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1、隐形眼镜纵横谈(辽宁省大连市甘井子区轻工苑 1 号大连工业大学化工与材料学院116034)摘要：隐形眼镜(contact lens),或叫角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上，用以矫正视力或保护眼睛的 镜片。包括硬性和软性两种，隐形眼镜不仅从外观上和方便性方面给近视、远视、散光等屈光不正患者带 来了很大的改善，而且视野宽阔、视物逼真，此外在控制青少年近视、散光发展，治疗特殊的眼病等方面 也发挥了特殊的功效。关键词 隐形眼镜；功能材料；生物材料引言隐形眼镜在医学上称角膜接触镜，原理与普通的框架眼镜大致相同，如果是近视镜, 一般是中央薄 周边厚的凹透镜，远视镜则一般是中央厚，周边薄的凸透镜。由于隐形眼
2、镜直接与眼角膜接触，因而需要 很高的生物活性，所以可以说隐形眼镜的发展史基本上可以说是其材料的发展史, 比较早期的隐形眼镜材 料从玻璃到PMMA和HEMA,使隐形眼镜的发展经历了几个重要发展阶段。目前比较公认的分类是将其分为硬 性隐形眼镜和软性隐形眼镜。1. 隐形眼镜的发展史早在 1508 年被达芬奇提出，首先描述将玻璃罐盛满水置于角膜前，以玻璃 的表面替代角膜的光学功能。1636年Rene Descartes亦有相近建议。1887 年，德国科学家 Adolf Eugen Fick 成功制造出第一只隐形眼镜。1845 年，英国人赫尔奇发现在玻璃和眼睛中间注入透明的动物胶质置于角 膜表面，可以短
3、暂矫正患者视力。1938年，由于塑胶PMMA材料的发明，Mullen和Obring使用PMMA为材 料，制出第一副全塑胶隐形眼镜。1960 年，捷克斯洛伐克科学家 Otto Wichterle 研制出一种吸水后会变软，又 能适合人体使用的HEMMA材料，制作出第一副软性隐形眼镜。1971 年,美国博士伦公司首先获得FDA(美国联邦食品医药管理局)核准, 在美国生产和销售软性隐形眼镜。1974 年，为了改善镜片的透氧性能，以达到使镜片能够安全地配戴过夜的 目的，一种透气硬镜材料(硅酮丙烯酸酯，SMA)诞生了，由于硅成份的介入, 使镜 片的透氧性能进一步提高，其后又在此基础上衍生出多种透气硬镜材料
4、， 具有代表性的有氟硅丙烯酸酯(fluorosilicone acrylates， FSA)和氟多聚体 (fluoropolymers)等。有机氟成分则使材料有更为良好的透氧性能。1981年，视康公司(CIBA Vision)设计制作了第一副软性散光隐形眼镜。 1982年，视康公司生产了第一副美容隐形眼镜和第一副双光隐形眼镜。 1983年，视康公司首创双氧隐形眼镜护理系统，提高了镜片的消毒质量。1986年，强生公司(Johnson&Johnson)首推抛弃式配戴方法，使镜片更为 清洁。1987年，博士伦公司率先使用隐形眼镜全护理液(multe-purpose solution)， 提倡对隐形眼
5、镜的全面护理。1998年，视康公司全新突破性材料LOTRAFILCON A带来完全不同的透氧 原理，创造出世界上透氧率最高的隐形眼镜(6 倍于普通隐形眼镜) 175DK/t， 不用每天脱下清洗，可以戴镜睡觉，使你 24小时都能保持清晰的视力。2. 隐形眼镜的特性隐形眼镜被分为硬性隐形眼镜与软性隐形眼镜，它们各自具有自身的优点与 缺点，这是由生产材料的材料性质所决定的。隐形眼镜具有良好的生理相容性， 使长期配戴 RGP 镜片不易引起角膜肥厚与水肿；以及其透氧性高，不易引起缺 氧及干眼症，不会造成角膜内皮细胞数的改变；对防止近视或散光的加深，视力 矫正效果优于软性隐形眼镜；且其保养简单，使用寿命长
