СУБСТРАТ С ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА
SUBSTRATE HAVING ENERGY SOURCE FOR OPHTHALMIC DEVICE

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка истребует приоритет по предварительной заявке США № 61/101282, поданной 30 сентября 2008 года, и по заявке США № 12/565407, поданной 23 сентября 2009 года, на содержании которых основано содержание настоящей заявки и которые включены в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описан вкладыш-субстрат с источником энергии для офтальмологического устройства, более конкретно, в ряде вариантов осуществления описан процесс изготовления офтальмологических линз с использованием вкладыша-субстрата с источником энергии.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционно офтальмологическое устройство, такое как контактная, интраокулярная линза или пробка слезного канальца, представляет собой 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 из перечисленных функций реализуется с использованием определенной физической характеристики применяемой линзы. Конструкция линзы с использованием светопреломляющего свойства позволяет корректировать характеристики зрения. Введение в материал линзы пигментов позволяет получить желаемый косметический эффект. Введение в материал линзы активного вещества позволяет использовать линзу в терапевтических целях. Подобные физические характеристики могут быть реализованы без перевода линзы в состояние с подачей энергии.
В последнее время высказываются предположения о возможности внедрения в контактную линзу активных компонентов. Такие компоненты могут включать, например, полупроводниковые устройства. В ряде примеров были продемонстрированы полупроводниковые устройства, встроенные в контактные линзы, помещаемые на глаза животных. Однако для подобных устройств пока не предложено механизма автономного питания. Хотя от линзы можно проложить провода к источнику снабжения энергией таких полупроводниковых устройств, и, согласно теоретическим положениям, такие элементы могут иметь беспроводное питание, однако механизм осуществления беспроводного питания пока отсутствует.
Таким образом, желательно разработать дополнительные способы и устройство, пригодные для изготовления офтальмологических линз с автономным источником энергии для обеспечения одной или нескольких функций офтальмологической линзы и контролируемого изменения оптических характеристик офтальмологической линзы или другого биомедицинского устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изложенным выше, настоящее изобретение представляет собой вкладыш-субстрат, который может содержать автономный источник энергии и может быть встроен в офтальмологическое устройство, например, в контактную линзу или пробку слезного канальца. Кроме того, настоящее изобретение также включает способ и устройство для изготовления офтальмологических линз с использованием описанного в настоящем документе вкладыша-субстрата с автономным источником энергии. В ряде вариантов осуществления указанный субстрат в заряженном состоянии способен обеспечивать электропитание для компонента, способного потреблять электрический ток. Такие компоненты могут включать, например, один или несколько из следующих компонентов: элемент оптической линзы с изменяемыми характеристиками, полупроводниковое устройство и активное или пассивное электронное устройство. Ряд вариантов осуществления также включает литую контактную линзу из силиконового гидрогеля с жестким или гибким вкладышем с автономным источником энергии, встроенным в офтальмологическую линзу биосовместимым образом.
Таким образом, настоящее изобретение включает описание офтальмологической линзы с частью линзы, выполняющей функцию субстрата с автономным источником энергии, устройства для изготовления офтальмологической линзы с частью линзы, выполняющей функцию субстрата с автономным источником энергии, и способы их изготовления. Источник энергии может быть размещен на вкладыше-субстрате с автономным источником энергии, а вкладыш может быть размещен вблизи от одной или обеих частей формы для литья: первой части формы для литья и второй части формы для литья. Затем между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья помещают реакционную смесь мономера. Первую часть формы для литья устанавливают в непосредственной близости от второй части формы для литья, тем самым образуя полость, формирующую линзу, с вкладышем-субстратом, автономным источником энергии и по меньшей мере частью реакционной смеси мономера в полости для линзы. После этого на реакционную смесь мономера воздействуют актиничным излучением. Линзы изготавливают путем управления потоком актиничного излучения, которым воздействуют на реакционную смесь мономера.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг. 1 изображена сборка формы для литья офтальмологической линзы в соответствии с рядом вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2A-2D изображены различные варианты осуществления вкладыша-субстрата, который может быть размещен внутри офтальмологической линзы.
На фиг. 3 изображено устройство для размещения источника энергии внутри части формы для литья офтальмологической линзы.
