СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА С АВТОНОМНЫМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ
METHOD OF MAKING OPHTHALMIC DEVICE WITH SELF-CONTAINED ENERGY SOURCE

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/100988, поданной 29 сентября 2008 г., и заявке на патент США № 12/564935, поданной 23 сентября 2009 г., на содержании которых основано содержание настоящего документа, и которые включены в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описаны способы и устройство для изготовления биомедицинского устройства, снабженного источником энергии, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, - для изготовления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционно офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, искусственный хрусталик или пробка слезного канальца, включает биосовместимое устройство, обладающее коррективным, косметическим или терапевтическим свойством. Контактные линзы, например, могут выполнять одну или несколько функций: коррекцию зрения, косметическую коррекцию и терапевтические функции. Каждая функция обеспечивается той или иной физической характеристикой линзы. Конструкция, снабжающая линзу светопреломляющим свойством, позволяет обеспечить функцию коррекции зрения. Встроенный в линзу пигмент позволяет обеспечить косметическую коррекцию. Встроенный в линзу активный агент позволяет обеспечить терапевтические функции. Такие физические характеристики достигаются без перехода линзы в состояние снабжения ее энергией.
В последнее время было теоретически обосновано, что в контактную линзу могут встраиваться активные компоненты. Некоторые компоненты могут включать полупроводниковые устройства. В ряде примеров были продемонстрированы полупроводниковые устройства, встроенные в контактные линзы, помещаемые на глаза животных. Однако таким устройствам недостает независимого механизма снабжения энергией. Хотя от линзы можно проложить провода к источнику снабжения энергией таких полупроводниковых устройств, и, согласно теоретическим положениям, такие элементы могут иметь беспроводное питание, механизм осуществления беспроводного питания пока отсутствует.
Таким образом, желательно разработать дополнительные способы и устройство, пригодные для изготовления офтальмологических линз, снабжаемых энергией для обеспечения одной или нескольких функций офтальмологической линзы и контролируемого изменения оптических характеристик офтальмологической линзы или другого биомедицинского устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Соответственно, настоящее изобретение включает способы и устройство для изготовления биомедицинских приспособлений, таких как офтальмологическая линза, снабженная источником энергии. В некоторых вариантах осуществления можно организовать снабжение энергией полупроводникового устройства. Некоторые варианты осуществления также могут включать формованную гидрогелевую силиконовую контактную линзу с батареей или другим источником энергии, расположенным внутри биосовместимой офтальмологической линзы. Энергетический компонент устройства создается путем формования линзы со встроенной батареей.
Соответственно, настоящее изобретение включает описание офтальмологической линзы, снабженной источником энергии, устройства для изготовления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии, и способов их изготовления. Источник энергии может быть размещен на одной или на обеих из первой части формы для литья и второй часть формы для литья, либо во вкладыше, который размещается на одной или на обеих из первой части формы для литья и второй части формы для литья. Реакционная смесь мономера размещается между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья. Первая часть формы для литья располагается в непосредственной близости от второй части формы для литья, образуя, таким образом, полость линзы с источником энергии и по меньшей мере некоторым количеством реакционной смеси мономера в полости линзы. После этого реакционная смесь мономера полимеризуется с помощью актиничного излучения. Линзы формируются путем управления актиничным излучением, которому подвергается реакционная смесь мономера.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг. 1 изображена сборка формы, соответствующая некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 изображена офтальмологическая линза со встроенным источником энергии и компонентом с возможностью снабжения энергией.
На фиг. 3 изображено устройство для размещения источника энергии в непосредственной близости от компонента формы для литья для изготовления офтальмологической линзы.
На фиг. 4 показаны этапы способа в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показаны этапы способа в соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения.
На фиг. 6 показан процессор, который можно использовать для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 показано изображение некоторых видов источников энергии, упорядоченных по количеству энергии, которое они могут обеспечить, по отношению к их объему.
На фиг. 8A-8D изображены формы конструкций источников энергии.
На фиг. 9 показан пример офтальмологической линзы, снабженной источником энергии с приспособлением для зарядки и компонентом с возможностью снабжения энергией.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает способы и устройство для изготовления биомедицинских устройств, таких как офтальмологические линзы. В частности, настоящее изобретение включает способы и устройство для установления в офтальмологическую линзу источника энергии. В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение включает гидрогелевую контактную линзу, имеющую, как правило, кольцевую область вокруг периферии оптической зоны контактной линзы, с источником энергии и компонентом с возможностью снабжения энергией, расположенными в кольцевой области вокруг периферии.
В последующих разделах документа приводятся подробные описания вариантов осуществления изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются примерами вариантов осуществления. При этом предполагается, что для специалистов в данной области очевидна возможность внесения изменений, модификаций и отклонений. Таким образом, следует понимать, что указанные примеры вариантов осуществления не ограничивают сферу действия настоящего изобретения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем описании и в формуле, относящейся к настоящему изобретению, могут использоваться различные термины, которые имеют следующие определения.
Компонент - в рамках настоящего документа относится к устройству, которое использует электрический ток от источника энергии для одного или нескольких изменений логического или физического состояния.
Компонент с энергопитанием - компонент, в котором реализована возможность подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри него.
Энергия - в рамках настоящего документа относится к способности физической системы производить работу. В рамках настоящего изобретения указанный термин часто используется по отношению к состоянию, в котором источник энергии может поставлять энергию в процессе работы.
Источник энергии - в рамках настоящего документа относится к устройству, способному подавать энергию или переводить биомедицинское устройство в состояние с энергопитанием.
Устройство сбора энергии - устройство, способное извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Линза - в настоящем документе термин относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в или на глазу. Подобные изделия могут использоваться для оптической коррекции или применяться в качестве косметического средства. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, искусственному хрусталику, накладной линзе, глазным вставкам, оптическим вкладышам или иному устройству подобного назначения, предназначенному для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции глаз (например, для изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, представляют собой мягкие контактные линзы, сформованные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, включая, помимо прочего, силиконовые гидрогели и фторгидрогели.
Линзообразующая смесь, или реакционная смесь мономера, или РСМ - в настоящем документе относится к мономерному или преполимерному материалу, который может подвергаться полимеризации со сшивкой или сшивке с формированием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать линзообразующие смеси с одной или несколькими добавками, такими как УФ-блокаторы, красители, фотоинициаторы или катализаторы, а также другими добавками, которые могут быть предпочтительны для использования в составе офтальмологических линз, например, контактных линз или искусственных хрусталиков.
Формирующая линзу поверхность - относится к поверхности, которая используется как форма для литья линзы. В некоторых вариантах осуществления любая такая поверхность 103-104 может иметь поверхности с обработкой оптического качества, что означает, что данная поверхность достаточно гладкая и изготовлена так, что поверхность линзы, сформированной при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в непосредственном контакте с поверхностью формы для литья, имеет оптическое качество. Кроме того, в ряде вариантов осуществления настоящего изобретения формирующая линзу поверхность 103-104 может иметь форму, необходимую для придания поверхности изготавливаемой линзы требуемых оптических характеристик, включая, помимо прочего, коррекцию сферических, асферических и цилиндрических степенных аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и так далее, а также любые их сочетания.
Литий-ионный элемент - электрохимическая ячейка, внутри которой ионы лития мигрируют, генерируя электрический ток. Такая электрохимическая ячейка, как правило, называется батареей и в стандартных формах допускает возможность зарядки или перезарядки.
Форма для литья - относится к жесткому или полужесткому объекту, который может быть использован для формования линзы из смеси неполимеризованных компонентов. Некоторые предпочтительные формы для литья состоят из передней криволинейной поверхности и задней криволинейной поверхности формы.
Оптическая зона - в рамках настоящего документа относится к области офтальмологической линзы, через которую пользователь офтальмологической линзы может видеть.
Мощность - в рамках настоящего документа выполненная работа или переданная энергия за единицу времени.
