НЕСУЩАЯ ВСТАВКА ДЛЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА С НАЛОЖЕННЫМИ ДРУГ НА ДРУГА ИНТЕГРИРОВАННЫМИ КОМПОНЕНТАМИ
BEARING INSERT FOR OPHTHALMOLOGICAL DEVICE WITH OVERLAPPED INTEGRATED COMPONENTS

Настоящее изобретение относится к способу формирования несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами для офтальмологической линзы и к несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами для офтальмологической линзы.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, интраокулярная линза или пробка для слезной точки, традиционно представляет собой биосовместимое устройство с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, использование контактной линзы может преследовать одну или более из следующих целей: коррекция характеристик зрения, косметическое улучшение и терапевтические эффекты. Каждая из функций обусловлена определенной физической характеристикой линзы. Конфигурация линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет осуществлять функцию коррекции зрения. Введение в линзу пигмента позволяет обеспечить косметическое улучшение. Введение в линзу активного агента позволяет использовать линзу в терапевтических целях. Таких физических характеристик можно добиться без переведения линзы в состояние с энергообеспечением.
В последнее время высказываются предположения о возможности внедрения в контактную линзу активных компонентов. Некоторые компоненты могут включать в себя полупроводниковые устройства. В некоторых примерах представлено внедрение полупроводниковых устройств в контактные линзы, помещенные на глаза животного. Однако для таких устройств пока не предложен автономный механизм энергообеспечения. Для питания таких полупроводниковых устройств в принципе можно использовать провода, соединяющие линзу с аккумуляторной батареей, кроме того, высказывались предложения по беспроводному питанию таких устройств, однако до сих пор не предложен никакой механизм для осуществления такого беспроводного питания.
Следовательно, желательно иметь в наличии дополнительные способы и прибор для реализации офтальмологических линз с энергообеспечением, достаточным для обеспечения одного или более из функциональных возможностей офтальмологической линзы и контролируемого изменения оптических характеристик офтальмологической линзы или иного биомедицинского устройства.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предложен способ формирования несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами для офтальмологической линзы. Способ содержит: формирование слоев подложки с функциональными возможностями; сборку слоев подложки; формирование электрических соединений между слоями подложки; герметизацию многослойного элемента материалом для вклеивания внутри тела литой офтальмологической линзы.
Слоям подложки при сборке может быть придана одна из круговой кольцеобразной формы или части кольцеобразной формы.
Наложенные друг на друга функциональные слои могут адгезивно прикреплять к изолирующим слоям с образованием многослойного элемента.
Второму слою наложенных друг на друга интегрированных компонентов может быть придана форма по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры, внешний радиус которой меньше радиуса первого слоя.
Один или более слоев могут содержать поверхность с металлической характеристикой.
На поверхность одного или более из слоев, имеющих металлическую характеристику, может быть нанесена пленка припоя.
Способ может содержать размещение аккумуляторной батареи на несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами, причем аккумуляторная батарея является подзаряжаемой посредством одного или более из радиочастотного излучения и магнитной индукции.
Способ может содержать размещение тонкопленочной аккумуляторной батареи на несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами и модификацию поверхности аккумуляторной батареи для определения ее внешнего вида.
Слои подложки могут быть гибкими.
В соответствии с дополнительным аспектом предложен способ, содержащий стадии формирования несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами и вклеивания несущей вставки в офтальмологическую линзу.
В соответствии с дополнительным аспектом предложена вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов. Вставка содержит: слои подложки с функциональными возможностями; причем слои подложки собраны с образованием электрических соединений между слоями подложки, образуя многослойный элемент; причем многослойный элемент герметизирован материалом для вклеивания внутри тела литой офтальмологической линзы.
Слоям подложки при сборке может быть придана одна из круговой кольцеобразной формы или части кольцеобразной формы.
Наложенные друг на друга функциональные слои могут адгезивно прикреплять к изолирующим слоям с образованием многослойного элемента.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может содержать второй слой наложенных друг на друга интегрированных компонентов в форме по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры, внешний радиус которой меньше внешнего радиуса первого слоя.
Один или более слоев могут содержать поверхность с металлической характеристикой.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может содержать пленку припоя, нанесенную на поверхность одного или более слоев, имеющих металлическую характеристику.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может содержать аккумуляторную батарею, которая является подзаряжаемой посредством одного или более из радиочастотного излучения и магнитной индукции.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может содержать тонкопленочную аккумуляторную батарею, причем поверхность аккумуляторной батареи выполнена с возможностью определения заданного внешнего вида.
Слои подложки могут быть гибкими.
В соответствии с дополнительным аспектом предложена офтальмологическая линза, содержащая вклеенную в нее вставку со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов.
В настоящем документе описана несущая вставка, которая может быть выполнена с энергообеспечением и встроена в офтальмологическое устройство, такое как, например контактная линза или пробка для слезной точки. Кроме того, настоящее изобретение также включает в себя способ и прибор для формирования офтальмологической линзы, содержащей несущую вставку с энергообеспечением. В некоторых иллюстративных примерах среда в состоянии с энергообеспечением способна обеспечивать электропитание для компонента, способного потреблять ток. Компоненты могут включать в себя, например, одно или более из: элемента линзы с изменяемыми оптическими свойствами, полупроводникового устройства и активного или пассивного электронного устройства. Некоторые примеры также могут включать в себя литую силикон-гидрогелевую контактную линзу с жесткой или формуемой вставкой с энергообеспечением, содержащейся в офтальмологической линзе с соблюдением принципа биосовместимости.
В настоящем документе описаны офтальмологическая линза с частью среды с энергообеспечением, прибор для формирования офтальмологической линзы с частью среды с энергообеспечением и способы их производства. Источник энергии можно поместить в несущую вставку, а вставку можно разместить в непосредственной близости к одной или обеим из первой части формы для литья и второй части формы для литья. Реакционную смесь мономера помещают между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья. Первая часть формы для литья расположена в непосредственной близости ко второй части формы для литья, тем самым формируя полость для линзы, причем в полости для линзы находится несущая вставка с энергообеспечением и по меньшей мере часть реакционной смеси мономера. Реакционную смесь мономера облучают актиничным излучением с образованием офтальмологической линзы. Линзы формируют путем управления потоком актиничного излучения, которым воздействуют на реакционную смесь мономера.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен прибор узла формы для литья в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2A-2D представлены различные несущие вставки, которые можно установить в офтальмологическую линзу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлен прибор для размещения источника питания внутри части формы для литья офтальмологической линзы.
На фиг. 4 представлены стадии способа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 представлены стадии способов в соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения.
На фиг. 6 представлен процессор, который можно использовать для реализации способа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 представлено изображение примера несущей вставки.
На фиг. 8 представлено поперечное сечение примера несущей вставки.
На фиг. 9 представлено поперечное сечение устройства с наложенными друг на друга интегрированными компонентами, осуществляющего энергообеспечение несущих вставок с наложенными друг на друга интегрированными компонентами в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 10 представлена несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами в рамках примера офтальмологической линзы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу формирования несущей вставки и несущей вставке для офтальмологической линзы. Кроме того, несущую вставку можно встроить в офтальмологическую линзу.
Линза с энергообеспечением 100 может быть сформирована со встроенной несущей вставкой и источником энергии, таким как электрохимический элемент или аккумуляторная батарея, в качестве средства хранения энергии и необязательно средства для герметизации и изоляции материалов, содержащих источник энергии, от среды, в которую помещают офтальмологическую линзу.
В некоторых иллюстративных примерах несущая вставка также включает в себя набор схем, компонентов и источников энергии. Несущую вставку, в которой размещают набор схем, компонентов и источников энергии, можно расположить на периферии оптической зоны, через которую будет смотреть пользователь линзы, тогда как в альтернативном варианте осуществления размещают набор схем, компонентов и источников энергии, которые являются достаточно маленькими и не препятствуют нормальному зрению пользователя контактной линзы, следовательно, их можно размещать в несущей вставке внутри или за пределами оптической зоны.