6、，正确护理下，镜片可 使用长达2-3 年；长期使用可维护角膜的生理健康，安全性高。但此类眼镜也具 有一些不良因素。初次佩带时“不适感”较强，大约需要一周时间来适应；而且单 价较高，普通眼镜店不容易配；隐形眼镜亦有一些缺点，由于隐形眼镜是直接戴 在角膜上，假如镜片或双手清洗不干净，配戴隐形眼镜便较容易引起例如角膜发 炎等病症；隐形眼镜的保养及清洁比较花时间，除使用一日即弃式外，其他隐形 眼镜在除下后都需要彻底清洁，购买各类药水的成本亦较高；对于不常配戴隐形 眼镜的人，戴上及除下隐形眼镜比较花时间，镜片亦不像框架眼镜般可随时戴上 及除下；戴上及除下时会拉扯眼睛周围的皮肤，亦会增加皱纹；如果长期每日
7、配 戴隐形眼镜，或配戴的时间过长，久而久之会造成多种并发症，例如角膜血管增 生等问题，严重可引致失明。21硬性隐形眼镜（RGP）硬性隐形眼镜，又叫硬镜或高透氧硬镜，也叫半硬镜，与传统的硬镜完全不 同。虽然这种透氧硬镜初戴时异物感较大，但大多数人经过一段时间多能适应， 而且这种镜片透氧性和化学矫正效果较好，寿命长。通常这类镜片的直径要小于 角膜直径，镜片在角膜上的运动幅度比较大, 这样比较有利于泪液的循环, 从而 比较有利于角膜的氧供。这类镜片的验配相对比较复杂一些，一般要测量角膜前 曲率, 计算后选择试戴片试戴，这类镜片还有一个显著的优点就是利用其本身可 以形成一个新的较稳定的屈光间质，从而使
8、矫正角膜散光的效果比较好。2.1.1 透氧性RGP镜片材料的分类主要是以材料的透氧性为基础，即材料的DK值，因为 它和眼睛的健康有直接的联系。角膜是一个从空气中吸收氧气的组织，如果使用 隐形眼镜，那么透氧率就变得相当的重要。因为角膜所吸收到的氧气不足时，很 容易造成水肿，而长期的水肿对角膜会有损伤，轻微者视力变模糊（常发生于使 用低透氧率隐形眼镜者），严重者角膜会失去透明度，甚至视觉受损。对于氧气 需求量的认知：登山者在挑战高山时，除了身体劳累之外，还有因高山气压降低， 氧分压也随之降低，氧气不足造成身体不适，同时也会造成视力不佳。在海平面 时，大气压力为760mmHg（汞柱），氧气在空气中的
9、占有量为21 %,氧分压为760mm X21%=159mmHg（汞柱）。而空气中有水蒸气存在，因此实际上氧气的数值会更 少，大约是l 55mmHg（汞柱）。当海拔高于海平面时，虽然氧气在大气混合气体中 所占的比例不变。但是，因为混合气体的总压下降了，所以氧分压随之下降。角 膜获得的实际氧气减少了。如果此时戴上接触镜（该镜片在海平面时是能提供足 够的氧气从而避免水肿的发生），则诱发水肿发生的可能性增大。因此在考虑镜 片的透氧性以外，还须考虑海拔高度。例如：在喜马拉雅山海拔高度8848m米上， 氧气在空气中的占有量仅为7%。大量学者的实验报告指出：人在睡眠之后会有 4%角膜浮肿， 5%以下是可以接
10、受的，角膜处于完全无氧气的状态下，约3小时 后角膜浮肿8%。实验证明人体角膜在缺氧状态下，角膜生理现象的变化所需最 低氧气量是10。当氧气量增加10时，角膜浮肿会下降至大约5(也就是说氧 气分压要求应有75mmHg(汞柱)以上的量，穿透过镜片时，角膜氧气需求量就处 于安全的状态)。眼睛需要氧气来保持健康，眼睛直接从空气中摄取氧气，不像 身体其它器官是从血液中摄取氧气。如果眼睛缺氧，这时透明的角膜会水肿，眼 睛会变红，甚至配戴舒适感会直接受到影响。而RGP隐形眼镜能比其它隐形眼镜 提供一项更重要的优点(高透氧性)。过去软性隐形眼镜推出时，被称为高透氧材 料，但实际上，含水量38%的软性隐形眼镜的
11、氧传导性(DK/L)约为9,高透氧 软性镜片含水量为55%，其氧传导性(DK/L)约为18。但研究结果表明，要使角 膜不缺氧，临床上常用的参数是根据H olde n和Mertz在1984的研究资料中获得的， 如：理想日 戴;ideal DW)DK / L值：24，理想-K戴(ideal EW)DK / L值：87,可接 受常戴(acceptable EW)DK / L值：34。RGP镜片透氧率高出此标准数倍甚至数十 倍，更由于硬式镜片制造规格是属于角膜型镜片，泪液交替性佳，能保持眼睛健 康，所以应该考虑使用RGP镜片。2.1.2 湿润性 镜片表面的湿润性定义为泪液分布和停留在镜片表面的能力，湿