На фиг. 4 приведена последовательность выполняемых этапов в соответствии с рядом вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 приведена последовательность выполняемых этапов в соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения.
На фиг. 6 приведен один из вариантов процессора для реализации ряда вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 схематично показан пример осуществления вкладыша-субстрата.
На фиг. 8 показан пример осуществления вкладыша-субстрата в поперечном сечении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает способы и устройство для изготовления офтальмологической линзы с использованием вкладыша-субстрата с автономным источником энергии. Кроме того, настоящее изобретение включает офтальмологическую линзу с вкладышем-субстратом, встроенным в офтальмологическую линзу.
В соответствии с настоящим изобретением, линза с автономным источником энергии 100 имеет встроенный вкладыш-субстрат и источник энергии, например, электрохимическую ячейку или батарею в качестве средства хранения энергии, а в ряде вариантов осуществления - также средства инкапсуляции и изоляции материалов, которые содержит указанный источник энергии, от среды, в которую помещается офтальмологическая линза.
В ряде вариантов осуществления вкладыш-субстрат также включает набор электронных устройств, компонентов и источников энергии. В различных вариантах осуществления с помощью вкладыша-субстрата указанный набор электронных устройств, компонентов и источников энергии может располагаться на периферии оптической зоны, через которую пользователь линзы может видеть, тогда как в других вариантах осуществления входящие в указанный набор электронные устройства, компоненты и источники энергии могут иметь достаточно малые размеры и не препятствовать нормальному зрению пользователя линзы, поэтому с помощью вкладыша-субстрата указанный набор устройств, компонентов и источников энергии может располагаться как в оптической зоне, так и за пределами оптической зоны линзы.
Как правило, в соответствии с рядом вариантов осуществления настоящего изобретения, вкладыш-субстрат устанавливается в офтальмологическую линзу с помощью автоматического механизма, который размещает источник энергии в соответствующем месте относительно части формы для литья.
В ряде вариантов осуществления размещаемый в линзе источник энергии имеет электрическую связь с компонентом, который может быть активирован и который может потреблять электрический ток от источника энергии, встроенного в офтальмологическую линзу. Такой компонент может представлять собой, например, полупроводниковое устройство, активное или пассивное электрическое устройство или электрически активируемый механизм, включая, например, микроэлектромеханические системы (МЭМС), наноэлектромеханические системы (НЭМС) или микромашины. После размещения источника энергии и компонентов реакционной смеси с помощью формы для литья придается необходимая форма, и смесь полимеризуется для изготовления офтальмологической линзы.
В следующих разделах приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются лишь примерами. При этом предполагается, что специалистам в данной области техники очевидно, что существует 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 автономным источником энергии - компонент, в котором реализована возможность подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри него.
Энергия - в рамках настоящего документа относится к способности физической системы совершать 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 питания от автономного источника энергии.
Устройство сбора энергии - устройство, способное извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Линза - в рамках настоящего документа термин относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в глазу или на его поверхности. Подобные изделия могут использоваться для оптической коррекции или применяться в косметических целях. Например, термин «линза» может относиться к контактной или интраокулярной линзе, 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, изготовленные из силиконовых эластомеров или гидрогелей.
Линзообразующая смесь, или реакционная смесь мономера, или РСМ - в рамках настоящего документа относятся к мономерному или форполимерному материалу, который может подвергаться полимеризации со сшивкой или сшивке с образованием 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 или интраокулярных линз.
Формирующая линзу поверхность - относится к поверхности, которая используется как форма для литья линзы. В некоторых вариантах осуществления любая такая поверхность может иметь поверхность с обработкой оптического качества, что означает, что данная поверхность достаточно гладкая и изготовлена так, что поверхность линзы, изготовленной способом 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 электрическую энергию. Такая электрохимическая ячейка, как правило, называется батареей и в стандартных формах допускает возможность подзарядки или перезарядки.
Вкладыш-субстрат - в рамках настоящего документа термин относится к гибкому или жесткому носителю, на котором может быть размещен встраиваемый в офтальмологическую линзу источник энергии. В ряде вариантов осуществления на вкладыше-субстрате также размещают один или несколько компонентов.