В целом несущая вставка встроена в офтальмологическую линзу посредством элемента автоматизации, который размещает источник энергии в необходимом месте относительно части формы для литья, используемой для отливки линзы.
В некоторых иллюстративных примерах источник энергии находится в электрическом соединении с компонентом, который можно активировать по команде и который потребляет электрический ток от источника энергии, включенного в офтальмологическую линзу. Компонент может включать в себя, например, полупроводниковое устройство, активное или пассивное электрическое устройство или электрически активируемый механизм, включая, например: микроэлектромеханические системы (МЭМС), наноэлектромеханические системы (НЭМС) или микромеханизмы. После размещения источника энергии и компонента реакционной смеси придают форму с помощью формы для литья и выполняют полимеризацию смеси с образованием офтальмологической линзы.
В следующих разделах представлено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются только примерами осуществления. Предполагается, что специалисту в данной области будут очевидны возможности создания вариаций, модификаций и изменений. Следовательно, предполагается, что указанные примеры осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В данном описании и формуле настоящего изобретения используются различные термины, для которых приняты следующие определения.
Компонент - при использовании в настоящем документе относится к устройству, способному получать электрический ток от источника энергии для изменения одного или более из логического состояния или физического состояния.
С энергообеспечением - при использовании в настоящем документе относится к состоянию, в котором устройство может поставлять электрический ток или аккумулировать электрическую энергию.
Энергия - при использовании в настоящем документе относится к способности физической системы совершать работу. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения может относиться к указанной способности выполнения электрических действий при совершении работы.
Источник энергии - при использовании в настоящем документе относится к устройству, выполненному с возможностью поставлять энергию или приводить биомедицинское устройство в состояние с энергообеспечением.
Устройство сбора энергии - при использовании в настоящем документе относится к устройству, способному извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Линза - относится к любому офтальмологическому устройству, находящемуся внутри глаза или на нем. Данные устройства можно использовать для оптической коррекции или применять в качестве косметического средства. Например, термин может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используют для коррекции или модификации зрения, либо для косметического улучшения физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. Предпочтительные линзы представляют собой мягкие контактные линзы, полученные из силиконовых эластомеров или гидрогелей.
Линзообразующая смесь или «реакционная смесь» (реакционная смесь мономера (РСМ)) - при использовании в настоящем документе относится к мономерному или форполимерному материалу, который можно полимеризовать и поперечно сшить или поперечно сшить с образованием офтальмологической линзы. Линзообразующие смеси могут включать в себя одну или более добавок, таких как: УФ-блокаторы, красители, фотоинициаторы или катализаторы и другие добавки, которые могут требоваться в составе офтальмологических линз, таких как контактные или интраокулярные линзы.
Линзообразующая поверхность - относится к поверхности, которую используют для литья линзы. Любая такая поверхность может представлять собой поверхность оптической чистоты и качества, что указывает на то, что она является достаточно гладкой и образована таким образом, что поверхность линзы, образованная при полимеризации линзообразующего материала в контакте с поверхностью формы для литья, характеризуется оптически приемлемым качеством. Линзообразующая поверхность 103-104 дополнительно может иметь геометрию, необходимую для придания поверхности линзы требуемых оптических характеристик, включая, без ограничений, сферическую, асферическую и цилиндрическую оптическую силу, коррекцию аберрации волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и т.п., а также любые их комбинации.
Литий-ионный элемент - относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате перемещения ионов лития через элемент. Данный электрохимический элемент, как правило, называемый аккумуляторной батареей, в своей типичной форме может быть возвращен в состояние с более высоким зарядом или перезаряжен.
Несущая вставка - при использовании в настоящем документе обозначает формуемую или жесткую подложку, способную поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. Несущая вставка также может поддерживать один или более компонентов.
Форма для литья - относится к жесткому или полужесткому объекту, который можно использовать для формирования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя две части формы для литья - переднюю криволинейную часть формы для литья и заднюю криволинейную часть формы для литья.
Оптическая зона - при использовании в настоящем документе обозначает область офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Мощность - при использовании в настоящем документе обозначает выполненную работу или переданную энергию за единицу времени.
Перезаряжаемый или перезапитываемый - при использовании в настоящем документе обозначает возможность быть перезаряженным или переведенным в состояние с более высокой способностью совершать работу. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения могут относиться к возможности восстановления способности, при которой электрический ток определенной величины испускается в течение определенного периода времени.
Повторно подключить к источнику энергии или перезарядить - возвращать в состояние совершения работы с более высокой мощностью. Множество сфер применения в рамках настоящего изобретения могут относиться к восстановлению способности устройства испускать электрический ток определенной величины в течение определенного периода времени.
Высвобожденный из формы для литья - обозначает, что линза либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо прикреплена к ней таким образом, что ее можно удалить легким встряхиванием или сдвинуть тампоном.
«Устройства с наложенными друг на друга интегрированными компонентами» - при использовании в настоящем документе термин иногда заменяют термином «SIC-устройства», термин относится к результату применения технологий упаковки, позволяющих собирать тонкие слои подложек, которые могут содержать электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства путем наложения по меньшей мере части каждого слоя друг на друга. Слои могут содержать многокомпонентные устройства различных типов, материалов, форм и размеров. Более того, слои можно получить с помощью различных технологий производства устройств для получения различных необходимых форм.
Формы для литья
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для литья 100 офтальмологической линзы с несущей вставкой 111. При использовании в настоящем документе термин «устройство для литья» 100 включает в себя пластиковые элементы для образования полости 105; причем линзообразующая смесь может подаваться в полость таким образом, что при протекании химической реакции или при полимеризации линзообразующей смеси получается офтальмологическая линза требуемой формы. Формы для литья и узлы форм для литья 100, составляющие предмет данного изобретения, состоят из более чем одной «части формы для литья» 101-102. Части формы для литья 101-102 можно сближать друг с другом таким образом, что между частями формы для литья 101-102 образуется полость 105, в которой можно сформировать линзу. Данная комбинация частей формы для литья 101-102 предпочтительно является временной. После формирования линзы части формы для литья 101-102 можно снова разъединить для извлечения линзы.
По меньшей мере одна часть поверхности 103-104 по меньшей мере одной из частей формы для литья 101-102 находится в контакте с линзообразующей смесью, так что при протекании химической реакции или при полимеризации линзообразующей смеси данная поверхность 103-104 обеспечивает необходимый контур и форму части линзы, с которой она контактирует. Это также справедливо для по меньшей мере еще одной части формы для литья 101-102.
Таким образом, например, устройство для литья 100 образовано из двух частей 101-102: вогнутой части (передней части) 102 и выпуклой части (задней части) 101, между которыми образована полость. Часть вогнутой поверхности 104, находящаяся в контакте с линзообразующей смесью, имеет кривизну, совпадающую с кривизной передней поверхности офтальмологической линзы, формируемой в устройстве для литья 100, и достаточно гладкую поверхность и такое исполнение, что поверхность офтальмологической линзы, образованная при полимеризации линзообразующей смеси, которая контактирует с вогнутой поверхностью 104, будет оптически приемлемого качества.
Передняя часть формы для литья 102 может также иметь кольцеобразный фланец, выполненный заодно с окружающим его краем окружности, и отходит от него в плоскости, перпендикулярной оси и проходящей от фланца (не показан).