Перезаряжаемый или заряжаемый - в рамках настоящего документа - с возможностью возврата в состояние с более высокой способностью к выполнению работы. Во многих случаях в рамках настоящего документа термин может быть связан с возможностью восстановления способности генерировать электрический ток определенной величины в течение определенного периода времени восстановления.
Зарядка или перезарядка - восстановление состояния, обеспечивающего более высокую способность к выполнению работы. Во многих случаях в рамках настоящего документа термин может быть связан с восстановлением способности устройства генерировать электрический ток определенной величины в течение определенного периода времени восстановления.
Извлечение из формы для литья - термин означает, что линза полностью отделена от формы или свободно соединена так, что может быть освобождена при помощи легкого потряхивания или снята при помощи тампона.
Линза с энергопитанием 100, снабженная встроенным источником энергии 109, может содержать электрохимическую ячейку или батарею в качестве емкости для энергии, а в некоторых вариантах осуществления может содержать инкапсулированные и изолированные материалы, содержащие источник энергии, заряжающийся из окружающей среды, в которую помещена офтальмологическая линза.
В некоторых вариантах осуществления электрические схемы и источники энергии 109 могут быть расположены на внешней стороне оптической зоны, через которую может видеть пользователь линзы, в то время как другие варианты осуществления могут включать электрические схемы из проводящих материалов, достаточно маленьких для того, чтобы они не оказывали отрицательного воздействия на поле зрения пользователя контактных линз и, следовательно, могли быть расположены внутри или снаружи оптической зоны.
В целом, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, источник энергии размещается внутри офтальмологической линзы с помощью автоматического оборудования, которое помещает источник энергии 109 в необходимое положение по отношению к части формы для литья, используемой для изготовления линзы.
В некоторых вариантах осуществления источник энергии 109 размещается в пределах зоны электрической связи с компонентом, который может быть активирован по команде и который использует электрический ток источника энергии 109, встроенного в офтальмологическую линзу. Компонент 108 может состоять, например, из полупроводникового устройства, активного или пассивного электрического устройства или устройства, активируемого электричеством, включая, например, микроэлектромеханические системы (МЭМС), наноэлектромеханические системы (НЭМС), или микроприборы. Некоторые варианты осуществления полупроводниковых, а также активных или пассивных электрических устройств, могут включать дисплей, заметный для человеческого глаза. После размещения источника энергии и компонента реакционная смесь мономера может быть сформована при помощи одной из частей формы для литья, после чего смесь полимеризуется, образуя офтальмологическую линзу.
Формы для литья
На фиг. 1 представлено изображение стандартной формы для литья 100 офтальмологической линзы с источником энергии 109. Используемый в настоящем документе термин «форма для литья» относится к однокомпонентному или многокомпонентному устройству 100, имеющему полость 105, в которую линзообразующая смесь может быть помещена таким образом, что путем реакции или полимеризации линзообразующей смеси изготавливается офтальмологическая линза желаемой формы. Формы для литья и их сборки 100, составляющие предмет настоящего изобретения, состоят из нескольких частей формы 101-102. Части формы 101-102 могут быть сближены друг с другом таким образом, что между частями формы 101-102 образуется полость 105, в которой может быть сформирована линза. Указанное сочетание частей формы 101-102 предпочтительно является временным. После формования линзы части формы 101-102 могут быть снова разъединены для извлечения готовой линзы.
По меньшей мере одна из частей формы 101-102 имеет по меньшей мере одну часть поверхности 103-104 в непосредственном контакте с линзообразующей смесью, так что при протекании химической реакции или при полимеризации смеси указанная поверхность 103-104 обеспечивает необходимую форму и геометрию той части изготавливаемой линзы, с которой она находится в непосредственном контакте. Это также применимо по меньшей мере к еще одной части формы 101-102.
Так, например, в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения сборка формы 100 собирается из двух частей формы 101-102, вогнутой части-матрицы (передней части) 102 и выпуклой части-пуансона (задней части) 101, между которыми образуется полость. Часть вогнутой поверхности 104, находящаяся в контакте с линзообразующей смесью, имеет рельеф передней поверхности офтальмологической линзы, изготавливаемой в сборке формы 100, является достаточно гладкой и имеет такую форму, чтобы поверхность офтальмологической линзы, образующейся при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в контакте с вогнутой поверхностью 104, обладала необходимыми оптическими свойствами.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения передняя часть формы для литья 102 может также иметь круговой буртик, соединенный с и окружающий круговой край, и распространяющийся от него в плоскости, перпендикулярной оси и распространяющейся от буртика (на фигуре не показано).
Линзообразующая поверхность может включать поверхность 103-104 с поверхностным покрытием оптического качества, что означает, что данная поверхность достаточно гладкая и изготовлена так, что поверхность линзы, сформированной при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в непосредственном контакте с поверхностью формы для литья, имеет оптическое качество. Кроме того, в ряде вариантов осуществления настоящего изобретения формирующая линзу поверхность 103-104 может иметь форму, необходимую для придания поверхности изготавливаемой линзы требуемых оптических характеристик, включая, помимо прочего, коррекцию сферических, асферических и цилиндрических степенных аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и так далее, а также любые их сочетания.
Под номером 111 показан субстрат, на котором может быть размещен источник энергии 109. Субстрат 111 может быть изготовлен из любого подходящего материала, на котором можно разместить источник энергии 109. В некоторых вариантах осуществления субстрат также может содержать электрические схемы, компоненты 108 и другие полезные устройства, снабжаемые энергией. В некоторых вариантах осуществлениях субстрат 111 может представлять собой прозрачный слой материала, введенного в линзу при ее формовании. Прозрачный слой может включать, например, пигмент, как указано ниже, мономер или другой биосовместимый материал. Дополнительные варианты осуществления могут включать субстрат, содержащий вкладыш, который может быть жестким или формуемым. В некоторых вариантах осуществления жесткий вкладыш может включать оптическую зону, обеспечивающую то или иное оптическое свойство (например, свойства коррекции зрения) и сегмент неоптической зоны. Источник энергии может быть размещен на одном или на обоих сегментах вкладыша, то есть как в оптической зоне, так и в неоптической зоне. В других вариантах осуществления субстрат может содержать кольцевые вкладыши, как жесткие, так и формуемые, или вкладыши иной формы, которые окружают оптическую зону, через которую пользователь линз может видеть.
В различных вариантах осуществления также допускается размещение источника энергии на вкладыше до того, как вкладыш будет помещен в часть формы для литья, применяемой для изготовления линзы. Субстрат 111 может также включать вкладыш с одним или несколькими компонентами 108, которые будут получать питание от источника энергии 109.
Части формы для литья 101-102 могут быть изготовлены, например, из одного или нескольких типов полиолефинов: полипропилена, полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата, а также модифицированных полиолефинов. Другие формы для литья могут быть изготовлены из керамического или металлического материала.
Предпочтительный алициклический сополимер состоит из двух различных алициклических полимеров и предлагается компанией Zeon Chemicals L.P. под торговой маркой ZEONOR. Материал ZEONOR выпускается нескольких различных видов. Различные категории могут иметь температуру стеклования в диапазоне от 105°C до 160°C. Для целей настоящего изобретения предпочтительным является материал ZEONOR 1060R.
Другие материалы для изготовления форм, которые могут в сочетании с одной или несколькими добавками использоваться для изготовления форм для литья офтальмологических линз, включают, например, полипропиленовые смолы Циглера-Натта (иногда называемые znPP).
Также в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения формы для литья могут содержать такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклической группой в основной цепи и циклические полиолефины. Подобная смесь может использоваться на любой из частей формы для литья или на обеих частях одновременно, при этом данная смесь предпочтительно используется для выполнения задней криволинейной поверхности, а передняя криволинейная поверхность состоит из алициклических сополимеров.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, литье под давлением по известным методикам является предпочтительным способом изготовления форм для литья 100, однако в некоторых вариантах осуществления предусмотрена возможность изготовления форм другими способами, включая, например, свободное литье, токарную обработку, обработку с применением алмазной обточки или лазерной резки.
