ИНДИКАТОР ПРИГОДНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ
USABILITY INDICATOR OF CONTACT LENSES

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение касается офтальмологических линз, а более конкретно, контактных линз, включающих индикатор пригодности, содержащий материал, который под воздействием света через предопределенный промежуток времени может переходить из прозрачного состояния в видимое и, таким образом, действует в качестве напоминания пользователю о необходимости замены контактных линз.
2. ОБСУЖДЕНИЕ СМЕЖНОЙ ОБЛАСТИ
Миопия, или близорукость, - это оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света фокусируются в точке, расположенной перед сетчаткой глаза. Близорукость обычно возникает из-за удлиненной формы глазного яблока или чрезмерной кривизны роговицы. Минусовая линза или линза с отрицательной сферической силой может применяться для коррекции миопии. Гиперметропия, или дальнозоркость, представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света фокусируются в точке, расположенной за сетчаткой глаза. Дальнозоркость обычно возникает из-за укороченной формы глазного яблока или недостаточной кривизны роговицы. Плюсовая линза или линза с положительной сферической силой может применяться для коррекции дальнозоркости. Астигматизм представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором зрение становится нечетким из-за неспособности глаза фокусировать точечный объект в виде точечного фокусного изображения на сетчатке глаза. Астигматизм вызывается аномальной кривизной роговицы. Идеальная роговица имеет сферическую форму, в то время как у людей с астигматизмом ее форма отличается от сферической. Иными словами, роговица, по сути, более искривлена или выпукла в одном направлении, нежели в другом, что приводит к тому, что изображение не фокусируется в одной точке, а растягивается. Для коррекции астигматизма можно использовать скорее цилиндрические, а не сферические линзы.
Контактные линзы можно применять для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также могут использоваться для улучшения природного внешнего вида глаз пользователя линз. Контактными линзами называют линзы, которые надевают непосредственно на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и (или) по косметическим или иным терапевтическим причинам. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые образцы контактных линз изготавливали или вытачивали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и их, по существу, удобнее носить, чем контактные линзы, сформированные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
В общем, контактные линзы можно подразделить на ежедневные одноразовые контактные линзы, контактные линзы частой замены и традиционные контактные линзы. Ежедневные одноразовые контактные линзы, как определено названием, носят на протяжении одного дня и выбрасывают. Растворы для ухода обычно не используются с этими линзами. Контактные линзы частой замены объединяют линзы, которые могут быть использованы повторно на протяжении от двух недель до одного месяца в зависимости от рекомендаций производителя и/или врача и требуют ежедневной очистки и дезинфекции. Существуют даже контактные линзы, утвержденные для более долгого периода повторного использования. Контактные линзы частой замены также включают контактные линзы длительного использования, которые можно не снимать до одной недели. Традиционные контактные линзы или контактные линзы многократного использования носят гораздо более длительный промежуток времени и обычно выбрасывают приблизительно каждые шесть месяцев.
Производители контактной линзы, равно как и врачи, рекомендуют определенное время замены (исключение составляют ежедневные одноразовые линзы) различных типов контактных линз по ряду причин. Например, вне зависимости от того, насколько тщательно очищают и ухаживают за контактными линзами, спустя некоторое время на всех контактных линзах образуется налет из протеина, кальция и липидных отложений. Эти отложения могут сделать контактную линзу менее удобной для ношения и, возможно, сделать глаз более подверженным инфекции и раздражению. Поэтому необходимо следить за временем, на протяжении которого контактные линзы носятся, дабы следовать рекомендациям.
В настоящее время, нет контактных линз с визуальным индикатором, который бы подавал ясный сигнал пациенту или, в случае использования у детей, родителям о том, что контактная линза используется дольше утвержденного либо рекомендованного времени. Таким образом, безопасность, уход за здоровьем и/или другие причины требуют того, чтобы была разработана технология, которая бы предотвращала ношение контактных линз сверх периодов времени, обозначенных для их замены.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Индикатор пригодности использования для контактных линз в соответствии с настоящим изобретением преодолевает недостатки, связанные с ранее использованными технологиями в отрасли, как кратко описано выше.