Поверхность для формирования линзы может включать в себя поверхность 103-104 с поверхностным покрытием оптического качества, что указывает на то, что она является достаточно гладкой и образована таким образом, что поверхность линзы, образованная при полимеризации линзообразующего материала в контакте с поверхностью формы для литья, характеризуется оптически приемлемым качеством. Кроме того, линзообразующая поверхность 103-104 может иметь геометрию, требуемую для придания поверхности линзы требуемых оптических характеристик, включая, без ограничений, сферическую, асферическую и цилиндрическую оптическую силу, коррекцию аберрации волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и т.п., а также любые их комбинации.
Элементом 111 показана несущая вставка, на которой установлены источник энергии 109 и компонент 108. Несущая вставка 111 может быть изготовлена из любого соответствующего материала, на который можно поместить источник энергии 109, и также может включать в себя соединения схемы, компоненты и другие аспекты, подходящие для обеспечения электрической связи между источником энергии 109 и компонентом 108 и позволяющие компоненту потреблять электрический ток от источника энергии 109.
Несущая вставка 111 может включать в себя гибкую подложку. Дополнительные примеры могут включать в себя несущую вставку 111, которая является жесткой, такой как кремниевая пластина. Жесткая вставка может включать в себя оптическую зону, обеспечивающую определенное оптическое свойство (например, такое как свойства, используемые для коррекции зрения) и часть неоптической зоны. Источник энергии может быть размещен в одной или обеих из оптической зоны и неоптической зоны вставки. Другие примеры могут включать в себя кольцеобразную вставку, либо жесткую, либо формуемую, либо имеющую некоторую форму, окружающую оптическую зону, через которую смотрит пользователь.
Другие примеры включают в себя несущую вставку 111, образованную из прозрачного слоя материала, который затем будет включен в линзу при ее формировании. Прозрачный слой может включать в себя, например, описанный ниже пигмент, мономер или другой биосовместимый материал.
Источник энергии 109 можно разместить на несущей вставке 111 перед помещением несущей вставки 111 в часть формы для литья, используемой для формирования линзы. Несущая вставка 111 также может включать в себя один или более компонентов, которые будут получать электрическую энергию от источника энергии 109.
Линза с несущей вставкой 111 может иметь конфигурацию с жестким центром и мягким краем, в которой центральный жесткий оптический элемент находится в непосредственном контакте с атмосферой и с поверхностью роговой оболочки глаза соответственно на передней и задней поверхностях, причем мягкий край материала линзы (как правило, полученный из гидрогелевого материала) закреплен на периферической зоне жесткого оптического элемента, причем жесткий оптический элемент также выступает в качестве несущей вставки, обеспечивающей энергию и возможность функционирования для полученной офтальмологической линзы.
Некоторые примеры включают в себя несущую вставку 111, которая представляет собой жесткую вставку для линзы, полностью герметизированную гидрогелевой матрицей. Несущую вставку 111, представляющую собой жесткую вставку для линзы, можно производить, например, с использованием технологии микролитья под давлением. Например, может быть включена сополимерная смола поли(4-метилпент-1-ена) диаметром от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом передней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом задней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм и толщиной центральной части от приблизительно 0,050 мм до 0,5 мм. Может быть включена вставка диаметром приблизительно 8,9 мм, радиусом передней поверхности приблизительно 7,9 мм, радиусом задней поверхности приблизительно 7,8 мм, толщиной центральной части приблизительно 0,100 мм и профилем края приблизительно 0,050 радиуса. Машина для микролитья может включать в себя пятитонную систему Microsystem 50 производства компании Battenfield Inc.
Несущую вставку можно поместить в часть формы для литья 101-102, используемую для формирования офтальмологической линзы.
Материал частей формы для литья 101-102 может включать в себя, например, полиолефин или один или более из: полипропилена, полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата и модифицированных полиолефинов. Другие формы для литья могут включать в себя керамический или металлический материал.
Другие материалы формы для литья, которые можно использовать в комбинации с одной или более добавками с образованием формы для литья офтальмологической линзы, включают в себя, например, полипропиленовые смолы Zieglar-Natta (иногда называемые znPP); очищенные статистические сополимеры для чистого литья в соответствии с пунктом (c) 3.2 раздела 21 Свода федеральных правил США (CFR) Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами (FDA) США; статистический сополимер (znPP) с этиленовой группой.
Также формы для литья могут содержать такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклическим фрагментом в основной цепи и циклические полиолефины. Смесь можно использовать на любой или обеих из половин формы для литья, причем предпочтительно данная смесь используется для выполнения задней криволинейной поверхности, а передняя криволинейная поверхность состоит из алициклических сополимеров.
В некоторых предпочтительных способах получения форм для литья 100 используется литье под давлением в соответствии с известными технологиями, однако способы также могут включать в себя формы для литья, изготовленные с использованием иных технологий, включая токарную обработку, алмазную обточку или лазерную резку.
Как правило, линзы формируют на по меньшей мере одной поверхности обеих частей формы для литья 101-102. Однако одну поверхность линзы можно образовать из части формы для литья 101-102, а другую поверхность линзы можно образовать способом токарной обработки или другими способами.
Линзы
На фиг. 2A-2D представлены примеры конфигураций несущих вставок 211-214. На фиг. 2A представлена кольцеобразная несущая вставка 211. Другие несущие вставки могут иметь различные формы, совместимые с их размещением внутри офтальмологической линзы. Некоторые предпочтительные формы включают в себя формы с дугообразными конфигурациями, согласующимися по общей форме с офтальмологической линзой. На фиг. 2B представлена несущая вставка 212, которая включает в себя площадь, равную приблизительно Ѕ полной площади кольцеобразной конфигурации, и также имеет дугообразную область и может окружать оптическую зону линзы, в которую помещают несущую вставку 212. Аналогичным образом на фиг. 2C представлена несущая вставка 213, площадь которой равна приблизительно 1/3 полной площади кольцеобразной конфигурации. На фиг. 2D представлена кольцеобразная конфигурация 214, в которой несущая вставка 214 состоит из множества отдельных участков 215, 216, 21. Отдельные участки 215, 216, 21 могут подходить для разделения различных функций, выполняемых отдельными участками 215, 216, 21. Например, один из отдельных участков 215, 216, 21 может содержать один или более источников энергии, а другой из отдельных участков 215, 216, 21 может включать в себя компоненты.
Несущая вставка 211-214 может необязательно иметь оптическую зону, включающую в себя элемент с изменяемыми оптическими свойствами с электропитанием от источника энергии, размещенного на несущей вставке 211-214. Несущая вставка 211-214 может также включать в себя схему для управления элементом с изменяемыми оптическими свойствами, находящимся в оптической зоне 211-214. В данном описании элемент с изменяемыми оптическими свойствами может считаться компонентом в указанном выше смысле.
Источник энергии может находиться в электрической связи с компонентом. Компонент может включать в себя любое устройство, которое реагирует на электрический заряд изменением состояния, такое как, например: полупроводниковый чип, пассивное электрическое устройство или оптическое устройство, такое как кристаллическая линза.
Источник энергии включает в себя, например: аккумуляторную батарею или другой электрохимический элемент, конденсатор, ультраконденсатор, суперконденсатор или другой компонент хранения. Литий-ионную батарею можно разместить на несущей вставке 211-214 на периферии офтальмологической линзы за пределами оптической зоны, и она может являться подзаряжаемой посредством одного или более из радиочастотного излучения и магнитной индукции для получения источника энергии, нанесенного методом струйной печати.
Предпочтительный тип линзы может включать в себя линзу, которая включает в себя силиконсодержащий компонент. Под «силиконсодержащим компонентом» подразумевается любой компонент, содержащий по меньшей мере одно звено [-Si-O-] в составе мономера, макромера или форполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом силиконсодержащем компоненте предпочтительно составляет более приблизительно 20% вес. и более предпочтительно более 30% вес. от общей молекулярной массы силиконсодержащего компонента. Подходящие силиконсодержащие компоненты предпочтительно содержат полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатная, метакрилатная, акриламидная, метакриламидная, виниловая, N-виниллактамовая, N-виниламидная и стириловая функциональные группы.