Как правило, линзы изготавливают по меньшей мере на одной поверхности обеих частей формы 101-102. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления одна из поверхностей линзы может быть образована из части формы 101-102, а другая поверхность линзы может быть образована способом токарной обработки или другими способами.
Линзы
На фиг. 2 представлена офтальмологическая линза 201 с источником энергии 202 и компонентом 203.
Источник энергии 202 может быть электрически связан с компонентом 203. Компонент 203 может представлять собой любое устройство, которое реагирует на электрический заряд изменением состояния, например, чип полупроводникового типа, пассивное электрическое устройство, оптическое устройство, кристаллическая линза, процессор, микроэлектромеханические системы (МЭМС) или наноэлектромеханические системы (НЭМС).
В некоторых отдельных вариантах осуществления компонент 203 содержит устройство накопления электрического заряда, например, конденсатор, ультраконденсатор, суперконденсатор или другое устройство хранения. Источник энергии 202 может включать, например, литий-ионную батарею, расположенную на периферии офтальмологической линзы за пределами оптической зоны, способную заряжаться одним или несколькими способами: радиочастотным, фотогальваническим или за счет магнитной индукции источника энергии 202. Другие источники энергии 202 более подробно указаны ниже, в описании фиг. 7.
Как видно из рисунков, в некоторых вариантах осуществления часть источника энергии 202 и компонент 203 находятся вне оптической зоны 204, при этом оптическая зона 204 включает ту часть линзы 201, которая обеспечивает линию прямой видимости для пользователя линзы 201. Другие варианты осуществления могут содержать источник энергии 202, находящийся в части оптической зоны офтальмологической линзы. Например, такие варианты осуществления могут включать источник энергии 202, состоящий из проводящих компонентов, которые имеют слишком малые размеры, для того чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
В ряде вариантов осуществления настоящего изобретения предпочтительный тип линзы может включать линзу 201, в состав материала которой входит содержащий силикон компонент. Под «содержащим силикон компонентом» понимается любой компонент, имеющий по меньшей мере один [-Si-O-] фрагмент в составе мономера, макромера или преполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом содержащем силикон компоненте предпочтительно составляет более приблизительно 20% вес., а более предпочтительно - более 30% вес. полного молекулярного веса содержащего силикон компонента. Полезные для целей настоящего изобретения содержащие силикон компоненты предпочтительно имеют в составе полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатную, метакрилатную, акриламидную, метакриламидную, винильную, N-виниллактамовую, N-виниламидную и стирольную функциональные группы.
Подходящие для целей настоящего изобретения содержащие силикон компоненты включают соединения Формулы I
где
1
R - группа, независимо выбранная из моновалентных реакционных групп, моновалентных алкильных групп или моновалентных арильных групп, при этом любая из указанных групп может дополнительно включать функциональные группы, такие как гидрокси-, амино-, окса-, карбокси-, карбоксиалкил-, алкокси-, амидо-, карбамат-, карбонат-, галоген- или их комбинации, а также моновалентные силоксановые цепочки, состоящие из 1-100 повторяющихся фрагментов Si-O, которые могут дополнительно содержать функциональные группы, такие как алкил-, гидрокси-, амино-, окса-, карбокси-, карбоксиалкил-, алкокси-, амидо-, карбамат-, галоген- или их комбинации,
где b = от 0 до 500, при этом предполагается, что если b отлично от нуля, то по b имеется распределение с модой, равной указанному значению;
1
1
при этом по меньшей мере один фрагмент R представляет собой моновалентную реакционную группу, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения от одного до трех фрагментов R представляют собой моновалентные реакционные группы.
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
Используемый в настоящем документе термин «моновалентные реакционные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и (или) катионной полимеризации. Характерные, но не ограничивающие примеры свободнорадикальных реакционных групп включают (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые эфиры, Cалкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, Cалкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, Cалкенилы, Cалкенилфенилы, Cалкенилнафтилы, Cалкенилфенил-Cалкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Характерные, но не ограничивающие примеры катионных реакционных групп включают винилэфирные или эпоксидные группы, а также их смеси. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения свободнорадикальные реакционные группы включают (мет)акрилаты, акрилокси, (мет)акриламиды, а также их смеси.
1
16
6
14
Соответствующие целям настоящего изобретения моновалентные алкильные и арильные группы включают незамещенные моновалентные C-Cалкильные группы, C-Cарильные группы, такие как замещенные и незамещенные метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, а также их различные комбинации и т.д.
1
1
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения b равно нулю, один фрагмент R представляет собой моновалентную реакционную группу, и по меньшей мере три фрагмента R выбраны из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 16 атомов углерода, а в другой варианте осуществления - из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 6 атомов углерода. Характерные, но не ограничивающие примеры содержащих силикон компонентов в данном варианте осуществления настоящего изобретения, включают 2-метил-,2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (SiGMA),
2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропил-трис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 2 до 20, от 3 до 15 или - в некоторых вариантах осуществления - от 3 до 10; по меньшей мере один концевой фрагмент R представляет собой моновалентную реакционную группу, а остальные фрагменты R выбраны из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом варианте осуществления - из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 6 атомов углерода. В другом варианте осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 3 до 15, один концевой фрагмент R представляет собой моновалентную реакционную группу, другой концевой фрагмент R представляет собой моновалентную алкильную группу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода, а остальные фрагменты R представляет собой моновалентные алкильные группы, содержащие от 1 до 3 атомов углерода. Характерные, но не ограничивающие примеры содержащих силикон компонентов этого варианта осуществления настоящего изобретения включают (полидиметилсилоксан (МВ 400-1000) с концевой моно-(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил)-пропил эфирной группой) (OH-mPDMS), (полидиметилсилоксаны (МВ 800-1000) с концевыми моно-н-бутильными и концевыми монометакрилоксипропильными группами) (mPDMS).
1
1
В другом варианте осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых фрагмента R представляют собой моновалентные реакционные группы, а остальные фрагменты R независимо выбирают из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные мостиковые группы между атомами углерода и могут также включать атомы галогенов.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда требуется изготовить линзу на основе силиконового гидрогеля, линзу, составляющую предмет настоящего изобретения, изготавливают из реакционной смеси, содержащей по меньшей мере приблизительно 20 и предпочтительно приблизительно от 20 до 70% вес. содержащих силикон компонентов в расчете на полный вес содержащих реакционные мономеры компонентов, из которых изготавливается полимер.
1
В другом варианте осуществления настоящего изобретения от одного до четырех фрагментов R представляют собой винилкарбамат или -карбонат следующей формулы:
Формула II
где Y обозначает O-, S- или NH-;
R обозначает водород или метил; d равно 1, 2, 3 или 4; q равно 0 или 1.
Более конкретно, винилкарбонатные или винилкарбаматные содержащие силикон мономеры включают 1,3-бис[4-(винилоксикарбонилокси)бут-1-ил]тетраметилдисилоксан; 3-(винилоксикарбонилтио)-пропил-[трис(триметилсилокси)силан]; 3-[трис(триметилсилокси)силил] пропилаллилкарбамат; 3-[трис(триметилсилокси)силил] пропилвинилкарбамат; триметилсилилэтилвинилкарбонат; триметилсилилметилвинилкарбонат.
1
1
Если необходимы биомедицинские устройства с модулем упругости менее 200, только один из фрагментов R должен представлять собой моновалентную реакционную группу, и не более двух из остальных фрагментов R должны представлять собой моновалентные силоксановые группы.