Форма для литья - относится к жесткому или полужесткому объекту, который может быть использован для изготовления линзы из смеси неполимеризованных компонентов. Некоторые предпочтительные формы для литья состоят из двух частей, формирующих переднюю криволинейную и заднюю криволинейную 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 подзаряжаемый - в рамках настоящего документа - с возможностью возврата в состояние с более высокой способностью к совершению 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.
Подзарядка или перезарядка - восстановление состояния, обеспечивающего более высокую способность к совершению 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 прикреплена так, что может быть освобождена при помощи легкого встряхивания или снята при помощи тампона.
Формы для литья
На фиг. 1 схематически изображен пример формы для литья 100 офтальмологических линз с вкладышем-субстратом 111. 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 изготовлена линза. Указанное сочетание частей формы 101-102 предпочтительно является временным. После изготовления 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 еще к 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 кольцевой фланец, соединенный с и окружающий круговой край, и распространяющийся от него в плоскости, перпендикулярной оси и распространяющейся от фланца (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, изготовленной способом 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 геометрию, требуемую 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 вкладыш-субстрат, на котором может быть размещен источник энергии 109. Указанный вкладыш-субстрат 111 может быть изготовлен из любого соответствующего материала, на котором может быть размещен источник энергии 109, а в ряде вариантов осуществления может также включать электрические соединения, компоненты и иные аспекты, позволяющие электрически соединить источник энергии 109 с компонентом 108, чтобы позволить компоненту 108 потреблять электрический ток от источника энергии 109.
В ряде вариантов осуществления указанный вкладыш-субстрат 111 имеет гибкую подложку. В дополнительных вариантах осуществления вкладыш-субстрат 111 может быть жестким, например, выполненным из кремниевой пластины. 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 вкладыш-субстрат может содержать кольцевые вкладыши как жесткие, так и гибкие, или вкладыши иной формы, которые окружают оптическую зону, через которую пользователь линз может видеть.
В других вариантах осуществления вкладыш-субстрат 111 изготавливается из прозрачного слоя материала, который затем будет встроен в линзу при ее изготовлении. Указанный прозрачный слой может содержать, например, пигмент, как указано ниже, мономер или другой биосовместимый материал.
Различные варианты осуществления также включают размещение источника энергии 109 на вкладыше-субстрате 111 перед размещением вкладыша-субстрата 111 в части формы, используемой для литья линзы. На вкладыше-субстрате 111 могут также быть размещены один или несколько компонентов, которые будут получать электрическую энергию от источника энергии 109.
В ряде вариантов осуществления линза с вкладышем-субстратом 111 может иметь конструкцию с жестким центром и мягкой периферией, в которой центральный жесткий оптический элемент находится в непосредственном контакте с окружающей средой и с поверхностью роговицы глаза, соответственно, передней и задней поверхностями, а мягкая периферийная часть материала линзы (как правило, изготовленная из гидрогеля) закреплена по периметру жесткого оптического элемента, и жесткий оптический элемент также выполняет функции вкладыша-субстрата, обеспечивая энергию и возможность функционирования указанной офтальмологической линзы.
В ряде дополнительных вариантов осуществления вкладыш-субстрат 111 представляет собой жесткий вкладыш, полностью инкапсулированный матрицей гидрогеля. Жесткий вкладыш-субстрат 111 может быть изготовлен, например, по технологии микролитья под давлением. Стандартные варианты осуществления могут включать, например, вкладыш из сополимера поли(4-метилпент-1-ена) диаметром от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом кривизны передней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом кривизны задней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм и толщиной в центральной части от приблизительно 0,050 мм до 0,5 мм. Некоторые возможные варианты осуществления включают вкладыш-субстрат диаметром приблизительно 8,9 мм, радиусом кривизны передней поверхности приблизительно 7,9 мм, радиусом кривизны задней поверхности приблизительно 7,8 мм, толщиной в центральной части приблизительно 0,100 мм и профилем края приблизительно 0,050 радиуса. Пример устройства для микролитья под давлением может включать термопластоавтомат Microsystem 50 2,27 кг (усилие смыкания пять тонн), поставляемый компанией Battenfield Inc.