12、润性是一个重要的材料性质，因为要有好的视力和舒适感，在瞬目间隐形眼镜上的泪膜必须 是平滑的、稳定的。表面湿润性在实验室中通过测量湿润角进行评估，这包括固 定水珠、系留泡、Wilhelmy盘等方法，这些实验室测量方法存在的一个问题是湿 润角并不能预示镜片戴在眼睛上时的湿润性能。镜片戴在眼睛上的时候，镜片表 面会迅速形成一层生物膜，正是与生物膜之间的相互作用导致我们临床上所见到 的湿润性特征，这种相互作用因人而异。如果这种相互作用不够良好，那么就会 形成沉积物并引起刺激症或者是视觉问题。湿润性是泪膜和镜片表面复杂相互作 用的结果。湿润性差的常见原因是镜片在生产过程中表面受损。2.1.3 硬度RGP
13、材料的硬度被定义为材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。常用的 RGP镜片硬度测试方法有两种：Rockwell硬度测试是用一个圆形探头在RGP纽 扣形毛坯环上施压，来确定材料所能承受的压力。压力越小，材料就越硬，回弹 也就越小。Shore D测试是检查RGP镜片表面抵抗尖锐探头刺入的能力。抗穿 透的性能越强材料的耐磨程度就越好。硬度对镜片的制造和临床表现都有意义， 一个较软的镜片会比较难生产，因为车床的钻石会切得较深，表面破损得更厉害， 打磨镜片表面也有困难。因为较软的镜片表面在打磨过程中倾向受热过快，这就 给材料增加了压力，这会在以后表现为不稳定，例如弯曲或破裂。较软的表面更 加容易受到过多
14、的热量，容易被烧焦或产生斑点，这时镜片的湿润性和抗沉积 力就会受到影响。较硬的材料比较容易生产，表面硬度、抗磨损能力也较好，但 是比较脆，容易破裂。2.1.4 弹性模量材料弹性模量是指物体表面受压时抵抗外力而变形的能力。测量RGP镜片材,st- 的弹性模量N-，在材料厚度一定的片基上施加一个垂直的压力，用连接于测量仪 器末端的压力感测器测量力和偏移量的大小，这项检测也叫作压力应力检测。材 料的弹性模量越大，制成的镜片就越硬或越不容易弯曲。该参数是确定材料生产 时最小厚度的关键指标。镜片厚度直接影响隐形眼镜的柔韧性，镜片越薄，柔韧 性越大，就越容易与角膜形成贴附。尤其是存在角膜散光时，薄镜片会引
15、起残余 散光。在选择材料时，硬度并不是首要的参数，因为镜片越硬也就越容易脆裂。2.1.5 加工难度加工难度不是一项容易定义的性质，但是它对于RGP镜片的成功配戴却也是 至关重要的。容易加工的镜片N,4，应具备性质均一、无张力、规格稳定、耐用、 耐热、容易抛光和水合性质可预测等要求。如果材料性质不均一、不耐热或容易 溶于切削、刨光时用于去除固定镜片用的吸附材料，容易导致镜片表面质量受到 影响。如果材料内部不稳定，在制造过程中合成压力就会被释放，从而导致镜片 变形或出现不规则的形状。可预料的水合性质对镜片的制造性也很重要。总而言 之，最好的RGP材料要有足够的透氧性，以满足配戴者的需求，戴在眼中易
16、湿润， 弹性模量大，不容易弯曲，对压力有弹性且耐用，容易加工制作并且不易破裂。22软性隐形眼镜（SCL）I960年捷克的Lichterle 0发明了用聚甲基丙烯酸-2-羟乙基脂（PHEMA ）水 凝胶制备软质隐形眼镜（SCL）,与之前的硬质隐形眼镜（HSL）相比，软质隐 形眼镜柔软、佩戴舒适、能随眼球转动、可减少角膜干燥、对眼睛的刺激少.目 前，用水凝胶制备的SCL是市场的主流，为人们普遍接受当前市售的隐形眼镜材 料仍然是以PHEMA为首的丙烯酸衍生物及其与其他几种单体的共聚物，以及含 水量高的聚N-乙烯基吡咯烷酮（PNVP）及其衍生物。软质隐形眼镜与人的眼角膜接触，当光通过眼镜时要发生折射.这决定了软 质隐形眼镜必须具备这些条件：a.生物相容性；b.良好的光学性能；c.透氧性能； d.对蛋白质及酯类吸附较少;e.脱水速度不能过快;f.一定的机械强度和弹性模量； g.良好的加工性能。2.2.1生物相容性 作为隐形眼镜的材料必