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, настоящее изобретение направлено на офтальмологическую линзу. Офтальмологическая линза содержит контактную линзу, сформированную из первого материала и имеющую, по меньшей мере, оптическую зону и периферическую зону; контактная линза имеет срок полезной эксплуатации, и в нее встроен индикатор пригодности использования; индикатор пригодности использования содержит материал, который может переходить из невидимого состояния в видимое состояние через предопределенный промежуток времени, когда подвергается воздействиям внешних факторов; при этом предопределенный промежуток времени определяется сроком полезной эксплуатации контактной линзы.
В соответствии с другим возможным вариантом осуществления настоящее изобретение направлено на линзу, содержащую первый материал и имеющую срок полезной эксплуатации, в которую встроен индикатор пригодности использования; индикатор пригодности использования содержит материал, который может переходить из невидимого состояния в видимое состояние через предопределенный промежуток времени, когда подвергается воздействиям внешних факторов; при этом предопределенный промежуток времени определяется сроком полезной эксплуатации линзы.
В соответствии с другим возможным вариантом осуществления настоящее изобретение направлено на офтальмологическую линзу. Офтальмологическая линза содержит контактную линзу, сформированную из первого материала и имеющую, по меньшей мере, оптическую зону и периферическую зону; контактная линза имеет срок полезной эксплуатации и инверсионную маркировку, включенную в нее, причем инверсионная маркировка содержит второй материал, выполненный так, чтобы быть видимым, когда линза находится вне глаза, и невидимым, когда линза располагается на глазу, а также индикатор пригодности, причем индикатор пригодности содержит материал, который может переходить из невидимого состояния в видимое состояние через предопределенный промежуток времени, когда подвергается воздействиям внешних факторов; при этом предопределенный промежуток времени определяется сроком полезной эксплуатации линзы.
Настоящее изобретение направлено на индикатор пригодности использования для контактных линз, который предупреждает пользователя таких линз о том, что период, для которого линзы утверждены, или который производитель рекомендует для их безопасного использования, истек.
По причинам безопасности, охраны здоровья, а также по другим причинам, существует необходимость в технологии, которая бы служила для предотвращения ношение контактных линз сверх периодов времени, обозначенных для их замены. Эффективный индикатор пригодности предпочтительно может встраиваться в саму контактную линзу и на практике принуждать к ее замене. Такой индикатор может являться видимой цветной точкой, проявляющейся в периферической зоне контактной линзы по истечении определенного промежутка времени. Индикатор пригодности в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно соответствует набору условий, включая прозрачность и совместимость с материалами и технологиями контактной линзы. С учетом потенциально обширных изменений в температуре окружающей среды во время хранения или при транспортировке, индикатор пригодности предпочтительно реагирует на любые подходящие запускающие механизмы, за исключением температуры, такие как свет.
В соответствии с настоящим изобретением индикатор пригодности может использовать технологии холестерических жидкокристаллических материалов, которые могут встраиваться в и/или на контактные линзы любыми возможными способами, включая тампонную печать, струйную печать, встроенную тонкую пленку или любую другую методику для помещения пигментации в контактные линзы. Отражающие характеристики холестерического жидкокристаллического материала зависят от периода геликоидальной структуры ориентации молекул. Период структуры может быть изменен любым внешним возбудителем или их комбинацией. Например, эти материалы реагируют на видимый свет, а изменения могут происходить в течение секунд, минут или часов в зависимости от требуемых временных рамок. По сути, материалы могут быть разработаны и изготовлены таким образом, чтобы отражательная способность материала изначально формировалась либо в ультрафиолетовом, либо в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, оба из которых являются невидимыми для человеческого глаза. Воздействие видимого света вызывает изменение периода таким образом, что пиковая отражающая способность со временем смещается в видимый диапазон спектра, что приводит к тому, что цветное изображение становится четко видимым для человеческого глаза. Когда оно становится видимым, контактные линзы просто выбрасывают или очищают.
Жидкокристаллический материал индикатора пригодности может быть разработан для использования в контактной линзе таким образом, чтобы контактная линза была прозрачной, когда ее достают из упаковки, но после определенного времени воздействия видимого света, в зависимости от предопределенного графика использования, на ней появлялась видимая доля цвета, например, красный круг, что означало бы, что линза использовалась на протяжении предопределенного промежутка времени. Изменение цвета может быть либо обратимым, либо постоянным. Важно отметить, что воздействие света является лишь одним из множества возможных стимулирующих факторов, вызывающих требуемое изменение. Например, накопление загрязнений также может являться толчком к изменению.