Другой класс содержащих силикон компонентов включает полиуретановые макромеры следующих формул:
Формулы IV-VI
a
1
(*D*A*D*G)*D*D*E;
a
1
E(*D*G*D*A) *D*G*D*E или
a
1
E(*D*A*D*G) *D*A*D*E,
где
D обозначает алкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 6 до 30 атомов углерода;
G обозначает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 1 до 40 атомов углерода, который может иметь в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминовые мостиковые группы;
* обозначает уретановую или уреидо-мостиковую группу;
a
равно по меньшей мере 1;
A обозначает дивалентный полимерный радикал следующей формулы:
Формула VII
11
1
где R независимо обозначает алкильную или фторзамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может содержать простые эфирные связи между атомами углерода; y равно по меньшей мере 1; p обозначает массу части молекулы от 400 до 10000; каждая из групп E и E независимо обозначает способный к полимеризации ненасыщенный органический радикал, представленный формулой:
Формула VIII
12
13
15
14
где R является водородом или метилом; R представляет собой водород, алкильный радикал, имеющий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R, где Y является -O-,Y-S- или -NH-; R представляет собой дивалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X обозначает -CO- или -OCO-; Z обозначает -O- или -NH-; Ar обозначает ароматический радикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода; w равно от 0 до 6; x равно 0 или 1; y равно 0 или 1; z равно 0 или 1.
Предпочтительно содержащий силикон компонент представляет собой полиуретановый макромер, представленный следующей формулой:
Формула IX
16
где R представляет собой бирадикал диизоцианата после удаления собственно изоцианатной группы, например, бирадикал изофоронизоцианата. Другим содержащим силикон макромером, соответствующим целям настоящего изобретения, является соединение формулы X (где x + y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), получаемое при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофоронизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.
Формула X
Другими содержащими силикон компонентами, пригодными для использования в рамках настоящего изобретения, являются макромеры, содержащие такие группы, как полисилоксан, полиалкилен эфир, диизоцианат, полифторированные углеводороды, полифторированные эфиры и полисахариды, полисилоксаны с полярными фторсодержащими имплантатами или боковыми группами, имеющими атом водорода, соединенный с терминальным дифторзамещенным атомом углерода, гидрофильные силоксанил метакрилаты, содержащие эфирный и силоксаниловый мостики и сшиваемые мономерами, содержащими полиэфирные и полисилоксаниловые группы. Любые из перечисленных выше полисилоксанов могут также использоваться в качестве содержащего силикон компонента в рамках настоящего изобретения.
Процессы
Перечисленные ниже этапы приводятся как примеры процессов, которые могут быть реализованы в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Необходимо понимать, что порядок, в котором представлены отдельные этапы указанных способов, никак не ограничивают настоящее изобретение, которое может быть реализовано и при ином порядке выполнения этапов. Кроме того, не все перечисленные этапы необходимы для успешного осуществления настоящего изобретения. Дополнительные этапы могут вводиться в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлена блок-схема, которая иллюстрирует стандартные этапы осуществления настоящего изобретения. На этапе 401 источник энергии размещается на субстрате. Субстрат может также содержать или не содержать один или несколько компонентов.
На этапе 402 реакционная смесь мономера может наноситься в часть формы 101-102.
На этапе 403 субстрат помещается в часть формы для литья. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления субстрат помещается в часть формы для литья путем автоматической загрузки. Размещение механическим способом может включать, например, применение робота или других средств автоматизации, известных в отрасли в качестве применяемых для установки компонентов способом поверхностного монтажа. В рамках настоящего изобретения также предусмотрена возможность размещения вручную. Соответственно, любая автоматизированная загрузка помещает субстрат с источником энергии в часть формы для литья таким образом, что полимеризация реакционной смеси, содержащейся в части формы, будет приводить к установлению источника энергии в итоговой офтальмологической линзе.
В некоторых вариантах осуществления слой связующего может быть нанесен на часть формы для литья до размещения источника энергии в части формы для литья. Слой связующего может содержать пигмент или мономер, однако изобретение не ограничивается приведенным вариантом. Слой связующего может быть нанесен, например, с помощью струйного метода или процесса тампопечати. В некоторых вариантах осуществления процессорные устройства, МЭМС, НЭМС или другие компоненты также могут быть размещены в слое связующего таким образом, чтобы они поддерживали электрическую связь с источником энергии.
На этапе 404 первая часть формы для литья может быть размещена в непосредственной близости от второй части формы, для того чтобы создать формирующую линзу полость, содержащую по меньшей мере некоторое количество реакционной смеси мономера и источник энергии. На этапе 405 реакционная смесь мономера в полости может быть полимеризована. Полимеризация может быть выполнена, например, под действием актиничного излучения и тепла, либо того и другого. На этапе 406 линзу извлекают из частей формы.
В некоторых вариантах осуществления слой связующего может включать полимерное связующее, способное к образованию взаимопроникающей полимерной сетки с материалом линзы, при этом устраняется необходимость образования ковалентных связей между связующим веществом и материалом линзы для образования стабильной линзы. Стабильность линзы с источником энергии, помещенным в слой связующего, обеспечивается фиксированием источника энергии в полимерном связующем и в базовом полимере линзы. Полимерные связующие в рамках настоящего изобретения могут включать, например, полимеры, изготовленные из гомополимера или сополимера, либо их комбинации, обладающие аналогичными параметрами растворимости, при этом полимерное связующее имеет параметры растворимости, аналогичные материалу линзы. Полимерные связующие могут содержать функциональные группы, которые делают полимеры и сополимеры способными к взаимодействию друг с другом. Функциональные группы могут включать группы из одного полимера или сополимера, взаимодействующие с противоположной группой способом, повышающим плотность взаимодействий, способствуя замедлению мобильности и (или) захватыванию пигментных частиц. Взаимодействие между функциональными группами может быть полярным, дисперсионным или иметь характер комплекса с переносом заряда. Функциональные группы могут размещаться на главных цепях полимеров или сополимеров, или находиться в боковом обрамлении главной цепи.
В качестве неограничивающего примера, мономер или смесь мономеров, которые образуют полимер с положительным зарядом, могут использоваться в сочетании с мономером или мономерами, которые образуют полимер с отрицательным зарядом, для образования полимерного связующего. В качестве более конкретного примера, метилакриловая кислота (MAA) и 2-гидкроксиэтилметакрилат (HEMA) могут использоваться для получения сополимера MAA/HEMA, который затем смешивается с сополимером HEMA/3-(N, N-диметил) пропилакриламида для образования полимерного связующего.
В другом примере полимерное связующее может состоять из гидрофобномодифицированных мономеров, включая, помимо прочего, амиды и эфиры следующей формулы:
3
2
x
2
CH(CH)-L-COCHR=CH,
при этом L может представлять собой -NH или кислород, x может быть целым числом от 2 до 24, R может являться
1
6
C-C алкилом или водородом, а предпочтительно - метилом или водородом. Примерами таких амидов и эфиров являются, помимо прочего, лаурилметакриламид и гексилметакрилат. В качестве другого примера, для образования полимерного связующего могут использоваться полимеры карбаматов и карбамидов с вытянутой алифатической цепью.
Полимерные связующие, пригодные для слоя связующего 111, могут также включать статический блок-сополимер HEMA, MAA и лаурилметакрилат (LMA), статический блок-сополимер HEMA и MAA или HEMA и LMA, или гомополимер HEMA. Вес в процентах, основанный на полном весе полимерного связующего, каждого компонента в этих вариантах осуществления составляет от приблизительно 93 до приблизительно 100% вес. HEMA, от приблизительно 0 до приблизительно 2% вес. MAA и от приблизительно 0 до приблизительно 5% вес. LMA.
peak
n
w
½
Молекулярный вес полимерного связующего может быть таким, что он является частично растворимым в материале линзы и набухает в нем. Материал линзы диффундирует в полимерное связующее и подвергается полимеризации или сшивке. Однако в то же время молекулярный вес полимерного связующего не может быть таким большим, чтобы воздействовать на качество печатаемого изображения. Молекулярный вес полимерного связующего предпочтительно составляет от приблизительно 7000 до приблизительно 100000, более предпочтительно - от приблизительно 7000 до приблизительно 40000 и наиболее предпочтительно - от приблизительно 17000 до приблизительно 35000 M, что соответствует молекулярному весу максимального пика, полученного при анализах методом эксклюзионной хроматографии размеров (= (M x M)).