Вкладыш-субстрат может быть помещен в часть формы для литья 101-102, используемой для формования офтальмологической линзы.
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.
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); очищенные статистические сополимеры для чистого литья в соответствии с требованиями рекомендации 21 Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), Свод федеральных правил (c)3.2; статистический сополимер (znPP) с этиленовой группой.
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 содержит алициклические сополимеры.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, литье под давлением по известным способам 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 изготавливаются на по меньшей мере 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. 2A-2D изображены возможные конструкции вкладышей-субстратов 211-214. На фиг. 2A показан кольцевой вкладыш-субстрат 211. Другие вкладыши-субстраты могут иметь различные формы, соответствующие вариантам их размещения в офтальмологической линзе. Ряд предпочтительных форм включает формы с дугообразными элементами, согласующимися по форме с сегментом офтальмологической линзы. На фиг. 2B показан вкладыш-субстрат 212, который имеет площадь, равную приблизительно 1/2 полной площади соответствующей кольцевой конструкции, и также имеет дугообразную форму и может помещаться на периферии оптической зоны линзы, в которую помещается вкладыш-субстрат 212. Аналогичным образом на фиг. 2C показан вкладыш-субстрат 213 с площадью, равной приблизительно 1/3 полной площади соответствующей кольцевой конструкции. На фиг. 2D показана кольцевая конструкция 214, в которой вкладыш-субстрат 214 содержит множество неодинаковых участков 215-217. Неодинаковые участки 215-217 могут использоваться для разделения функций, выполняемых неодинаковыми участками 215-217. Например, один из неодинаковых участков 215-217 может содержать один или несколько источников энергии, а другие неодинаковые участки 215-217 могут содержать компоненты.
В ряде вариантов осуществления вкладыш-субстрат 211-214 может иметь оптическую зону, включающую оптический элемент с переменными характеристиками, питание которого осуществляется от расположенных на вкладыше-субстрате 211-214 источников энергии. Вкладыш-субстрат 211-214 может содержать электронную схему для управления оптическим элементом с переменными характеристиками, находящимся в оптической зоне вкладыша-субстрата 211-214. В настоящем описании оптический элемент с переменными характеристиками может считаться компонентом в указанном выше смысле.
Источник энергии может быть электрически связан с компонентом. Указанный компонент может представлять собой любое устройство, которое реагирует на электрическое воздействие изменением своего состояния, такое как, например, полупроводниковое микроэлектронное устройство, пассивное электрическое устройство или оптическое устройство, такое как линза из пьезоэлектрической пластины.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник энергии представляет собой, например, батарею или иной электрохимический элемент, конденсатор, ультраконденсатор, суперконденсатор или иной компонент для хранения электрической энергии. Некоторые варианты осуществления могут включать литий-ионную батарею, расположенную на вкладыше-субстрате 211-214 в периферийной части офтальмологической линзы за пределами оптической зоны, заряжаемую с помощью радиочастотного излучения и (или) магнитной индукции с помощью элементов, нанесенных способом струйной печати.
В ряде вариантов осуществления настоящего изобретения предпочтительный тип линзы может включать линзу, в состав материалов 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 форполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом содержащем силикон компоненте предпочтительно составляет более приблизительно 20% вес., более предпочтительно - более 30% вес. полного молекулярного веса содержащего силикон компонента. Подходящие 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.
Пригодные 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, содержащие 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 равно 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. Неограничивающие 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. Неограничивающие 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 сочетания 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 другом варианте осуществления - из моновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 6 атомов углерода. Неограничивающие 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. Неограничивающие 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 выбираются 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, линза, составляющая предмет настоящего изобретения, изготавливается 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:
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:
11
1
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:
12
13
15
14
где R представляет собой атом водорода или метил; R представляет собой атом водорода, алкильный радикал, содержащий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R, где Y представляет собой -O-,Y-S- или -NH-; R представляет собой дивалентный радикал, содержащий от 1 до 12 атомов углерода; X обозначает -CO- или -OCO-; Z обозначает -O- или -NH-; Ar обозначает ароматический радикал, содержащий от 6 до 30 атомов углерода; w находится в диапазоне 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:
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.