Индикатор пригодности настоящего изобретения предоставляет простой и недорогой способ достижения соответствия времени ношения, рекомендуемого производителем, для пользователя. Такое соответствие обеспечивает безопасность, сохранение здоровья и удобство для носящего линзы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых фигурах.
На Фиг. 1А в виде диаграммы представлена контактная линза, включающая возможный вариант осуществления инверсионной маркировки, которая является видимой.
На Фиг. 1В в виде диаграммы представлена контактная линза, показанная на Фиг. 1А, включающая возможный вариант осуществления инверсионной маркировки, которая является невидимой.
На Фиг. 2А представлено схематическое изображение структуры возможного варианта осуществления инверсионной маркировки, содержащей капли жидких кристаллов в видимом состоянии внутри полимерной матрицы.
На Фиг. 2В представлено схематическое изображение структуры возможного варианта осуществления инверсионной маркировки, показанной на Фиг. 2А, содержащей капли жидких кристаллов в изотропном состоянии, соответствующем показателю преломления полимерной матрицы, что делает инверсионную маркировку невидимой.
На Фиг. 3 представлено графическое изображение изменения оптического состояния полимерной дисперсной жидкокристаллической пленки в зависимости от температуры.
На Фиг. 4 представлено графическое изображение спектра отражения возможного варианта осуществления холестерического жидкокристаллического материала для использования в качестве инверсионной маркировки в контактной линзе с центром в диапазоне зеленых длин волн.
На Фиг. 5 представлено графическое изображение изменения отражения примерного холестерического жидкокристаллического материала для использования в качестве инверсионной маркировки в контактной линзе из состояния отражения в прозрачное состояние при повышении температуры до значений, близких к температуре роговицы.
На Фиг. 6 представлено схематическое изображение блока маркирующего материала, содержащего два различных слоя холестерических жидкокристаллических материалов.
На Фиг. 7 представлено схематическое изображение холестерических жидкокристаллических капель в полимерном дисперсном жидкокристаллическом материале.
На Фиг. 8А представлено схематическое изображение материала, который поглощает излучение, за исключением излучения в заданной длине волн.
На Фиг. 8В представлено графическое изображение слоя фотонной запрещенной зоны материала, который создан для отражения света определенной длины волны.
На Фиг. 9 изображена периодическая структура холестерических жидкокристаллических материалов.
На Фиг. 10 представлена структура транс-изомерной и цис-изомерной форм азобензола.
На Фиг. 11 показана схематическая диаграмма энергетических уровней молекулы азобензола.
На Фиг. 12A и 12B схематически изображено влияние содержания изомера на шаг дифракционной решетки холестерического жидкокристаллического материала.
На Фиг. 13 показаны спектры отражения холестерического жидкокристаллического материала до и после воздействия света.
На Фиг. 14 показано расширение запрещенной зоны отражения холестерического жидкокристаллического материала в результате пространственно неоднородного изменения шага дифракционной решетки холестерического жидкокристаллического материала пространственно неоднородным распределением фотинитиированных цис-изомеров.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Контактными линзами называют линзы, которые надевают непосредственно на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствами и могут применяться для коррекции зрения и (или) по косметическим или иным терапевтическим причинам. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые образцы контактных линз изготавливали или вытачивали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и их, по существу, удобнее носить, чем контактные линзы, сформированные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
Доступные в настоящее время контактные линзы остаются высокорентабельным средством коррекции зрения. Тонкие пластиковые линзы располагаются над роговицей глаза для коррекции дефектов зрения, включая миопию или близорукость, гиперметропию или дальнозоркость, астигматизм, то есть асферичность роговицы, а также пресбиопию, то есть потерю способности хрусталика к аккомодации. Доступны различные формы контактных линз, которые могут быть изготовлены из различных материалов для обеспечения разных функциональных возможностей. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения обычно изготавливаются из мягких полимерных пластических материалов, которые соединяются с водой для обеспечения кислородной проницаемости. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения могут представлять собой одноразовые линзы для повседневного ношения или одноразовые линзы длительного ношения. Ежедневные одноразовые контактные линзы обычно носят на протяжении одного дня и затем выбрасывают, в то время как временные контактные линзы обычно носят до 30 дней. Для обеспечения различных функциональных возможностей цветных мягких контактных линз используют разные материалы. Например, в контактных линзах с окрашиванием для повышения различимости используют светлое окрашивающее вещество для облегчения поиска пользователем выпавшей контактной линзы, контактные линзы, усиливающие цвет, содержат полупрозрачное окрашивающее вещество, которое предназначено для усиления натурального цвета глаз, цветные контактные линзы содержат более темное, непрозрачное окрашивающее вещество, предназначенное для изменения цвета глаз, а тонированные контактные со светофильтром предназначены для усиления определенных цветов с одновременным приглушением других. Жесткие газопроницаемые контактные линзы изготавливаются из силоксановых полимеров, однако они более жесткие, чем мягкие контактные линзы, что позволяет им сохранять форму, и делает их более долговечными. Бифокальные контактные линзы специально разработаны для пациентов, страдающих пресбиопией, и доступны как в виде мягких, так и в виде жестких контактных линз. Торические контактные линзы специально разработаны для пациентов, страдающих астигматизмом, и также доступны как в виде мягких, так и в виде жестких контактных линз. Комбинированные линзы, сочетающие разные аспекты описанных выше линз, также доступны, например, гибридные контактные линзы.