Для целей настоящего изобретения молекулярный вес можно определить с помощью гель-проникающего хроматографа с рассеиванием света под углом 90° и рефрактометрическими детекторами. Используются две колонки PW4000 и PW2500, элюент метиловый спирт-вода в весовом соотношении 75/25, регулируемом до 50 мМ хлористого натрия, и смесь молекул полиэтиленгликоля и полиэтиленоксида с точно определенными молекулярными весами в диапазоне от 325000 до 194.
Специалистам в данной области будет понятно, что путем использования переносчиков кинетической цепи при получении полимерного связующего, использования больших количеств инициатора, использования живой полимеризации, выбора подходящих концентраций мономера и инициатора, выбора количества и типов растворителя или их комбинаций можно получить необходимый молекулярный вес полимерного связующего. Предпочтительно переносчик кинетической цепи используется совместно с инициатором, или более предпочтительно - с инициатором и одним или несколькими растворителями для достижения необходимого значения молекулярного веса. В альтернативном варианте небольшие количества полимерного связующего с очень большим молекулярным весом могут использоваться совместно с большими количествами растворителя для поддержания необходимой вязкости полимерного связующего. Предпочтительно, чтобы вязкость полимерного связующего составляла приблизительно от 4 до 15 Па-с (от приблизительно 4000 до приблизительно 15000 сантипуаз) при 23°C.
Переносчики кинетической цепи, способствующие образованию полимерных связующих, используемых в рамках настоящего изобретения, обладают значениями констант переноса кинетической цепи большими, чем приблизительно 0,01, предпочтительно - большими, чем приблизительно 7, и более предпочтительно - большими, чем приблизительно 25000.
Могут использоваться любые пригодные инициаторы, включая, помимо прочего, ультрафиолетовые, видимого диапазона, термические и другие аналогичные инициаторы, а также их комбинации. Предпочтительно используется термический инициатор, более предпочтительно - 2,2-азобисизобутиронитрил и 2,2-азобис 2-метилбутиронитрил. Количество используемого инициатора составляет от приблизительно 0,1 до 5% вес., исходя из полного веса состава. Предпочтительно 2,2-азобис 2-метилбутиронитрил используется с додеканетиолом.
Слой полимерного связующего или другой субстрат 111 может быть сформирован при помощи любого подходящего процесса полимеризации, включая, помимо прочего, радикальноцепную полимеризацию, ступенчатую полимеризацию, эмульсионную полимеризацию, ионно-цепную полимеризацию, полимеризацию с раскрытием кольца, полимеризацию с переносом группы, полимеризацию с переносом атома и тому подобные процессы. Предпочтительно используется термоинициированная свободнорадикальная полимеризация. Условия осуществления полимеризации известны специалистам в данной области.
Применимые в производстве полимерного связующего растворители имеют среднюю температуру кипения приблизительно от 120 до 230°C. Выбор растворителя будет зависеть от типа полимерного связующего, которое предстоит изготовить, и его молекулярной массы. К числу подходящих растворителей относятся, помимо прочего, диацетоновый спирт, циклогексанон, изопропиллактат, 3-метокси- 1-бутанол, 1-этокси-2-пропанол и т.д.
В некоторых вариантах осуществления слой полимерного связующего в рамках настоящего изобретения может быть специально подобран на основе коэффициента расширения в воде к материалу линзы, с которым он будет использоваться. Согласование или существенное согласование коэффициента расширения полимерного связующего с коэффициентом расширения материала полимеризованной линзы в уплотнительном растворе может содействовать предотвращению развития напряжений в линзе, которое приводит к ухудшению оптическим характеристикам и изменению параметров линзы. Кроме того, полимерное связующее может набухать в материале линзы, допуская набухание изображения, отпечатанного с помощью красящего вещества в рамках настоящего изобретения. Благодаря набуханию изображение оказывается захваченным в материале линзы, не оказывая воздействия на удобство пользования линзой.
В некоторых вариантах осуществления красящие вещества могут быть включены в состав слоя связующего. Пигменты, используемые с полимерным связующим в красящих веществах в рамках настоящего изобретения, представляют собой органические или неорганические пигменты, пригодные для использования в контактных линзах, либо комбинации таких пигментов. Помутнение может контролироваться путем изменения концентрации пигмента и используемого опалесцирующего компонента, большие количества которого вызывают большее помутнение. Примеры органических пигментов включают, помимо прочего, фталоцианин голубой, фталоцианин зеленый, карбазол фиолетовый, кубовый оранжевый № 1 и тому подобные, а также их комбинации. Примеры неорганических пигментов включают, помимо прочего, черный железоокисный, коричневый железоокисный, желтый железоокисный, красный железоокисный, титановые белила и тому подобные вещества, а также их комбинации. Помимо указанных пигментов, могут также применяться растворимые и нерастворимые красители, включая, помимо прочего, красители на основе дихлортриазина и винилсульфонов. Соответствующие целям настоящего изобретения пигменты и красители доступны в продаже.
Покрытие или смачивание пигментных частиц с полимерным связующим обеспечивает лучшее диспергирование пигментных частиц в массе полимерного связующего. Покрытие поверхности сегмента может выполняться за счет использования электростатических, дисперсионных или водородных сил связи. Для диспергирования пигмента в полимерном связующем предпочтительно использование высокой скорости сдвига. Пигмент может добавляться к полимерному связующему путем налива полимера и сегмента в подходящий смеситель, такой как смеситель с вращающимся валом, и перемешивания до образования однородной смеси, как правило, в течение приблизительно 30 минут. После этого смесь может подаваться в мельницу с высокой скоростью сдвига, такую как мельница Эйгера, для диспергирования пигмента в полимерном связующем. Повторное измельчение выполняется при необходимости для достижения полного диспергирования. В общем случае измельчение производится до достижения пигментами размерами от приблизительно 0,2 до приблизительно 3 микрон. Измельчение может производиться с использованием любого подходящего и доступного в продаже устройства, включая, помимо прочего, мельницу с высокой скоростью сдвига или шаровую мельницу.
Помимо пигмента и полимерного связующего, в некоторых вариантах осуществления слой связующего содержит один или несколько растворителей, которые облегчают процесс нанесения слоя связующего на часть формы для литья. Другим открытием настоящего изобретения является то, что для облегчения нанесения слоя связующего, который не растекается по поверхности части формы, на которую наносится, желательно и предпочтительно, чтобы коэффициент поверхностного натяжения слоя связующего не превышал приблизительного 27 мН/м. Такое поверхностное натяжение может достигаться путем обработки поверхности, например, поверхности формы, на которую будет нанесен слой связующего 111. Обработка поверхности может выполняться способами, известными специалистам, такими как, помимо прочего, плазменная обработки или обработка в коронном разряде. В альтернативном варианте предпочтительно, чтобы необходимое поверхностное натяжение достигалось путем выбора растворителей, используемых в красящем веществе.
Соответственно, примеры растворителей, пригодных для использования в слое связующего, включают растворители, способные увеличивать или уменьшать вязкость слоя связующего и помогающие управлять поверхностным натяжением. Подходящими растворителями являются, помимо прочего, циклопентаноны, 4-метил-2-пентанон, 1-метокси-2-пропанол, 1-этокси-2-пропанол, изопропиллактат и тому подобные, а также их комбинации. Предпочтительно использовать 1-этокси-2-пропанол и изопропиллактат.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления в материале слоя связующего в рамках настоящего изобретения используются по меньшей мере три различных растворителя. Первые два из них, которые являются среднекипящими растворителями, используются при получении полимерного связующего. Хотя эти растворители могут быть сняты с полимерного связующего после формования, предпочтительно, чтобы они были оставлены. Предпочтительно, чтобы этими двумя растворителями были 1-этокси-2-пропанол и изопропиллактат. Дополнительный низкокипящий растворитель, то есть растворитель, имеющий температуру кипения от приблизительно 75 до приблизительно 120°C, может использоваться для снижения вязкости пигмента до необходимого значения. Подходящими низкокипящими растворителями являются, помимо прочего, 2-пропанол, 1-метокси-2-пропанол, 1-пропанол и подобные растворители, а также их комбинации. Предпочтительно использовать 1-пропанол.
