach Angaben der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft gibt es fast 10 Mio. Katarakterkrankte.
Das Forschungsvorhaben „AKKOSYS“ ist Teil des Projektes „KDOptiMi20“ im BMBF-Programm „Spitzenforschung und Innovation in den neuen Ländern“ (Nr. 16SV5474).
Das CiS zeigt aktuelle Forschungsergebnisse auf der COMPAMED 2013, in Halle 8a, Stand H23.1