Контактные линзы всех производителей имеют установленные сроки замены контактных линз, определяемые производителем. Этот период отличается в зависимости от ряда факторов, включая тип материала, из которого изготовлена линза, продолжительность времени, на протяжении которого носят контактные линзы, режим очистки, используемый для контактных линз, а также ряд других факторов. В целях сохранения здоровья, безопасности и комфорта те, кто носит контактные линзы, должны следовать предлагаемыми рекомендациями изготовителя относительно времени ношения. Однако придерживаться рекомендаций относительно времени может оказаться проблематичным в силу ряда причин. Например, занятые взрослые люди, ведущие активный образ жизни, могут просто забыть, когда они начали носить новые линзы, что весьма затрудняет определение времени, когда их нужно заменить, и, таким образом, просто носят их слишком долго. Молодые люди могут даже не пытаться запомнить, когда их контактные линзы должны быть заменены. Маленькие дети могут не знать о том, что за линзами нужно следить, а взрослые могут также об этом забыть. По всем этим и другим причинам, настоящее изобретение направлено на индикатор пригодности, который обеспечивает некоторую форму обозначения того, когда необходимо заменить пару контактных линз. Контактные линза также разрабатываются тонкими и гибкими. Эта тонкость и гибкость делает контактные линзы удобными для ношения, но также создает опасность того, что их можно одеть обратной стороной. Другими словами, при обращении или очистке очень легко перевернуть или вывернуть линзу. Как известно любому человеку, который носит линзы, контактные линзы, размещенные на глазу в перевернутом состоянии не обеспечивают оптимальную коррекцию зрения и/или комфорт. Таким образом, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящее изобретение направлено на инверсионную маркировку, которая четко видна человеку, который носит контактные линзы. И индикатор пригодности, и инверсионная маркировка в рамках настоящего изобретения могут быть изготовлены из жидкокристаллических материалов, которые разрабатываются для этой цели. Ниже приводятся подробные описания как инверсионная маркировка, так и индикатора пригодности, использующих технологию жидкокристаллических материалов в соответствии с настоящим изобретением.
Контактные линзы должны быть тонкими и гибкими для комфорта пользователя. Такая гибкость может привести к переворачиванию контактных линз при использовании. Соответственно, существует необходимость в инверсионной маркировке, состоящей из идентификатора в той или иной некоторой форме, которая позволяет легко отличить нормальное положение контактной линзы от перевернутого. Для того чтобы не нарушить эстетические и оптические свойства контактной линзы, в настоящее время используется инверсионная маркировка, предпочтительно выполняемая в виде небольшой последовательности цифр, располагаемой на периферии каждой контактной линзы. Это делает маркировку едва заметной и требует особых усилий и адекватного освещения, чтобы расположить и идентифицировать знаки. Инверсионная маркировка в соответствии с настоящим изобретением, являющаяся хорошо видимой и легко распознаваемой, когда контактная линза находится вне глаза, но становится невидимой, когда располагается на глазу, весьма востребована.