Конкретное количество используемых растворителей зависит от ряда факторов. Например, количество растворителей, используемых при создании полимерного связующего, зависит от молекулярного веса необходимого полимерного связующего и его составляющих, таких как мономеры и сополимеры, используемые в полимерном связующем. Количество используемого низкокипящего растворителя зависит от вязкости и поверхностного натяжения, необходимых для данного красящего вещества. Кроме того, если красящее вещество наносится на форму и полимеризуется вместе с материалом линзы, количество используемого растворителя зависит от используемых материалов линзы иформы, а также от того, подвергался ли материал формы какой-либо обработке поверхности с целью повышения его способности к смачиванию. Специалисты в данной области смогут определить точное количество растворителя. В общем случае полный вес используемых растворителей составляет от приблизительно 40 до приблизительно 75% вес. растворителя, который будет использоваться.
В дополнение к растворителям, пластификатор может и в предпочтительном варианте добавляется к слою связующего 111 для уменьшения растрескивания в процессе сушки слоя связующего и усиления диффузии и набухания слоя связующего под действием материала линзы. Тип и количество используемого пластификатора зависит от молекулярного веса используемого полимерного связующего и - для красящих веществ, помещаемых на формы, которые сохраняются перед использованием, - от необходимой стабильности при хранении. Подходящими пластификаторами являются, помимо прочего, глицерин, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, полиэтиленгликоль 200, 400 и 600 и тому подобные, а также их комбинации. Предпочтительно использовать глицерин. Количества используемого пластификатора обычно составляют от 0 до приблизительно 10% вес. от веса красящего вещества.
Специалистам в данной области понятно, что добавки, отличные от описанных выше, также могут быть включены в состав слоя связующего в рамках настоящего изобретения. Подходящими добавками являются, помимо прочего, добавки, способствующие растеканию и равномерному распределению по поверхности, добавки, предотвращающие пенообразование, добавки для реологической модификации и тому подобные, а также их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения слой связующего оказывается встроенным в материал линзы после его отверждения. Таким образом, слой связующего можно закладывать ближе к передней или задней поверхности линзы, на которую он наносится, сформированной в зависимости от поверхности формы. Кроме того, один или несколько слоев связующего могут быть нанесены в любом порядке.
Хотя изобретение может использоваться для получения жестких или мягких контактных линз из любого известного материала линз или материала, подходящего для формования таких линз, предпочтительно, чтобы линзы в рамках настоящего изобретения были мягкими контактными линзами с водосодержанием от приблизительно 0 до приблизительно 90%. Более предпочтительно, чтобы линзы изготавливали из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или обе эти группы, либо были изготовлены из содержащих силикон компонентов, таких как силоксаны, гидрогели, силиконовые гидрогели или их комбинации. Материал, пригодный для изготовления линз в рамках настоящего изобретения, может быть получен путем реакции макромеров, мономеров и их смесей с присадками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящими материалами являются, помимо прочего, силиконовые гидрогели, выполненные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
На фиг. 5 представлен еще один аспект настоящего изобретения, в соответствии с которым источник энергии, установленный на субстрате, размещается во время проведения работы в форме для литья офтальмологической линзы. На этапе 501 источник энергии размещается внутри формы для литья офтальмологической линзы, как было указано выше.
На этапе 502 источник энергии размещается в зоне электрической связи с компонентом, дополнительно установленным на субстрате в части формы для литья. Электрическая связь может осуществляться, например, с помощью электронных схем, встроенных во вкладыш, или с помощью связей, созданных с применением струйной печати или иными способами непосредственно на материале линзы.
На этапе 503 реакционная смесь, помещенная в полость, полимеризуется и образует линзу. Полимеризация может быть выполнена, например, путем облучения реакционной смеси актиническим излучением.
Устройство
На фиг. 3 представлено автоматизированное устройство 310. Устройство изображено с одним или несколькими механизмами переноса субстрата 311. Как показано на рисунке, множество частей форм для литья, каждая с соответствующим субстратом 314, размещаются на пластине 313 и подаются к механизмам переноса субстрата 311. В некоторых вариантах осуществления может использоваться один механизм 311, по очереди размещающий источники энергии в нескольких субстратах 314, или несколько механизмов (не показано), одновременно размещающих источники энергии в нескольких субстратах, таких как части формы для литья 314, а в некоторых вариантах осуществления - в каждую форму для литья.
Другой аспект некоторых вариантов осуществления предполагает использование устройства для поддержки различных элементов, включая источник энергии офтальмологической линзы, во время формирования офтальмологической линзы вокруг таких компонентов. В некоторых вариантах осуществления источник энергии может крепиться в точках фиксации в форме для литья линзы (не показано). Точки фиксации могут быть выполнены с использованием полимеризованного материала такого же типа, из которого будет сформирована сама линза.
На фиг. 6 представлен контроллер 600, который может быть использован в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Контроллер 600 имеет процессор 610, который может содержать один или несколько процессорных компонентов, подключенных к устройству обмена данными 620. В некоторых вариантах осуществления контроллер 600 может быть использован для передачи энергии в источник энергии, размещенный в офтальмологической линзе.
Контроллер может содержать один или несколько процессоров, связанных с устройством обмена данными и настроенных на передачу энергии через канал связи. Устройство обмена данными может быть использовано для электронного управления одной или несколькими из следующих операций: размещение источника энергии в офтальмологической линзе, передача цифровых данных на офтальмологическую линзу и с нее, а также управление компонентом, встроенным в офтальмологическую линзу.
Устройство обмена данными 620 может также использоваться для связи, например, с одним или несколькими управляющими устройствами или с компонентами производственного оборудования.
например,
Процессор 610 также обменивается данными с устройством хранения данных 630. Устройство хранения данных 630 может содержать любое подходящее устройство хранения данных, включая комбинации магнитных запоминающих устройств ( магнитную ленту и жесткие диски), оптические запоминающие устройства и (или) полупроводниковые устройства памяти, такие как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
В устройстве хранения данных 630 может быть установлена программа 640 для управления процессором 610. Процессор 610 выполняет инструкции программы 640, и, таким образом, работает в соответствии с принципами настоящего изобретения. Устройство хранения данных 630 может также хранить офтальмологические данные в одной или нескольких базах данных. База данных может содержать специальные конструкции источников энергии, метрологические данные, а также управляющие последовательности для контроля за потоками энергии, направленными к и от источника энергии.
В некоторых вариантах осуществления офтальмологическая линза с компонентом активации выполнена с возможностью получения энергии от источника энергии, встроенного в офтальмологическое устройство.
На фиг. 7 представлены некоторые опции, которые могут быть включены в различные типы источников энергии, встроенных в офтальмологическую линзу, снабженную источником энергии 100, под пунктом 700. Как было указано ранее, в ряде вариантов осуществления источник энергии может представлять собой батареи. Батареи представлены на фиг. 7 под пунктом 720. На фиг. 7 также представлен график для различных опций в зависимости от плотности энергии, которую они могут хранить. Например, батареи имеют диапазон энергетической плотности от приблизительно 50 до приблизительно 800 Вт-час/л. В целом, без учета других аспектов конкретного источника энергии, чем больше энергетическая плотность батареи, тем лучше.
На графике 700 видно, что устройство сбора энергии 740 является наименее предпочтительным устройством с точки зрения энергетической плотности. Однако для специалиста в данной области техники очевидно, что существуют и другие параметры, по которым устройство сбора энергии может иметь преимущества.
Например, устройства сбора энергии могут включать фотогальванические элементы, термоэлектрические элементы или пьезоэлектрические элементы. Такие устройства сбора энергии обеспечивают положительный аспект в том, что могут поглощать энергию из окружающей среды, а затем питать устройства электрической энергией без использования проводного подключения. В некоторых вариантах осуществления устройства сбора энергии могут включать источник энергии в офтальмологической линзе, снабженной источником энергии. Однако в других вариантах осуществления устройство сбора энергии может использоваться совместно с другими источниками, которые могут накапливать энергию в электрической форме.
