Lenti a contatto personalizzate stampate in 3D in circa 20 minuti
Un gruppo di ricercatori della University of Waterloo, in Canada, ha sviluppato un processo di produzione additiva per realizzare lenti a contatto rigide adattate alla geometria dell’occhio del singolo paziente. La piattaforma integra la progettazione digitale della lente, un materiale siliconico formulato per la fotopolimerizzazione, la stampa 3D e un trattamento superficiale senza contatto.
Secondo i risultati presentati dal gruppo di ricerca, una lente può essere prodotta, lavata e sottoposta al trattamento di finitura in un tempo complessivo compreso tra 15 e 20 minuti. Il progetto si trova ancora in una fase sperimentale, ma indica la possibilità di trasferire in futuro parte della produzione delle lenti specialistiche direttamente negli studi di optometria o nei centri oftalmologici attrezzati.
Perché le lenti standard non sono adatte a tutti gli occhi
La maggior parte delle lenti a contatto disponibili sul mercato viene prodotta secondo una gamma limitata di diametri, curvature e poteri correttivi. Questa standardizzazione consente una produzione industriale efficiente, ma non sempre permette di seguire con precisione la forma della cornea.
Il problema riguarda soprattutto le persone con superfici corneali irregolari, come può accadere nei pazienti affetti da cheratocono, nelle ectasie corneali o in seguito ad alcuni interventi chirurgici. In queste condizioni, una normale lente morbida può deformarsi seguendo la superficie dell’occhio e non riuscire a compensare adeguatamente le irregolarità ottiche.
Le lenti rigide gas-permeabili possono creare una superficie ottica più uniforme e offrire una correzione visiva migliore, ma la loro applicazione richiede spesso diverse prove. Il professionista deve verificare il centraggio, il movimento della lente, la distribuzione del film lacrimale e i punti di pressione sulla cornea. La lente può quindi essere modificata o sostituita più volte prima di ottenere una configurazione soddisfacente.
Il processo messo a punto dalla University of Waterloo punta a ridurre questa fase di adattamento trasformando direttamente i dati topografici della cornea in una geometria stampabile.
Una superficie interna per la cornea e una esterna per la correzione visiva
Il software sviluppato dal gruppo canadese tratta separatamente le due superfici della lente.
La superficie interna viene progettata in funzione della topografia corneale del paziente. I dati acquisiti attraverso gli strumenti di misurazione dell’occhio vengono utilizzati per costruire una mappa tridimensionale dalla quale ricavare curvature e spessori.
La superficie esterna viene invece definita in base alla correzione ottica richiesta. Deve quindi contribuire a compensare miopia, ipermetropia, astigmatismo o altre alterazioni visive, mantenendo nello stesso tempo lo spessore e la resistenza meccanica necessari.
Questa separazione rappresenta uno degli aspetti più importanti della piattaforma. Una lente non deve infatti limitarsi a riprodurre la forma dell’occhio: deve anche assicurare trasparenza, qualità ottica, stabilità dimensionale e una corretta interazione con la palpebra e il film lacrimale.
Il dottor Sayan Ganguly, ricercatore associato presso il Dipartimento di Chimica della University of Waterloo, ha spiegato che il sistema digitale genera una superficie interna adattata alla cornea e una superficie esterna incaricata di fornire la correzione visiva prescritta.
Un nuovo silicone idrofilo compatibile con la stampa 3D
Uno degli ostacoli principali alla stampa 3D delle lenti a contatto è rappresentato dal materiale. I siliconi vengono impiegati nel settore perché possono combinare biocompatibilità, flessibilità e permeabilità all’ossigeno. Le formulazioni siliconiche tradizionali, tuttavia, non sono necessariamente adatte ai processi di fotopolimerizzazione utilizzati nelle stampanti 3D a resina.
Il gruppo guidato dalla professoressa Xiaowu Shirley Tang, docente di chimica della University of Waterloo e responsabile del Tang Nanotechnology Lab, ha quindi sviluppato una formulazione a base di silicone-acrilato idrofilo. Il materiale deve poter reagire in maniera controllata alla luce della stampante e, dopo la polimerizzazione, conservare le proprietà necessarie per il contatto con l’occhio.
La componente siliconica favorisce il passaggio dell’ossigeno verso la cornea, mentre il carattere idrofilo contribuisce alla bagnabilità della superficie. Una lente poco bagnabile può infatti provocare una distribuzione irregolare del film lacrimale, ridurre il comfort e compromettere la qualità visiva tra un ammiccamento e l’altro.
I ricercatori hanno depositato una domanda provvisoria di brevetto relativa alla formulazione del silicone e stanno preparando la successiva domanda completa. Non è stata annunciata, allo stato attuale del progetto, la partecipazione di un produttore commerciale di lenti a contatto o di una società specializzata in stampanti 3D.