В настоящем изобретении такие функциональные возможности могут быть достигнуты за счет использования явления фазового перехода, которое может наблюдаться в жидкокристаллических материалах. Жидкокристаллическое состояние является особой фазой вещества, которое наблюдается между твердым или кристаллическим состоянием и жидким или изотропным состоянием. Существует жидкокристаллическая фаза, которая характеризуется тем, что молекулы не располагаются в определенном порядке, но стремятся быть направленными в одном направлении, фаза мезоморфного состояния, в которой молекулы показывают степень переходного порядка, холестерическая или хиральная нематическая фаза, в которой существует выравнивание по отношению к молекулам, но под небольшим углом по отношению друг к другу, а также колончатая фаза, которая характеризуется многоуровневыми столбцами молекул. В частности, процессы перехода из жидкокристаллической фазы в изотропную или из холестерической фазы в изотропную используются, чтобы вызвать преобразование из состояния диффузного рассеяния света в прозрачное состояние в случае нематических жидкокристаллических материалов, а также преобразование из состояния отражения в прозрачное состояние в случае холестерических жидкокристаллических материалов. Использование жидкокристаллических материалов в контактных линзах с целью создания маркировки имеет ряд преимуществ, включая то, что очень тонкие жидкокристаллические слои материала могут быть использованы для получения высокого контраста, то, что температура фазового перехода жидкокристаллических материалов может легко регулируется, чтобы соответствовать температуре роговицы, то, что жидкокристаллические материалы обеспечивают широкую универсальность высокой контрастности состояний, а также то, что жидкокристаллические материалы являются относительно недорогими.
На Фигуре 1А показана контактная линза 100 содержащая инверсионную маркировку 102, включенную в периферийную часть контактной линзы 100. В этом примерном варианте осуществления инверсионная маркировка 102 просто содержит буквы А, В и С, которые будут видны только, когда контактная линза будет находиться вне глаза, например, когда она находится на кончике пальца носящего или на его ладони. Если буквы инверсионной маркировки 102 выглядят, как показано на фигуре, контактная линза 100 не перевернута и может быть помещена на глаз. На Фигуре 1В показана контактная линза 100 так, как она будет выглядеть на глазу. Иными словами, инверсионная маркировка 102 (Фиг. 1А) уже не видна.
-1
В соответствии с настоящим изобретением возможный вариант осуществления инверсионной маркировки 102, показанной на Фиг. 1А, содержит слой дисперсного жидкокристаллического материала в форме надписи "АВС"; однако любой подходящий рисунок или знаки могут быть использованы при условии, что владелец контактных линз может распознать рисунок, как индикатор нормального или перевернутого положения контактной линзы 100. Используемый здесь рисунок в виде ABC, или любые другие знаки, описанные выше, должны быть истолкованы в том смысле, что любой полимерный дисперсный жидкокристаллический материал и/или любой подходящий материал, физически формируется в форме фигуры ABC или напечатан на материале в виде надписи ABC. Полимерные дисперсные жидкокристаллические материалы состоят из жидкокристаллических микро капель 202, инкапсулированных в полимерную матрицу, как показано на Фигуре 2А и 2В, чтобы сформировать инверсионную маркировку 200. Жидкокристаллические микро капли 202 могут располагаться в любом виде для образования любого символа. В этом возможном варианте осуществления тонкая пленка толщиной примерно порядка десяти (10) мкм имеет два различных оптических состояния, как показано на Фигуре 2А, а именно состояние сильного рассеяния света, которое показывает видимую букву А с постоянной экстинкции (постоянная экстинкции или коэффициент молярной экстинкции представляет собой измерение того, насколько сильно материал поглощает или рассеивает свет в определенном диапазоне длин волн) порядка 1000 см или выше, и прозрачное состояние без заметного ослабления света, распространяющегося через него, как показано на фигуре 2B который показывает невидимую букву А. Сильное диффузное рассеяние света вызвано случайной ориентацией оптической оси жидкокристаллического материала в различных каплях, несоответствием показателя преломления полимера и жидкокристаллического материала капель, и/или и тем, и другим.
На Фигуре 3 графически показано возможное изменение оптического состояния дисперсной полимерной жидкокристаллической пленки в зависимости от температуры. Более конкретно, на Фигуре 3 показано изменение оптического состояния полимерной дисперсной жидкокристаллической пленки из состояния низкой пропускающей способности/высокого рассеяния света в прозрачное состояние, когда температура повышается до температуры, близкой к температуре роговицы. По существу, нагревание капель жидкокристаллического материала в полимерной матрице до их изотропного состояния преобразует материала в оптически однородное прозрачное состояние, как показано на Фигуре 3, если эффективный показатель преломления жидкокристаллического материала в изотропном состоянии соответствует показателю преломления полимера.