Другие типы источников энергии включают устройство конденсаторного типа 730. Очевидно, что энергетическая плотность конденсаторов выше плотности устройств сбора энергии, но ниже энергетической плотности батарей 720. Однако у конденсаторов есть некоторые преимущества.
Конденсаторы являются таким типом источников энергии, который может хранить энергию в электрической форме, поэтому их можно объединять с устройствами сбора энергии для создания беспроводного источника энергии, способного хранить энергию. Как правило, преимущество конденсаторов по сравнению с батареями состоит в том, что они имеют более высокую плотность энергии, чем батареи. Существуют различные типы конденсаторов: от стандартных электрических тонкопленочных конденсаторов, майларовых конденсаторов, электролитических конденсаторов до относительно новых более совершенных конденсаторов высокой плотности, таких как наноразмерные конденсаторы или суперконденсаторы.
В некоторых дополнительных вариантах осуществления источники энергии, содержащие электрохимические элементы или батареи 720 могут определять предпочтительный режим работы. Батареи имеют множество характеристик, которые делают их предпочтительными источниками энергии в рамках настоящего изобретения. Например, батареи могут накапливать энергию в такой форме, которая непосредственно преобразуется в электрическую энергию. Некоторые виды батарей могут перезаряжаться или заряжаться. Следовательно, они представляют собой дополнительную категорию источников энергии, которые могут объединяться с устройствами сбора энергии. Учитывая, что батареи имеют относительно высокую энергетическую плотность, функции могут выполняться с умеренным расходом энергии. Кроме того, батареи могут формировать гибкие устройства. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что для сфер приложений, требующих большой мощности, батареи также можно объединять с конденсаторами. Существуют также варианты осуществления, в которых батарея является по меньшей мере частью источника энергии, расположенного в офтальмологической линзе, снабженной источником энергии.
В другом варианте осуществления в качестве источника энергии 710 может использоваться топливный элемент. Топливные элементы генерируют электрический ток, используя в качестве источника химическое топливо. Помимо электроэнергии образуются также побочные продукты, в том числе тепловая энергия. В вариантах осуществления с топливными элементами предусматривается возможность использования биологически доступных материалов в качестве источника топливного. Как правило, если не принимать во внимание подходящую энергетическую плотность, характерную для указанного источника энергии, он может представлять собой технологически сложную конструкцию, и обычно его размеры недостаточно малы для применения в офтальмологической линзе. Кроме того, если отсутствует возможность извлекать источник топлива из офтальмологической линзы, то такой топливный элемент, несмотря на его фактическую энергетическую плотность, может проигрывать в сравнении с источником энергии, который имеет возможность заряжаться.
Представленное ниже описание варианта осуществления настоящего изобретения основывается, в целом, на использовании батареи в качестве основного источника энергии для офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Это не должно ограничивать объем изобретения, так как многочисленные источники энергии, включая описанные в настоящем документе, являться вариантами осуществления офтальмологических линз, снабженных источником энергии.
Как было указано выше, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник энергии содержит электрохимическую ячейку или батарею. Существует множество типов батарей, которые могут быть использованы в вариантах осуществления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Например, катод и анод одноразовых батарей могут быть выполнены из различных материалов. В качестве неограниченных примеров таких материалов можно привести цинк, углерод, серебро, марганец, кобальт, литий и кремний. Однако в других вариантах осуществления линзы могут получать энергию от перезаряжаемых батарей. Такие батареи могут быть в свою очередь выполнены с использованием материалов, произведенных по одной или нескольким из перечисленных технологий: литий-ионной технологии, серебряной технологии, магниевой технологии, ниобиевой технологии или с использованием других материалов. Для специалиста в данной области будет очевидно, что различные варианты осуществления офтальмологической линзы, снабженной источником энергией, могут предусматривать различные технологии производства батарей для одноразового использования или перезаряжаемых аккумуляторных систем.
Физические и габаритные ограничения, связанные с особенностями контактных линз, могут определять предпочтительность использования некоторых типов батарей по сравнению с другими. Примером такого предпочтительного использования являются тонкопленочные батареи. Тонкопленочные батареи занимают небольшой объем, что подходит для вариантов осуществления офтальмологических лиц для человека. Кроме того, они могут быть расположены на поверхности гибкого субстрата, что позволяет сохранять гибкость как офтальмологической линзе, так и встроенной в нее батарее с субстратом.
В случае использования тонкопленочных батарей примеры могут включать как одноразовые, так и аккумуляторные батареи. Аккумуляторные батареи имеют возможность увеличения срока службы, следовательно, они увеличивают скорость потребления энергии. Большая часть опытно-конструкторской работы сосредоточена на технологиях производства офтальмологических линз, снабженных источником электрической энергии, с использованием аккумуляторных тонкопленочных батарей. Однако настоящее изобретение не ограничивается использованием лишь этого типа батарей.
Аккумуляторные тонкопленочные батареи доступны в продаже: например, компания Oak Ridge National Laboratory производит различные типы таких батарей с начала 1990-х годов. Современные промышленные производители таких батарей: Excellatron Solid State, LLC (Атланта, штат Джорджия), Infinite Power Solutions (Литтлтон, штат Колорадо) и Cymbet Corporation, (Элк-Ривер, штат Миннесота). В настоящее время для большинства сфер применения используется технология тонкопленочных батарей. Использование батарей такого типа предусмотрено некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, однако создание трехмерной тонкопленочной батареи, например, со сферическим радиусом кривизны, является предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Специалисту в данной области техники будет ясно, что использование разнообразных поверхностей и форм таких трехмерных вариантов осуществления батареи входит в сферу действия настоящего изобретения.
На фиг. 8A, 8B, 8C и 8D представлены примеры батарей различных форм, которые могут быть использованы для офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Под номером 800 представлен пример источника энергии, изготовленного из тонкопленочных материалов, который для настоящего примера был сформирован в виде плоскости. Если размер таких батарей, как представленный под номером 800, составляет порядка одного миллиметра, они могут использоваться в офтальмологической линзе, снабженной источником энергии. Под номером 810 представлен пример источника энергии трехмерной формы, в котором гибкому субстрату и встроенной батарее придана кольцевая форма, которая в недеформированном виде имеет приблизительно такую же форму, которую может принять недеформированная офтальмологическая линза. В некоторых вариант осуществления радиус кольцевой формы может составлять приблизительно 8 мм для одного из вариантов осуществления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Такой же подход может применяться к трехмерным вариантам осуществления, которые представляют собой четверть кольца 830 или половину кольца 820. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что источники энергии различных форм, включая частичные кольцевые формы, могут использоваться в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения.
Другое направление вариантов осуществления настоящего изобретения относится к конкретным химическим составляющим батарей, которые могут использоваться в офтальмологической линзе, снабженной источником энергии. Пример варианта осуществления, который был разработан Oak Ridge Laboratories, включает компоненты литиевых или литий-ионных батарей. Среди стандартных материалов анода таких батарей - литий, а в литий-ионных батареях анодом может быть графит. Примером альтернативных вариантов осуществления таких батарей является использование микрочастиц кремния в качестве анода для тонкопленочной батареи, встроенной в контактную линзу.
Для катода батареи в рамках настоящего описания могут использоваться несколько видов материалов. Среди стандартных материалов катода - оксиды лития и марганца, а также оксиды лития и кобальта, которые имеют хорошие характеристики для использования в батареях. Кроме того, катоды на основе фосфидов железа и лития могут иметь аналогичную производительность, однако в некоторых сферах приложениях они могут иметь более высокие показатели возможности зарядки. Кроме того, габаритные размеры этих и других материалов катода могут повысить производительность процесса зарядки. Например, для катодов, созданных из нанокристаллов различных материалов, может значительно увеличиться скорость, с которой батарея заряжается.