Подходящие силиконсодержащие компоненты включают в себя соединения формулы I:
где:
1
R независимо выбирают из одновалентных реакционно-способных групп, одновалентных алкильных групп или одновалентных арильных групп, причем каждая из перечисленных выше групп может дополнительно содержать функциональные группы, выбранные из гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамата, карбоната, галогена или их комбинаций; причем одновалентные силоксановые цепи содержат 1-100 повторяющихся звеньев Si-O, которые могут дополнительно содержать функциональные группы, выбранные из алкила, гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамата, галогена или их комбинаций;
1
1
b = от 0 до 500, причем подразумевается, что если b отлично от 0, то относительно b имеется распределение с модой, равной указанному значению; причем по меньшей мере один R содержит одновалентную реакционно-способную группу, а в некоторых примерах от одного до 3 R содержат одновалентные реакционно-способные группы.
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
При использовании в настоящем документе термин «одновалентные реакционно-способные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Не имеющие ограничительного характера примеры свободнорадикальных реакционно-способных групп включают в себя (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. Не имеющие ограничительного характера примеры катионных реакционноспособных групп, включают в себя винилэфирные или эпоксидные группы и их смеси. В одном варианте осуществления свободнорадикальные реакционно-способные группы содержат (мет)акрилат, акрилокси, (мет)акриламид и их смеси.
1
16
6
14
Подходящие одновалентные алкильные и арильные группы включают в себя незамещенные одновалентные C-Cалкильные группы, C-Cарильные группы, такие как замещенные и незамещенные метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, их комбинации и т.п.
1
1
В одном примере b равно нулю, один R представляет собой одновалентную реакционно-способную группу, и по меньшей мере 3 R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 16 атомов углерода, а в другом примере - из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 6 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры силиконсодержащих компонентов включают в себя 2-метил-, 2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (SiGMA),
2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В другом примере b равно от 2 до 20, от 3 до 15 или от 3 до 10; по меньшей мере один концевой R содержит одновалентную реакционно-способную группу, а остальные R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом примере - из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 6 атомов углерода. В другом примере b равно от 3 до 15, один концевой R содержит одновалентную реакционно-способную группу, другой концевой R содержит одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, а остальные R содержат одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 3 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры силиконсодержащих компонентов включают в себя полидиметилсилоксан (ММ 400-1000) с концевой моно-(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил)-пропилэфирной группой (OH-mPDMS), полидиметилсилоксаны (ММ 800-1000) с концевыми моно-н-бутильными и концевыми монометакрилоксипропильными группами (mPDMS).
1
1
В другом примере b равно от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых R содержат одновалентные реакционно-способные группы, а остальные R независимо выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные связи между атомами углерода и могут дополнительно содержать галоген.
В одном примере, когда необходимо получить линзу на основе силикон-гидрогеля, ее получают из реакционной смеси, содержащей по меньшей мере приблизительно 20 и предпочтительно приблизительно от 20 до 70% вес. силиконсодержащих компонентов в расчете на общий вес содержащих реакционный мономер компонентов, из которых получают полимер.
1
В другом примере от одного до четырех R представляют собой винилкарбонат или карбамат формулы:
Формула II
где:
Y означает O-, S- или NH-;
R означает водород или метил; d равен 1, 2, 3 или 4; и q равен 0 или 1.
Силиконсодержащие винилкарбонатные или винилкарбаматные мономеры конкретно включают в себя: 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 и:
1
1
Для биомедицинских устройств с модулем упругости менее приблизительно 200 только один R должен представлять собой одновалентную реакционно-способную группу, и не более двух из остальных R должны представлять собой одновалентные силоксановые группы.
Другой класс силиконсодержащих компонентов включает в себя 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 означает алкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 6 до 30 атомов углерода,
G означает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 1 до 40 атомов углерода, который может содержать в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминовые связи;
* означает уретановую или уреидо-связь;
a
равно по меньшей мере 1;
A означает двухвалентный полимерный радикал формулы:
Формула VII
11
1
R независимо означает алкильную или фторзамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может содержать эфирные связи между атомами углерода; y равно по меньшей мере 1; и p обеспечивает молекулярную массу фрагмента от 400 до 10000; каждый из E и E независимо означает полимеризуемый ненасыщенный органический радикал, представленный формулой:
Формула VIII
12
13
15
14
где: R представляет собой водород или метил; R представляет собой водород, алкильный радикал, имеющий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R, в котором Y представляет собой -O-,Y-S- или -NH-; R представляет собой двухвалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X означает -CO- или -OCO-; Z означает -O- или -NH-; Ar означает 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; и z равно 0 или 1.
Предпочтительный силиконсодержащий компонент представляет собой полиуретановый макромер, представленный следующей формулой:
Формула IX
16
где R представляет собой бирадикал диизоцианата после удаления изоцианатной группы, такой как бирадикал изофорондиизоцианата. Другим подходящим силиконсодержащим макромером является соединение формулы X (где x + y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), образованное при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофорондиизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.
Формула X
Другие силиконсодержащие компоненты, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают в себя макромеры, содержащие полисилоксановые, полиалкиленэфирные, диизоцианатные, полифторуглеводородные, полифторэфирные и полисахаридные группы; полисилоксаны с полярной фторированной привитой или боковой группой, имеющей атом водорода, присоединенный к концевому дифторзамещенному атому углерода; гидрофильные силоксанилметакрилаты, содержащие эфирные и силоксанильные связи, а также поперечносшиваемые мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. Любой из перечисленных выше полисилоксанов также можно использовать в качестве силиконсодержащего компонента в настоящем изобретении.
Способы
Следующие стадии способа предложены в качестве примеров способов, которые можно реализовать в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Следует понимать, что порядок представления стадий способа не является ограничивающим, а для реализации настоящего изобретения можно использовать и другие последовательности. Кроме того, не все стадии являются необходимыми для реализации настоящего изобретения, и в различные примеры настоящего изобретения можно включить дополнительные стадии.
На фиг. 4 показана блок-схема, представляющая стадии, которые можно использовать для реализации настоящего изобретения. На стадии 401 источник энергии помещают на несущую вставку. Несущая вставка также может содержать или не содержать один или более компонентов.
На стадии 402 реакционную мономерную смесь можно поместить в первую часть формы для литья.
На стадии 403 несущую вставку помещают в полость, образованную первой частью формы для литья. Несущую вставку 111 можно поместить в часть формы для литья 101-102 механическим способом. Помещение механическим способом может включать в себя, например, применение робота или других средств автоматизации, известных в данной области в качестве применяемых для установки компонентов способом поверхностного монтажа. Помещение несущей вставки 111 вручную также входит в объем настоящего изобретения. Соответственно, любое помещение механическим способом, позволяющее поместить несущую вставку 111 с источником энергии 109 в часть формы для литья, и полимеризация содержащейся в части формы для литья реакционной смеси 110 позволяет включить источник энергии 109 в состав полученной офтальмологической линзы.
На несущую вставку также можно установить процессорное устройство, МЭМС, НЭМС или другой компонент, которые находятся в электрической связи с источником энергии.
На стадии 404 первую часть формы для литья можно разместить в непосредственной близости ко второй части формы для литья с образованием полости для формирования линзы, содержащей по меньшей мере часть реакционной мономерной смеси и источник энергии. На стадии 405 можно осуществить полимеризацию реакционной смеси мономера в полости. Полимеризацию можно осуществить, например, под воздействием одного или более из актиничного излучения и тепла. На стадии 406 линзу извлекают из частей формы для литья.