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 также могут использоваться в качестве содержащего силикон компонента в рамках настоящего изобретения.
Процессы
Перечисленные ниже этапы приводятся как примеры процессов, которые могут быть осуществлены 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 осуществлено 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 приведена последовательность этапов при осуществлении на практике настоящего изобретения. На этапе 401 источник энергии размещается на вкладыше-субстрате. Вкладыш-субстрат также может содержать или не содержать один или несколько компонентов.
На этапе 402 в первую часть формы для литья вносится реакционная смесь мономера.
На этапе 403 вкладыш-субстрат помещается в полость, образованную первой частью формы для литья. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления вкладыш-субстрат 111 помещается в часть формы для литья 101-102 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. Размещение вкладыша-субстрата 111 также предусмотрено в рамках настоящего изобретения. Соответственно, любая автоматизированная загрузка помещает вкладыш-субстрат 111 с источником энергии 109 в часть формы для литья таким образом, чтобы полимеризация реакционной смеси 110, содержащейся в части формы, приводила к встраиванию источника энергии 109 в итоговую офтальмологическую линзу.
В ряде вариантов осуществления на вкладыше-носителе может также быть размещено и подключено к источнику энергии микропроцессорное устройство, микроэлектромеханическая система (МЭМС), наноэлектромеханическая система (НЭМС) или другой компонент.
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 и того, и другого. На этапе 406 линзу извлекают из частей формы для литья.
Несмотря на то что настоящее изобретение может использоваться для получения жестких или мягких контактных линз из любого известного материала линз или материала, подходящего для изготовления таких линз, линзы в рамках настоящего изобретения предпочтительно являются мягкими контактными линзами с содержанием воды от приблизительно 0 до приблизительно 90%. Более предпочтительно, линзы изготавливают из мономеров, содержащих гидроксильные группы и (или) карбоксильные группы, либо изготавливаются из содержащих силикон компонентов, таких как силоксаны, гидрогели, силиконовые гидрогели или их комбинации. Материал, который может использоваться для изготовления линз в рамках настоящего изобретения, может быть изготовлен путем проведения реакции в смесях макромеров, мономеров и их комбинаций с соответствующими добавками, такими как инициаторы полимеризации. Соответствующие целям настоящего изобретения материалы, помимо прочего, включают силиконовые гидрогели, полученные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Вернемся снова к фиг. 4. На этапе 402 реакционная смесь помещается между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья, а вкладыш-субстрат размещается так, чтобы он находился в контакте с реакционной смесью. На этапе 404 первая часть формы для литья размещается в непосредственной близости от второй части формы для литья с созданием полости для изготовления линзы, содержащей реакционную смесь мономера и вкладыш-субстрат.
На этапе 405 реакционная смесь полимеризуется, например, под действием актиничного излучения и (или) тепла. На этапе 406 офтальмологическое устройство со встроенными вкладышем-субстратом и источником энергии извлекается из частей формы для литья, использованных для изготовления офтальмологического устройства.
Обратимся к фиг. 5. В другом аспекте настоящего изобретения встроенный в офтальмологическое устройство вкладыш-субстрат может получать питание от встроенного источника энергии. На этапе 501 вкладыш-субстрат помещается в офтальмологическую линзу, как описано выше. На этапе 502 вкладыш-субстрат приводится в электрический контакт с компонентом, расположенным на вкладыше-субстрате или иным образом встроенным в офтальмологическую линзу 105. Электрический контакт может быть установлен, например, с помощью имеющейся на вкладыше-носителе электронной схемы или с использованием контактных дорожек, нанесенных способом струйной печати или иным способом непосредственно на материал линзы.
На этапе 503 энергия направляется в компонент, встроенный в офтальмологическую линзу. Энергия может быть направлена, например, с помощью электронной схемы, способной передавать электрический заряд. На этапе 504 компонент выполняет некоторое действие, определяемое поступившей в него энергией. Такое действие может представлять собой изменяющее характеристики линзы механическое действие или связанное с обработкой информации действие, включая одну или несколько из следующих функций: прием, передача, хранение и обработка информации. Предпочтительные варианты осуществления включают обработку и хранение информации в цифровой форме.