В некоторых вариантов осуществления может использоваться инкапсуляция источника энергии в материале, изолирующем источник энергии от среды, в которую он помещен. Предпочтительно инкапсулировать источник энергии, чтобы полностью изолировать его от контакта с офтальмологической линзой. Кроме того, некоторые свойства офтальмологических линз могут негативно повлиять на работу источников энергии, если источники энергии должным образом не изолированы. Множество различных вариантов осуществления является результатом выбора разных материалов для изготовления источников энергии.
На фиг. 9 под номером 900 представлен пример варианта осуществления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Изображенный на рисунке источник энергии 910 может включать тонкопленочную литий-ионную аккумуляторную батарею. Батареи могут иметь точки контакта 970 для обеспечения связи. Связь может обеспечиваться проводами, подключенными к точкам контакта 970, которые связывают батарею с фотогальваническим элементом 960, который в свою очередь может быть использован для зарядки батареи источника энергии 910. Дополнительные провода могут связывать источник энергии с гибкой электрической схемой, соединенной при помощи проводов, подключенных ко второму набору точек контакта 950. Точки контакта 950 могут являться частью гибкого субстрата с элементами обеспечения связи 955. Такой субстрат может быть изготовлен в виде, приближенном к стандартной форме линзы, аналогично источнику энергии, как было описано выше. Однако для обеспечения дополнительной гибкости, субстрат 955 может иметь дополнительные характеристики поверхности, например, радиальные разрезы 945, по всей длине. К некоторым частям субстрата 955 могут быть подключены различные электронные компоненты, например, микросхемы, дискретные компоненты, пассивные компоненты и устройства, которые показаны под номером 990. Такие компоненты соединяются проводами или иным способом 940 с проводящими каналами в субстрате 955. Для примера, который не ограничивает настоящее изобретение, различные компоненты могут быть связаны с гибким субстратом 955 различными способами, варианты которых уже обсуждались ранее в контексте вариантов обеспечения связи с батареей. Набор различных электрических компонентов может определить контрольный сигнал для электрооптического устройства, изображенного под номером 990. Контрольный сигнал может быть передан по соединительному проводу 920. Такой тип офтальмологической линзы, снабженной источником энергии, с функцией зарядки приведен в качестве примера. Настоящее описание не ограничивает объем настоящего изобретения. Таким образом, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что существует множество вариантов осуществления функций, конструкций, схем связи, схем подачи напряжения и общего использования принципов настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления предусмотрена возможность изменения внешнего вида офтальмологической линзы. Эстетика поверхности тонкопленочной микробатареи может быть изменена различными способами, которые приводят к изменениям внешнего вида электроактивной контактной линзы или процесса формирования гидрогелевого изделия. В некоторых вариантах осуществления тонкопленочные микробатареи могут быть изготовлены с учетом эстетических потребностей с рисунком и (или) цветным верхним слоем, которые могут служить либо для маскировки тонкопленочных микробатарей, либо для создания цветные узоров, подобных рисунку радужной оболочки глаза индивидуальных и (или) смешанных оттенков, отражающего рисунка, радужного рисунка, металлоподобного рисунка, или, возможно, любого другого художественного оформления или рисунка. В некоторых вариантах осуществления тонкопленочная батарея может частично закрываться другими компонентами внутри линзы, например, фотоэлектрическими чипами, закрепленными на передней поверхности батареи, или - в альтернативном варианте - батарея может быть размещена позади гибкой схемы или ее части. В дополнительных вариантах осуществления тонкопленочная батарея может быть намеренно расположена так, чтобы либо верхнее, либо нижнее веко частично или полностью закрывало батарею от видимости. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что возможны различные варианты осуществления, имеющие отношение к внешнему виду офтальмологического устройства, снабженного источником энергии, а также различные способы их определения.
Есть множество вариантов осуществления, связанных со способом изготовления различных типов офтальмологических устройств, снабженных источником энергии, которые были описаны. В ряде вариантов осуществления использование изобретения может включать поэтапный монтаж субкомпонентов конкретного варианта осуществления офтальмологической линзы, снабженной источником энергии. Автономная сборка тонкопленочных батарей необходимой формы, гибких электрических схем, соединений, микроэлектронных компонентов и (или) других электроактивных компонентов в сочетании с биосовместимыми инертными защитными покрытиями позволяет создать полностью готовый к применению вкладыш для встройки в линзу, который может быть просто включен в стандартные процессы изготовления контактных линз. Гибкие электрические схемы могут включать компоненты, изготовленные из меди и покрытые пленкой из полиимида или подобных субстратов. Защитные покрытия могут включать, помимо прочего, парилен (типа N, C, D, HT и любые комбинации), поли(п-ксилилен), диэлектрические покрытия, силиконовые защитные покрытия или любые другие подходящие биосовместимые покрытия.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут представлять собой способы, направленные на изменение геометрической конструкции тонкопленочных микробатарей таким образом, чтобы они стали подходящими для встраивания в офтальмологическую линзу и (или) для инкапсуляции с использованием материала офтальмологической линзы. Другие варианты осуществления могут включать способы встраивания тонкопленочных микробатарей в различные материалы, такие как, помимо прочего, гидрогели, силиконовые гидрогелевые материалы, жесткие газопроницаемые (ЖГП) материалы контактных линз, силиконы, термопластичные полимеры, термоэластопласты, термореактивные полимеры, защитные диэлектрические/изоляционные покрытия и герметичные барьерные покрытия.
Другие варианты осуществления могут включать способы размещения источника энергии с учетом геометрии офтальмологической линзы. В частности, в некоторых вариантах осуществления источник энергии может являться непрозрачным предметом. Так как источник энергии не может препятствовать прохождению света через офтальмологическую линзу, способы изготовления офтальмологических линз в некоторых вариантах осуществления могут учитывать, что центральный сектор линзы радиусом 5-8 мм не будет блокирован какой-либо непрозрачной частью источника энергии. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что существует множество различных вариантов осуществления, связанных с конструкциями разных источников энергии для эффективного взаимодействия с соответствующими оптическими частями офтальмологической линзы.
В некоторых вариантах осуществления масса и плотность источника энергии может способствовать разработке таких вариантов осуществления, в которых источник энергии может функционировать либо один, либо совместно с другими стабилизационными сегментами, предназначенными для того, чтобы стабилизировать линзу во время ее нахождения на глазу пользователя. Такие варианты осуществления могут применяться в ряде сфер приложения, включая, помимо прочего, при коррекции астигматизма, улучшении зрительного комфорта или обеспечения постоянного/контролируемого местоположения других компонентов внутри офтальмологической линзы, снабженной источником энергии.
В дополнительных вариантах осуществления источник энергии может быть размещен на некотором расстоянии от внешнего края контактной линзы для создания необходимого профиля края контактной линзы, предназначенного для обеспечения комфорта и сведения к минимуму вероятности возникновения побочных эффектов. Примерами таких побочных эффектов, которых следует избегать, могут являться дугообразное прокрашивание эпителия роговицы в верхней части лимба или гигантский папиллярный конъюнктивит.
В качестве неограничивающего примера, в некоторых вариантах осуществления конструктивные особенности катода, электролита и анода, встроенных в электрохимическиие ячейки, могут быть снабжены соответствующими метками для разделения регионов катода, электролита и анода. Очевидно, что батареи, изготовленные таким образом, могут включать как одноразовые элементы, например, на основе оксида марганца и цинка, так и тонкие аккумуляторные батареи на основе лития, аналогичные элементам, используемым в описанных выше тонкопленочных батареях. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные варианты осуществления различных функций и способов изготовления офтальмологических линз, снабженных источником энергии, могут включать использование способов печати.
Вывод
Настоящее изобретение, описанное выше и определяемое ниже пунктами формулы изобретения, обеспечивает способы обработки офтальмологических линз и устройство для реализации таких способов, а также офтальмологические линзы, изготовленные с их помощью.