Хотя настоящее изобретение можно использовать для формирования твердых или мягких контактных линз, полученных из любого известного материала для формирования линз или материала, подходящего для производства таких линз, линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, предпочтительно представляют собой мягкие контактные линзы с содержанием воды от приблизительно 0 до приблизительно 90 процентов. Более предпочтительно линзы получают из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или оба типа групп, или получают из силиконсодержащих полимеров, таких как силоксаны, гидрогели, силикон-гидрогели и их комбинации. Материал, подходящий для формирования линз, составляющих предмет настоящего изобретения, можно получить путем взаимодействия смесей макромеров, мономеров и их комбинаций с добавками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящие материалы включат в себя, без ограничений, силикон-гидрогели, полученные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Как представлено на фиг. 4, на стадии 402 реакционную смесь помещают между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья, а на стадии 403 несущую вставку располагают в контакте с реакционной смесью. На стадии 404 первую часть формы для литья размещают в непосредственной близости ко второй части формы для литья с образованием полости для формирования линзы, содержащей реакционную смесь мономера и среду.
На стадии 405 проводят полимеризацию реакционной смеси, например, под воздействием одного или более из актиничного излучения и тепла. На стадии 406 офтальмологическое устройство с встроенной несущей вставкой и источником энергии извлекают из частей формы для литья, использовавшихся для формирования офтальмологического устройства.
Как представлено на фиг. 5, в другом аспекте настоящего изобретения встроенная в офтальмологическое устройство несущая вставка может получать питание от встроенного источника энергии. На стадии 501 несущую вставку помещают в офтальмологическую линзу, как описано выше. На стадии 502 обеспечивают электрическое соединение между несущей вставкой и компонентом, включенным в несущую вставку или иным образом включенным в офтальмологическую линзу 105. Электрическое соединение может быть установлено, например, с помощью включенной в несущую вставку схемы или с использованием контактных дорожек, нанесенных способом струйной печати или иным способом непосредственно на материал линзы.
На стадии 503 энергия направляется в компонент, встроенный в офтальмологическую линзу. Энергия может направляться в устройство, например, посредством электрической схемы, способной проводить электрический ток. На стадии 504 компонент выполняет некоторое действие на основе поступившей в него энергии. Действие может включать в себя механическое действие, изменяющее характеристики линзы, или некоторое действие, связанное с обработкой информации, включая одно или более из: приема, передачи, хранения и обработки информации. Примеры включают в себя информацию, которая хранится и обрабатывается в цифровом виде.
На стадии 505 информация может передаваться из встроенного в линзу компонента.
Прибор
На фиг. 3 представлен автоматический прибор 310 с одним или более механизмами переноса 311 несущей вставки 314. Как показано на фигуре, множество частей форм для литья, каждая со связанной с ней несущей вставкой 314, установлены на поддон 313, который обрабатывается механизмами переноса среды 311. Примеры могут включать в себя один механизм, отдельно размещающий несущие вставки 314, или множество механизмов (не показаны), одновременно размещающих несущие вставки 314 во множестве частей формы для литья, а в некоторых примерах - в каждой форме для литья.
Другой аспект включает в себя прибор для поддерживания несущей вставки 314, в то время как вокруг данных компонентов отливается тело офтальмологической линзы. Источник энергии может быть закреплен в точках фиксации в форме для литья линзы (не показано). Точки фиксации могут быть закреплены полимеризованным материалом того же типа, из которого формируют тело линзы.
На фиг. 6 представлен контроллер 600, который можно использовать в некоторых примерах настоящего изобретения. Контроллер 600 включает в себя один или более процессоров 610, которые могут включать в себя один или более компонентов процессора, связанных с устройством связи 620. В некоторых примерах контроллер 600 можно использовать для передачи энергии к источнику энергии, размещенному в офтальмологической линзе.
Процессоры 610 связаны с устройством связи, выполненным с возможностью передачи энергии через канал связи. Устройство связи можно использовать для электронного управления одним или более из: средств автоматизации, используемых для размещения среды с источником энергии в части формы для литья офтальмологической линзы и передачи цифровых данных к компоненту, установленному на среде и помещенному внутрь части формы для литья офтальмологической линзы, и от него или для управления компонентом, встроенным в офтальмологическую линзу.
Устройство связи 620 также можно использовать для связи, например, с одним или более контроллерными приборами или компонентами производственного оборудования.
Процессор 610 также находится в связи с устройством хранения данных 630. Устройство хранения данных 630 может содержать любые соответствующие устройства хранения информации, включая комбинации магнитных устройств хранения данных (например, магнитной ленты и жестких дисков), оптических и/или полупроводниковых устройств хранения данных, таких как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
Устройство хранения данных 630 может хранить программу 640 для управления процессором 610. Процессор 610 выполняет команды программы программного обеспечения 640 и таким образом работает в соответствии с настоящим изобретением. Например, процессор 610 может получать информацию, характеризующую местоположение несущей вставки, местоположение компонента и т.п. Устройство хранения данных 630 может также хранить офтальмологические данные в одной или более базах данных 650 и 660. База данных может включать в себя информацию о нестандартных конфигурациях несущей вставки, метрологические данные, а также специализированные управляющие последовательности для управления потоком энергии к несущей вставке и от нее.
На фиг. 7 представлено изображение сверху вниз несущей вставки 700. На данном изображении источник энергии 710 показан в периферийной части 711 несущей вставки 700. Источник энергии 710 может включать в себя, например, тонкопленочную перезаряжаемую литий-ионную аккумуляторную батарею. Источник энергии 710 может быть соединен с контактными точками 714 для обеспечения взаимосвязи. К контактным точкам 714 могут быть присоединены провода, соединяющие источник энергии 710 с фотоэлектрическим элементом 715, который можно использовать для подзарядки аккумуляторного источника энергии 710. Дополнительные провода могут соединять источник энергии 710 с гибкой схемой соединения с помощью проводного соединения.
Несущая вставка 700 может включать в себя гибкую подложку. Данная гибкая подложка может иметь форму, приближенную к типичной форме линзы, аналогично тому, что было описано выше. Однако для большей гибкости несущая вставка 700 может включать в себя дополнительные конструктивные особенности, такие как радиальные разрезы вдоль всей длины. Также могут быть включены различные электронные компоненты 712, такие как интегральные схемы, отдельные компоненты, пассивные компоненты и другие такие устройства.
На фигуре также представлена оптическая зона 713. Оптическая зона может быть оптически пассивной и не вносить оптических изменений или может иметь заданные оптические характеристики, например, вносить заданную оптическую коррекцию. Другие примеры линзы включают в себя оптическую зону с компонентом с изменяемыми по команде оптическими свойствами.
На фиг. 8 представлена несущая вставка 800 в сечении. Несущая вставка 800 может включать в себя оптическую зону 830, как описано выше, и также одну или более периферийных частей 810-820. Несущая вставка и компоненты могут размещаться в периферийных частях 810-820.
В некоторых примерах предусматриваются возможности изменения внешнего вида офтальмологической линзы. Эстетика поверхности тонкопленочной микробатареи может корректироваться различным образом для получения конкретного внешнего вида аккумуляторной батареи, встроенной в электроактивную контактную линзу или другой элемент из гидрогеля. Например, тонкопленочная микробатарея может быть получена с использованием упаковочных материалов с эстетически привлекательной фактурой и/или расцветкой, что позволит либо замаскировать наличие тонкопленочной микробатареи, либо альтернативно создать имитирующие радужку цветные рисунки, однотонные и/или смешанные цветные рисунки, отражающие конфигурации, радужные конфигурации, металлоподобные конфигурации либо любые другие возможные художественные конфигурации или рисунки. В других примерах тонкопленочная микробатарея может быть частично закрыта другими находящимися внутри линзы компонентами, например, фотогальваническим элементом, установленным на внешней поверхности аккумуляторной батареи, или альтернативно аккумуляторная батарея может быть размещена за всей гибкой схемой или ее частью. Кроме того, тонкопленочная аккумуляторная батарея может быть стратегически размещена таким образом, чтобы верхнее или нижнее веко частично или полностью скрывало ее присутствие. Специалист в данной области определит, что существует множество примеров, относящихся к внешнему виду офтальмологического устройства с энергообеспечением, и способов их определения.