На этапе 505 в ряде вариантов осуществления информация передается из встроенного в линзу компонента.
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 вкладышем-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 вкладышах-субстратах 314, или несколько механизмов (не показано), одновременно размещающих источники энергии в нескольких вкладышах-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 вкладыша-субстрата 314 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 один или несколько процессоров 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.
Процессоры 610 связаны с устройством обмена данными, настроенным на передачу энергии через канал связи. Устройство обмена данными может быть использовано для электронного управления одной или несколькими из следующих операций: автоматизации размещения вкладыша-субстрата с источником энергии в части формы для литья офтальмологической линзы, передача цифровых данных на компонент, установленный на вкладыше-субстрате, и с него, а также размещение компонента на части формы для литья офтальмологической линзы и 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.
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 (например, 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 системная программа 640 для управления процессором 610. Процессор 610 выполняет инструкции системной программы 640, и, таким образом, работает в соответствии с принципами настоящего изобретения. Например, процессор 610 может получать информацию, характеризующую местоположение вкладыша-субстрата, и т.д. Устройство хранения данных 630 может также хранить офтальмологические данные в одной или нескольких базах данных 650 и 660. База данных может содержать информацию о специальных конструкциях вкладышей-субстратов, метрологические данные, а также управляющие последовательности для контроля за потоками энергии, направленными к вкладышу-субстрату и от него.
На фиг. 7 представлен вид сверху примера варианта осуществления вкладыша-субстрата 700. На рисунке показано, что источник энергии 710 находится в периферийной области 711 вкладыша-субстрата 700. Источник энергии 710 может содержать, например, тонкопленочную перезаряжаемую литий-ионную батарею. Источник энергии 710 может быть подключен к контактным площадкам 714 для обеспечения возможности внешнего подключения. К контактным площадкам 714 могут быть присоединены проводники, соединяющие источник энергии 710 с фотоэлектрической ячейкой 715, которая может использоваться для подзарядки батарейного источника энергии 710. Дополнительные проводники могут соединять источник энергии 710 с гибким соединительным кабелем.
В ряде вариантов осуществления вкладыш-субстрат 700 может иметь гибкую подложку. Такой гибкой подложке описанными ранее способами может быть придана форма, повторяющая типичную форму линзы. Однако для большей гибкости вкладыш-субстрат 700 может иметь дополнительные конструктивные особенности, такие как радиальные разрезы по длине. Кроме того, вкладыш-субстрат может также содержать различные электронные компоненты 712, такие как интегральные схемы, дискретные компоненты, пассивные компоненты и другие подобные устройства.
На рисунке также показана оптическая зона 713. Указанная оптическая зона может быть оптически пассивной и не вносить оптических корректив либо может иметь определенные оптические характеристики, например, выполнять заданную оптическую коррекцию. В других вариантах осуществления оптическая зона может иметь компонент с изменяемыми по внешней команде оптическими характеристиками.
На фиг. 8 изображен вкладыш-субстрат 800 в поперечном сечении. Указанный вкладыш-субстрат 800 может иметь оптическую зону 830, как описано выше, а также одну или несколько периферийных областей 810-820. В предпочтительных вариантах осуществления источник энергии и компоненты размещаются в периферийных областях 810-820.
В ряде вариантов осуществления предусматриваются возможности 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 цветных 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 установки в линзу, который может быть просто включен в стандартные процессы изготовления контактных линз. Для изготовления гибких схем может использоваться полиимидная пленка с медным покрытием или иные подобные носители. Соответствующие покрытия могут включать, помимо прочего, парилен (типа N, C, D, HT и их 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 подходили для установления 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 гидрогели, 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 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 поражение эпителия роговицы в верхней части лимба или гигантский папиллярный конъюнктивит.
В качестве неограничивающего примера в ряде вариантов осуществления катод, электролит и анод встроенного в линзу электрохимического элемента могут формироваться путем нанесения соответствующих композиций в геометрии, требуемой для задания подобных областей 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.