La stampa utilizza la fotopolimerizzazione in vasca
Le lenti vengono prodotte mediante un processo di fotopolimerizzazione in vasca basato su tecnologia DLP, Digital Light Processing. In questo tipo di sistema, un’immagine luminosa viene proiettata sulla superficie della resina liquida e solidifica contemporaneamente un’intera sezione del componente.
La proiezione dell’intero strato può offrire tempi di lavorazione più contenuti rispetto ai sistemi che disegnano ogni sezione punto per punto. Questo aspetto è particolarmente utile per oggetti di piccole dimensioni, come le lenti, nei quali devono essere controllati con precisione spessore, curvatura e continuità della superficie.
La stampa rappresenta però solo una parte del ciclo. Terminata la costruzione, la lente deve essere rimossa dalla piattaforma, lavata per eliminare il materiale non polimerizzato e sottoposta alle operazioni di finitura previste dal processo.
Il tempo totale dichiarato, compreso tra 15 e 20 minuti per lente, comprende la stampa, il lavaggio e il trattamento superficiale senza contatto. Non equivale quindi al solo tempo di esposizione all’interno della stampante.
Il problema delle microscopiche scalettature sulla superficie
La fabbricazione additiva costruisce gli oggetti attraverso una successione di strati. Quando il processo viene applicato a una superficie curva, ogni strato può generare piccole discontinuità geometriche simili a gradini.
Su un normale componente meccanico queste irregolarità possono essere eliminate attraverso levigatura, lucidatura o lavorazioni successive. Nel caso di una lente a contatto, una finitura abrasiva tradizionale rischierebbe però di modificare la geometria personalizzata e di alterarne il potere ottico.
Anche difetti superficiali di dimensioni ridotte possono influenzare la trasparenza, la diffusione della luce e il comfort. La superficie deve essere sufficientemente regolare da non irritare l’occhio e da non creare distorsioni nella trasmissione dell’immagine.
Per superare il problema, la University of Waterloo ha sviluppato un processo definito di rivestimento per fluidizzazione senza contatto. La lente viene ricoperta con uno strato molto sottile di materiale che attenua le discontinuità della stampa senza richiedere una lavorazione meccanica diretta.
Il trattamento è stato progettato per conservare la forma individuale della lente e non compromettere la correzione ottica calcolata dal software. La combinazione tra stampa e rivestimento permette così di ottenere una superficie più uniforme mantenendo la geometria generata sulla base dei dati del paziente.
Trasparenza, resistenza e biocompatibilità
Una lente sperimentale destinata al contatto con l’occhio deve soddisfare requisiti differenti da quelli di un comune oggetto stampato in 3D. Oltre alla precisione geometrica, devono essere verificate la trasmissione della luce, la stabilità del materiale, la resistenza alla manipolazione e l’assenza di effetti tossici sulle cellule.
Il gruppo della University of Waterloo riferisce di avere valutato in laboratorio le caratteristiche ottiche, meccaniche e biologiche delle lenti. I test di biocompatibilità hanno fornito risultati ritenuti sufficienti per proseguire lo sviluppo, mentre le prove successive dovranno esaminare il comportamento delle lenti in condizioni più vicine all’utilizzo reale.
La professoressa Shirley Tang ha indicato che il sistema è stato concepito per ottenere superfici specifiche per ogni paziente, conservando nello stesso tempo la chiarezza ottica e le prestazioni meccaniche richieste alle lenti commerciali.
È tuttavia importante distinguere tra la dimostrazione tecnica e un dispositivo pronto per la distribuzione. Le prove di laboratorio non sostituiscono gli studi clinici e non dimostrano ancora il comfort durante un utilizzo prolungato, la stabilità della correzione visiva o la sicurezza nel tempo.
La prossima fase prevede studi in vivo
Il gruppo sta preparando le prove in vivo, necessarie per valutare il comportamento della lente sull’occhio. Questi studi dovranno verificare la tollerabilità del materiale, la stabilità della lente, il passaggio dell’ossigeno, la bagnabilità e le possibili reazioni dei tessuti oculari.
Dovranno essere analizzati anche il centraggio durante l’ammiccamento, il movimento della lente e la relazione tra superficie posteriore, cornea e film lacrimale. Una geometria costruita sulla topografia dell’occhio non garantisce automaticamente un adattamento corretto, perché la lente deve interagire con strutture biologiche dinamiche.
Prima di un’eventuale commercializzazione saranno inoltre necessari protocolli di produzione ripetibili, procedure di sterilizzazione, controlli sui residui di fotopolimerizzazione e sistemi per verificare la qualità ottica di ogni esemplare.