Существует множество примеров, относящихся к способу формирования офтальмологического устройства с энергообеспечением различных описанных выше типов. В ряде примеров описанное в настоящем документе изобретение может включать в себя производимую отдельными стадиями сборку подкомпонентов конкретной офтальмологической линзы с энергообеспечением. Подобная «отдельная» сборка имеющих преимущественную форму тонкопленочных микробатарей, гибких схем, соединительных элементов, микроэлектронных компонентов и/или электроактивных компонентов в сочетании с нанесением биосовместимого инертного однородного покрытия позволяет получить единый содержащий все требуемые элементы встраиваемый блок, который можно легко встроить в линзу при использовании стандартных технологий производства контактных линз. Гибкие схемы могут включать в себя схемы, полученные из полиимидной пленки с медным покрытием или иных аналогичных подложек. Однородное покрытие может включать в себя, без ограничений, парилен (классов N, C, D, HT и любых их комбинаций), поли(п-ксилилен), диэлектрические покрытия, силиконовые однородные покрытия или любые иные преимущественные биосовместимые покрытия.
Некоторые примеры настоящего изобретения представляют собой способы, направленные на разработку геометрии конфигураций тонкопленочных микробатарей, допускающей их встраивание в материалы офтальмологических линз и/или герметизацию этими материалами. Другие примеры могут включать в себя способы введения тонкопленочных микробатарей в различные материалы, такие как, без ограничений, гидрогели, силикон-гидрогели, материалы для получения жестких газопроницаемых контактных линз, силиконы, термопластичные полимеры, термопластичные эластомеры, термоотверждающиеся полимеры, однородные диэлектрические/изолирующие покрытия и покрытия для создания герметичных барьеров.
Другие примеры могут включать в себя способы для стратегического размещения источника энергии в рамках геометрии офтальмологической линзы. Более конкретно, источник энергии может представлять собой непрозрачный элемент. Поскольку источник энергии не должен препятствовать прохождению света через офтальмологическую линзу, конфигурационные способы направлены на обеспечение свободной области 5-8 мм в центре контактной линзы, которая не загораживается непрозрачными частями источника энергии. Специалист в данной области определит, что возможны различные варианты осуществления, относящиеся к конфигурации различных источников энергии, которые благоприятным образом взаимодействуют с оптически важными частями офтальмологической линзы.
Масса и плотность источника энергии могут облегчить конфигурации, поскольку указанный источник энергии, один или в сочетании с другими имеющимися в теле офтальмологической линзы зонами стабилизации, может также выступать в качестве стабилизатора углового положения находящейся на глазу линзы. Такие примеры могут иметь преимущества для ряда сфер применения, включая, без ограничений, коррекцию астигматизма, повышение комфорта при ношении линзы или обеспечение постоянного/контролируемого расположения остальных компонентов в офтальмологической линзе с энергообеспечением.
Кроме того, источник энергии может размещаться на определенном расстоянии от внешнего края контактной линзы для обеспечения преимущественного профиля края контактной линзы, необходимого для повышения комфорта при ношении линзы и при этом максимального снижения риска возникновения нежелательных эффектов. Примеры таких нежелательных эффектов, которых необходимо избежать, могут включать в себя дугообразные поражения внешнего эпителия или гигантский папиллярный конъюнктивит.
В качестве не имеющего ограничительного характера примера катод, электролит и анод встроенных электрохимических элементов могут быть сформированы путем нанесения соответствующих композиций методом печати в геометрии, требуемой для образования таких участков катода, электролита и анода. Следует понимать, что формируемые таким образом аккумуляторные батареи могут включать в себя как одноразовые элементы, например, на основе окиси магния и цинка, так и перезаряжаемые тонкие аккумуляторные батареи на основе лития, аналогичные указанным выше тонкопленочным аккумуляторным батареям. Специалист в данной области определит, что широкий спектр различных примеров разных элементов и способов формирования офтальмологических линз с энергообеспечением предполагает использование технологий печати.
Кроме того, также можно использовать устройства сбора энергии, находящиеся в электрическом соединении таким образом, что устройства сбора энергии могут подзаряжать один или более источников энергии. Устройства сбора энергии могут включать в себя, например: фотоэлектрические элементы, термоэлектрические элементы или 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. Устройства сбора энергии могут представлять собой источник энергии в офтальмологической линзе с энергообеспечением. Однако устройство сбора энергии можно использовать в сочетании с другими источниками, способными хранить энергию в электрической форме.
Другие типы источников энергии включают в себя применение устройств типа конденсатора. Следует понимать, что конденсаторы могут обеспечить большую плотность энергии, чем устройства сбора энергии, но меньшую, чем аккумуляторные батареи.
Конденсаторы представляют собой тип источника энергии, который запасает энергию в электрической форме и, следовательно, может быть одним из источников энергии, который можно использовать в сочетании с устройствами сбора энергии для создания беспроводного источника энергии, способного накапливать энергию. По существу конденсаторы имеют преимущество перед аккумуляторными батареями, поскольку в целом они обеспечивают более высокую удельную мощность по сравнению с аккумуляторными батареями. Существует множество типов конденсаторов, от стандартных электрических тонкопленочных конденсаторов, конденсаторов на майларовой пленке и электролитических конденсаторов до относительно новых и более совершенных технологий наноразмерных конденсаторов высокой плотности энергии или суперконденсаторов.
Кроме того, источники энергии, включая электрохимические элементы или аккумуляторные батареи, могут определять относительно желательную рабочую точку. Аккумуляторные батареи имеют множество преимущественных характеристик. Например, аккумуляторные батареи хранят энергию в виде, допускающем прямое преобразование в электрическую энергию. Некоторые аккумуляторные батареи могут быть перезаряжаемыми или перезапитываемыми и, следовательно, представляют собой другую категорию источников энергии, которые могут быть связаны с устройствами сбора энергии. Как правило, аккумуляторные батареи обладают относительно высокой плотностью энергии, и сохраненная 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, аккумуляторные батареи могут быть изготовлены в виде гибких устройств. Специалист в данной области определит, что в случае приложений, требующих высоких энергетических характеристик, аккумуляторная батарея также может быть соединена с конденсаторами. Возможны многочисленные варианты осуществления, в которых аккумуляторная батарея представляет собой по меньшей мере часть источника энергии в офтальмологической линзе с энергообеспечением.
В качестве источника энергии может быть включен топливный элемент. Топливные элементы вырабатывают электричество при потреблении от источника химического топлива, выдавая электрическую энергию и побочные продукты, включая тепловую энергию. В источниках энергии с топливными элементами предусматривается возможность использования биологически доступных материалов в качестве источника топлива.
Существует множество типов аккумуляторных батарей, которые могут быть включены в офтальмологические линзы с энергообеспечением. Например, одноразовые аккумуляторные батареи могут быть образованы из различных материалов катода и анода. В качестве не имеющих ограничительного характера примеров данные материалы могут включать в себя одно или более из: цинка, углерода, серебра, марганца, кобальта, лития и кремния. Другие примеры могут быть основаны на использовании перезаряжаемых аккумуляторных батарей. Такие батареи в свою очередь можно получить по одной или более из: литий-ионной технологии; серебряной технологии; магниевой технологии; ниобиевой технологии или другой технологии, применяющей другие токопроводящие материалы. Специалист в данной области определит, что в качестве источника энергии для офтальмологических линз с энергообеспечением можно применять различные современные технологии изготовления аккумуляторных батарей для получения одноразовых или перезаряжаемых систем аккумуляторных батарей.