Кроме того, в ряде вариантов осуществления могут также использоваться устройства сбора энергии, находящиеся в электрическом контакте таим образом, что могут осуществлять подзарядку одного или нескольких источников энергии. Примеры устройств сбора энергии включают, например, фотогальванические элементы, термоэлектрические элементы и пьезоэлектрические элементы. Положительный аспект устройств сбора энергии заключается в их способности поглощать энергию из окружающей среды и затем предоставлять электрическую энергию без необходимости внешнего проводного подключения. В ряде вариантов осуществления устройства сбора энергии могут представлять собой источник энергии для офтальмологической линзы с источником энергии. Однако в других вариантах осуществления устройства сбора энергии могут использоваться в сочетании с другими источниками, способными хранить энергию в электрической форме.
Другие типы возможных источников энергии включают устройства конденсаторного типа. Необходимо понимать, что конденсаторы могут обеспечить плотность энергии большую, чем устройства сбора энергии, но меньшую, чем батареи.
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 накапливать энергию. Как правило, преимущество конденсаторов по сравнению с батареями состоит в том, что они обеспечивают 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 высокой плотности энергии или суперконденсаторы.
В ряде дополнительных вариантов осуществления источники энергии, включая электрохимические элементы или батареи, могут определять относительно желательную рабочую точку. 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 подзаряжаться. Следовательно, они представляют собой дополнительную категорию источников энергии, которые могут использоваться совместно с устройствами сбора энергии. Как правило, батареи обладают относительно высокой плотностью энергии, и накопленная в батарее энергия может использоваться для выполнения операций с относительно более высокими требованиями к источнику энергии по сравнению с другими миниатюрными источниками энергии. Кроме того, батареи могут быть изготовлены в виде гибких устройств. 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 с автономным источником энергии.
В другом варианте осуществления в качестве источника энергии может использоваться топливный элемент. Топливные элементы генерируют электричество, используя в качестве источника химическое топливо. Помимо электроэнергии образуются также побочные продукты, в том числе тепловая энергия. Возможны варианты осуществления с топливными элементами, использующими в качестве топлива биодоступные материалы.
Существует множество типов батарей, которые могут быть использованы в вариантах осуществления офтальмологической линзы с автономным источником энергии. Например, катод и анод одноразовых батарей могут быть выполнены из различных материалов. В качестве неограничивающих 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 с автономным источником энергией, могут предусматривать различные технологии производства батарей для одноразового использования или перезаряжаемых аккумуляторных систем.
В ряде вариантов осуществления физические и габаритные ограничения, связанные с особенностями контактных линз, могут определять предпочтительность использования некоторых типов батарей по сравнению с другими. Тонкопленочные батареи могут занимать небольшой объем пространства, совместимый с вариантами осуществления офтальмологических устройств для человека. Более того, они могут быть изготовлены на гибкой подложке, что позволяет свободно изгибаться как самой батарее с подложкой, так и содержащей их офтальмологической линзе.
В случае использования тонкопленочных батарей примеры могут включать как одноразовые, так и перезаряжаемые батареи. Перезаряжаемые батареи позволяют изготовить продукт с более продолжительным сроком службы и тем самым - с более высокими скоростями потребления энергии. Значительные усилия были направлены на разработку технологии для производства офтальмологических линз с источником энергии в виде перезаряжаемой тонкопленочной батареи, однако настоящее изобретение не ограничивается только этим подклассом.
Перезаряжаемые тонкопленочные батареи доступны в продаже, например, компания Oak Ridge National Laboratory производит их в различных видах с начала 90-х годов XX века. Сегодня производством и поставкой на рынок таких батарей занимаются такие компании, как Excellatron Solid State, LLC (Атланта, штат Джорджия, США), Infinite Power Solutions (Литтлтон, штат Колорадо, США) и Cymbet Corporation (Элк-Ривер, штат Миннесота, США). В настоящее время для большинства сфер применения используется технология тонкопленочных батарей малой толщины. 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. Все разнообразие форм подобных трехмерных конструкций батарей находится в рамках сферы действия настоящего изобретения.
Вывод
В настоящем изобретении, описанном выше и определенном в следующих пунктах формулы изобретения, предложены способы создания вкладышей-субстратов с источником энергии и устройство для их изготовления, а также для изготовления офтальмологических линз с встроенными вкладышами-субстратами.