Poiché le lenti a contatto sono dispositivi medici, il loro impiego clinico richiederà anche il rispetto delle normative applicabili nei diversi mercati. Il processo dovrà dimostrare non soltanto di produrre lenti personalizzate, ma di farlo in maniera controllata, documentata e riproducibile.
La collaborazione con il Centre for Vision and Eye Research
La University of Waterloo sta sviluppando il progetto insieme al Centre for Vision and Eye Research, istituto congiunto della stessa università canadese e della Hong Kong Polytechnic University.
La collaborazione permette di affiancare le competenze sui materiali e sulla produzione additiva a quelle di ricercatori impegnati nello studio dell’occhio, dell’optometria e delle tecnologie per la correzione visiva.
Il Centre for Vision and Eye Research partecipa al percorso verso la validazione e il trasferimento della tecnologia. Secondo la University of Waterloo, l’obiettivo è preparare il sistema per le successive fasi di sviluppo e per una possibile commercializzazione.
Nel giugno 2026 il progetto ha ricevuto una medaglia d’oro alla Shanghai International Exhibition of Inventions, manifestazione dedicata a invenzioni e tecnologie applicate. Il riconoscimento riguarda il progetto di ricerca e non costituisce una certificazione medica o un’autorizzazione alla vendita.
Produzione nello studio dell’optometrista: un’ipotesi ancora da verificare
La prospettiva indicata dai ricercatori è quella di una produzione distribuita. Invece di inviare i dati del paziente a un laboratorio esterno e attendere la realizzazione della lente, il professionista potrebbe acquisire la topografia corneale, progettare il dispositivo e produrlo nella stessa struttura.
Un modello di questo tipo potrebbe ridurre i tempi necessari per la consegna e rendere più rapido il passaggio da una configurazione all’altra. In presenza di un adattamento non ottimale, il file potrebbe essere modificato e la lente ristampata senza dover ricominciare l’intera procedura di fabbricazione convenzionale.
L’adozione in uno studio professionale richiederebbe però macchine qualificate, materiali certificati, sistemi di controllo, personale formato e procedure precise per la gestione del dispositivo. Sarebbe inoltre necessario definire chi assume la responsabilità della progettazione, della produzione e del rilascio della lente.
Per questa ragione, il tempo di fabbricazione di 20 minuti non deve essere interpretato come la possibilità di stampare subito lenti a contatto con una comune stampante a resina. Il sistema della University of Waterloo comprende un materiale specifico, un software dedicato, parametri di processo controllati e un trattamento di finitura sviluppato per l’applicazione oftalmica.
Possibili applicazioni oltre la correzione visiva standard
La personalizzazione geometrica potrebbe essere utile soprattutto per le lenti rigide specialistiche destinate a cornee irregolari. Il metodo potrebbe consentire di controllare zone di appoggio, spessori e distribuzione delle curvature con una libertà maggiore rispetto alla produzione standardizzata.
La progettazione digitale potrebbe inoltre favorire la creazione di strutture più complesse. In prospettiva, tecniche simili potrebbero essere studiate per lenti terapeutiche, sistemi per il rilascio controllato di farmaci o dispositivi dotati di funzioni di monitoraggio.
Lo stesso gruppo della University of Waterloo ha lavorato anche su materiali idrogel stampabili destinati alla somministrazione prolungata di farmaci attraverso dispositivi applicati all’occhio. Si tratta di una linea di ricerca distinta, ma mostra come la produzione additiva possa essere utilizzata non soltanto per creare la forma della lente, ma anche per introdurre funzioni aggiuntive.
Ogni applicazione richiederà comunque materiali, prove biologiche e percorsi regolatori specifici. La possibilità tecnica di stampare una struttura non coincide con la sua idoneità all’impiego clinico.
Un passaggio dalla produzione di massa alla personalizzazione digitale
Lo studio della University of Waterloo mostra come la stampa 3D possa modificare la logica produttiva delle lenti specialistiche. Il processo non è orientato alla produzione di milioni di esemplari identici, ma alla realizzazione di dispositivi differenti a partire dai dati anatomici del singolo paziente.
Il vantaggio della fabbricazione digitale consiste nella possibilità di modificare il modello senza realizzare nuovi stampi o utensili. Ogni lente può essere diversa dalla precedente, mentre il flusso di produzione rimane sostanzialmente invariato.
Restano però da dimostrare la durata del materiale, la precisione ripetibile del processo, il comportamento clinico e la sostenibilità economica dell’intera piattaforma. Il lavoro pubblicato su Materials & Design costituisce quindi una dimostrazione di fattibilità e non l’annuncio di un prodotto già disponibile.
Gli autori dello studio sono Sayan Ganguly, Astrid Stinson, Fatemeh Parniani e Xiaowu Shirley Tang. La ricerca porta il titolo “Patient-specific hard contact lenses fabricated by vat photopolymerization printing and non-contact fluidization coating”