В силу физических и пространственных ограничений, накладываемых условиями работы аккумуляторной батареи в контактной линзе, в качестве источника энергии можно использовать тонкопленочные аккумуляторные батареи. Тонкопленочные аккумуляторные батареи могут занимать небольшой объем пространства, совместимый с примерами офтальмологических устройств для использования человеком. Более того, их можно сформировать на гибкой подложке, что позволяет свободно изгибаться как самой аккумуляторной батарее с подложкой, так и включающей их офтальмологической линзе.
В случае тонкопленочных аккумуляторных батарей примеры могут включать в себя одноразовые и перезаряжаемые формы. Перезаряжаемые аккумуляторные батареи позволяют получить продукт с более продолжительным сроком службы и, следовательно, более высокими скоростями потребления энергии. Много усилий было направлено на разработку технологии для производства офтальмологических линз с энергообеспечением с перезаряжаемыми тонкопленочными аккумуляторными батареями, однако настоящее изобретение не ограничивается данным подклассом.
Перезаряжаемые тонкопленочные аккумуляторные батареи доступны в продаже, например, Oak Ridge National Laboratory производит их в различных формах с начала 1990-х годов. В настоящее время производством и поставкой на рынок таких аккумуляторных батарей занимаются такие компании, как Excellatron Solid State, LLC (г. Атланта, штат Джорджия), Infinite Power Solutions (г. Литлтон, штат Колорадо) и Cymbet Corporation (г. Элк-Ривер, штат Миннесота). Доминирующим направлением в развитии технологии является разработка плоских тонкопленочных аккумуляторных батарей. Применение таких аккумуляторных батарей может содержать формирование из тонкопленочной аккумуляторной батареи трехмерной формы, например, со сферическим радиусом кривизны. Все разнообразие форм таких трехмерных аккумуляторных батарей входит в объем настоящего изобретения.
Несущие вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами
Тонкопленочные аккумуляторные батареи и/или электронные элементы с энергообеспечением можно включить в несущую вставку в виде наложенных друг на друга интегрированных компонентов. На фиг. 9, элемент 900, в качестве не имеющего ограничительного характера примера представлена иллюстрация поперечного сечения данного типа. Несущая вставка может включать в себя множество слоев разного типа, которые герметизируют в формы, соответствующие офтальмологическому окружению, в которое они будут заключены. Данные вставки со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов могут занимать весь объем вставки, как показано в различных примерах, представленных на фиг. 2A, 2B, 2C и 2D. В альтернативных вариантах осуществления в некоторых случаях несущая вставка может принимать данные формы, тогда как многослойный интегрированный компонент может занимать лишь часть объема всей вставки.
Как показано в примере элементом 900, несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может обладать различными функциональными аспектами. Как показано на фиг. 9, тонкопленочные аккумуляторные батареи могут содержать один или более наложенных друг на друга слоев. В данном случае слои 906 и 907 могут представлять собой слои аккумуляторной батареи, причем в слоях может располагаться множество компонентов. Один такой компонент аккумуляторной батареи обозначен как элемент 940. Как показано на фигуре, почти во всех слоях могут присутствовать соединения, которые расположены между двумя наложенными друг на друга слоями. В данной области возможно множество способов создания данных соединений, однако, как показано элементами 930 и 931, соединение между слоями 907 и 908 может быть получено при помощи шариковых выводов. В некоторых случаях требуются только данные соединения, однако в других случаях шариковые выводы могут контактировать с другими соединительными элементами, например, со сквозными отверстиями через слой. В слое 907 компонента тонкопленочной аккумуляторной батареи, имеющем соединения 930 и 931, может быть предусмотрено сквозное отверстие, которое обеспечивает электрическое соединение между одной стороной компонента и другой стороной. Некоторые из данных сквозных компонентов подложки затем могут образовывать на противоположной стороне подложки другое межслойное соединение со слоем, расположенным над компонентом, как в случае с компонентом 940.
В других слоях несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может присутствовать соединительный слой, предназначенный для соединения различных компонентов в связанных между собой слоях, например, слой 905. Данный слой может содержать отверстия и дорожки, проводящие сигналы от различных компонентов к другим компонентам. Например, слой 905 может обеспечивать соединения различных элементов аккумуляторной батареи с блоком управления питанием, который может находиться среди технологических компонентов слоя 904. Также соединительный слой может обеспечивать соединения между компонентами в технологическом слое и компонентами за пределами технологического слоя; например, это может относиться к компоненту интегрированного пассивного устройства (IPD), показанного как элемент 920. Специальные соединительные слои позволяют обеспечить различные способы распределения электрических сигналов.
Предусмотрены два элемента, именуемые технологическими слоями и обозначенные элементами 904 и 902. Данные элементы представляют различные технологические варианты, которые могут быть включены в несущие вставки. Один из слоев может включать в себя технологические элементы на основе КМОП, биполярного КМОП, биполярной технологии или технологии памяти, тогда как другой слой может включать в себя другую технологию. В альтернативном варианте осуществления два слоя могут относиться к разным технологическим подсемействам в пределах общего семейства; например, слой 902 может включать в себя электронные элементы, произведенные по 0,5-микронной технологии КМОП, а слой 904 может включать в себя элементы, произведенные с использованием 20-нанометровой технологии КМОП. Следует понимать, что в сферу действия настоящего изобретения попадают многие другие комбинации различных типов электронных технологий.
Могут быть предусмотрены дополнительные соединительные слои, аналогичные слою 905. Дополнительный слой может представлять собой другой полностью соединительный слой, как показано в элементе 903. В альтернативном варианте осуществления дополнительный слой может представлять собой часть многослойного слоя, как показано в элементе 910. В некоторых случаях данные дополнительные элементы могут обеспечивать электрическое соединение, в других случаях они могут представлять собой структурные соединения, осуществляемые, благодаря наличию слоя. Между различными слоями могут присутствовать как структурные, так и электрические соединения.
Несущая вставка может включать в себя места для электрических соединений с компонентами, находящимися за пределами вставки, как описано выше. Однако в других примерах несущая вставка также может включать в себя соединение с внешними компонентами беспроводным способом. В таких случаях примером беспроводного способа соединения может служить использование антенн. Также может присутствовать слой, обозначенный как элемент 901, в котором может находиться пример такой антенны. Во многих случаях такой слой антенны может размещаться в несущей вставке сверху или снизу от устройства с наложенными друг на друга интегрированными компонентами. Как показано в элементе 908, такой находящийся сверху или снизу слой также может не включать в себя антенну с беспроводным способом связи и, следовательно, может выступать в качестве опорной подложки для формирования многослойного устройства.
В некоторых примерах, описанных в настоящем документе, элементы аккумуляторной батареи могут быть включены в качестве элементов по меньшей мере в один из самих наложенных друг на друга слоев. Также следует отметить, что возможны другие варианты осуществления, в которых элементы аккумуляторной батареи размещены за пределами слоев наложенных друг на друга интегрированных компонентов. Также в несущей вставке может присутствовать отдельная аккумуляторная батарея или другой компонент энергообеспечения, или в альтернативном варианте осуществления данные отдельные компоненты энергообеспечения могут размещаться за пределами несущей вставки.
На фиг. 10 элементом 1000 показана несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами, элемент 1040, внутри офтальмологической линзы, элемент 1030. Граница материала несущей вставки показана элементом, обозначенным как 1040. В данном примере в пределах границ несущей вставки размещены слои наложенных друг на друга интегрированных компонентов, обозначенные как элемент 1010. В некоторых примерах данного типа за пределами несущей вставки, но внутри офтальмологической линзы 1030 может находиться электроактивная линза, показанная как элемент 1020. Управляющие сигналы для компонентов внутри линзы могут формироваться от беспроводного сигнала, как описано выше. Слои наложенных друг на друга компонентов внутри несущей вставки могут получать данный беспроводной сигнал и в некоторых случаях регулировать электрический сигнал, поступающий по проводам, проходящим за пределами несущей вставки 1040 и соединяющимся с электроактивной линзой 1020. Следует понимать, что возможно множество альтернативных вариантов использования и подключения несущей вставки, содержащей наложенные друг на друга интегрированные компоненты в офтальмологической линзе, которые могут включать в себя наложенные друг на друга интегрированные компоненты в устройствах, которые не являются офтальмологическими линзами, а также, без ограничений, биомедицинские устройства различных типов с энергообеспечением.
Ниже описаны различные примеры и аспекты настоящего изобретения.
Предложен способ формирования несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами для офтальмологической линзы. Способ содержит: формирование слоев подложки с функциональными возможностями; сборку слоев подложки; формирование электрических соединений между слоями подложки; герметизацию многослойного элемента материалами, которые могут быть вклеены внутри тела литой офтальмологической линзы.
Один из слоев несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может содержать твердотельный источник энергии.
Несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может иметь кольцеобразную форму.
Несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может иметь дугообразную форму.
Способ может дополнительно содержать стадию размещения линзы с переменным фокусом в непосредственной близости к несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами.
Линза с переменным фокусом может быть прикреплена к несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами.
По меньшей мере часть одного или более слоев может содержать адгезивную пленку.
Два или более слоя могут адгезивно прикреплять друг к другу при помощи адгезивной пленки по меньшей мере на части одного или более слоев.
Наложенные друг на друга слои могут быть герметизированы одним или более материалами, которые могут быть вклеены внутри тела литой офтальмологической линзы.
Один или более из материалов для герметизации могут содержать полимер на кремнийорганической основе.
Слой может содержать полупроводниковую подложку с электронной схемой в непосредственной близости к ее первой поверхности.
Способ может дополнительно содержать слой с одной или более подложками со слоями для электрохимического компонента электропитания.
По меньшей мере один слой в несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами может содержать полупроводниковый слой с электронной схемой, способной управлять электрическим током, генерируемым электрохимическими элементами.
Способ может дополнительно содержать компонент электроактивной линзы внутри офтальмологического устройства.
Электронная схема может находиться в электрической связи с компонентом электроактивной линзы внутри офтальмологического устройства.
Слои могут содержать один или более слоев металла, которые выступают в качестве антенны.
Слоям подложки при сборке может быть придана одна из круговой кольцеобразной формы или части кольцеобразной формы.
Наложенные друг на друга функциональные слои могут адгезивно прикреплять к изолирующим слоям с образованием многослойного элемента.
Вставка со слоями интегрированных компонентов может содержать один или более слоев, выполненных в форме по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры.
Один или более слоев могут находиться в электрической связи со вторым слоем с помощью по меньшей мере одного размещенного между ними шарикового вывода.
Один или более слоев могут находиться в электрической связи со вторым слоем посредством по меньшей мере одного проводного соединения с размещенной между ними контактной площадкой.
Второму слою наложенных друг на друга интегрированных компонентов может быть придана форма по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры, внешний радиус которой меньше радиуса первого слоя.
Один или более слоев могут содержать поверхность с металлической характеристикой.
На поверхность одного или более из слоев, имеющих металлическую характеристику, может быть нанесена пленка припоя.
Предложена вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов. Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов содержит: слои подложки с функциональными возможностями; причем слои подложки собраны с образованием электрических соединений между слоями подложки, образуя многослойный элемент; причем многослойный элемент герметизирован материалами, которые могут быть вклеены внутри тела литой офтальмологической линзы.
Один из слоев наложенных друг на друга интегрированных компонентов или несущая вставка могут содержать твердотельный источник энергии.
Слой наложенных друг на друга интегрированных компонентов или несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами могут иметь кольцеобразную форму.
Слой наложенных друг на друга интегрированных компонентов или несущая вставка с наложенными друг на друга интегрированными компонентами могут иметь дугообразную форму.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может дополнительно содержать размещение линзы с переменным фокусом в непосредственной близости к слою наложенных друг на друга компонентов или несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами.
Линза с переменным фокусом прикреплена к слою наложенных друг на друга интегрированных компонентов или к несущей вставке с наложенными друг на друга интегрированными компонентами.
По меньшей мере часть одного или более из слоев может содержать адгезивную пленку.
Два или более слоя могут адгезивно прикреплять друг к другу при помощи адгезивной пленки по меньшей мере на части одного или более из слоев.
Наложенные друг на друга слои могут быть герметизированы одним или более из материалов, которые могут быть вклеены внутри тела литой офтальмологической линзы.
Один или более из материалов для герметизации могут содержать полимер на кремнийорганической основе.
Слой может содержать полупроводниковую подложку с электронной схемой в непосредственной близости к ее первой поверхности.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может дополнительно содержать слой с одной или более подложками со слоями для электрохимического компонента энергопитания.
По меньшей мере один слой наложенных друг на друга интегрированных компонентов или по меньшей мере один слой в несущей вставке со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может содержать полупроводниковый слой с электронной схемой, способной управлять электрическим током, генерируемым электрохимическими элементами.
Вставка со слоями наложенных друг на друга интегрированных компонентов может дополнительно содержать компонент электроактивной линзы внутри офтальмологического устройства.
Электронная схема находится в электрической связи с компонентом электроактивной линзы внутри офтальмологического устройства.
Слои могут содержать один или более слоев металла, которые выступают в качестве антенны.
Слоям подложки при сборке может быть придана одна из круговой кольцеобразной формы или части кольцеобразной формы.
Наложенные друг на друга функциональные слои могут адгезивно прикреплять к изолирующим слоям с образованием многослойного элемента.
Вставка со слоями интегрированных компонентов может содержать один или более слоев, выполненных в форме по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры.
Один или более слоев могут находиться в электрической связи со вторым слоем с помощью по меньшей мере одного размещенного между ними шарикового вывода.
Один или более слоев могут находиться в электрической связи со вторым слоем посредством по меньшей мере одного проводного соединения с размещенной между ними контактной площадкой.
Второму слою наложенных друг на друга интегрированных компонентов может быть придана форма по меньшей мере части круговой кольцеобразной структуры, внешний радиус которой меньше радиуса первого слоя.
Один или более слоев могут содержать поверхность с металлической характеристикой.
На поверхность одного или более из слоев, имеющих металлическую характеристику, может быть нанесена пленка припоя.
Описан прибор для производства несущей вставки с наложенными друг на друга интегрированными компонентами. Прибор содержит: жесткую выступающую поверхность по существу конической формы; полки вдоль краев выступающей поверхности, выполненные с возможностью поддерживать тонкие слои на открытой поверхности полок; и юстировочные элементы вдоль азимута конической выступающей поверхности.
По меньшей мере часть выступающей поверхности можно покрыть неадгезивной поверхностной пленкой.
Неадгезивная поверхностная пленка может быть выполнена из тефлона.
Прибор может дополнительно содержать средства автоматизации для размещения многослойных элементов на выступающей поверхности.
Прибор может дополнительно содержать: процессор для управления средствами автоматизации; цифровое устройство хранения данных, содержащее программное обеспечение, выполняемое по требованию, причем указанное программное обеспечение в сочетании с процессором способно поместить функционализированную многослойную вставку в часть формы для литья.
Процессор может быть выполнен с возможностью приема запрограммированных наборов команд от сети, находящейся в логической связи с указанным процессором.
Заключение
Как описано выше и дополнительно определено ниже в формуле изобретения, предложены способы формирования несущих вставок, несущие вставки и прибор для реализации таких способов, а также офтальмологические линзы, выполненные с несущими вставками.