Есть несколько различных технологий/методологий получения полимерных дисперсных жидкокристаллических материалов, что обеспечивает простор для включения этих материалов в различные системы производства контактных линз. В соответствии с одним возможным вариантом осуществления отделение фаз, вызываемое полимеризацией, может быть использовано для получения полимерных дисперсных жидкокристаллических материалов. Отделение фаз, вызываемое полимеризацией, происходит тогда, когда жидкокристаллический материал смешивают с каким-то материалом, например, предполимером, который еще не подвергся полимеризации. Когда образован однородный раствор, запускается реакция полимеризации. В процессе реакции молекулы жидкого кристалла начинают образовывать капли. Капли продолжают расти до тех пор, пока связующий компонент полимера не становится настолько твердым, что молекулы оказываются пойманными в ловушку и не могут больше двигаться. Ряд факторов влияет на размер капель жидкокристаллического материала при разделении фаз, вызванном полимеризацией, в том числе температура отверждения, которая влияет на скорость полимеризации, а также скорость диффузии и растворимость жидкокристаллического материала в полимере, интенсивность отверждающего света, а также химический состав используемого материала. По существу, эти факторы могут существенно влиять на размер капель жидкокристаллического материала, который в свою очередь влияет на свойства диффузного рассеяния света полимерного дисперсного жидкокристаллического материала.
2
Возможный процесс разделение фаз, вызванный полимеризацией, используемый в соответствии с настоящим изобретением, может быть описан рядом следующих этапов. На первом этапе, изготавливают смесь сорока пяти (45) % веса нематического жидкокристаллического материала E-7 или E7 (производимый и продаваемый компанией Merck, Пул, Великобритания), и пятидесяти пяти (55) % веса свежего предполимера NOA-65. Norland Optical Adhesive 65 или NOA-65 это прозрачный, бесцветный предполимер, который отвердевает в лучах ультрафиолета. На втором этапе смесь непрерывно и тщательно перемешивают, пока она не становится оптически однородной. На третьем этапе, клетка заполняется оптически однородной смесью и подвергается воздействию УФ-лампы с лучами длиной волны триста шестьдесят пять (365) нм и интенсивностью света около 10 мВт/см в течение от тридцати (30) секунд до одной (1) минуты, предполагая что за это время происходит фотополимеризация. Полимеризация также может происходить под воздействием температуры или посредством любого другого подходящего метода. С другой стороны, полимерные дисперсные жидкокристаллические материалы могут быть получены путем выпаривания растворителя из смеси жидкого кристалла и полимера. После отвердевания и охлаждения или после испарения растворителя, образцы становятся непрозрачными, что свидетельствует о том, что произошло разделение фаз. После этого полимер можно отделить в виде отдельной пленки. В альтернативном возможном варианте осуществления смесь может содержать семьдесят (70) % веса 5СВ и тридцать (30) % веса предполимера. 5СВ или 4-циано-4'-пентилбифенил это другой нематический жидкокристаллический материал.
Важно отметить, что специфические описанные длины волн, интенсивность света и интервал времени для описанного возможного процесса могут изменяться для различных процессов и для достижения различных результатов.
Оптические и термодинамические свойства полимерных дисперсных жидкокристаллических материалов, в том числе диффузность, температура, при которой он становится прозрачным, и контрастность, могут быть оптимизированы для достижения целей конкретного применения путем изменения параметров материала, его толщины и условий полимеризации. Параметры материала включают в себя тип полимера, жидкокристаллический материал, а также их соотношение в смеси. Тонкие пленки из полимерного дисперсного жидкокристаллического материала могут быть охарактеризованы температурой, при которой они становятся прозрачными, выше нормальной комнатной температуры и равной или меньшей, чем температура роговицы. Важно отметить, что состояния оптического пропускания полимерных дисперсных жидкокристаллических материалов может резко изменяться при изменении температуры менее чем на один (1) градус С, как показано на Фигуре 3. Даже если температура поднимается плавно, изменение оптического пропускания может быть очень быстрым, например, измеряемым миллисекундами, до второго диапазона. Эта особенность вытекает из экспоненциальной зависимости оптического пропускания от коэффициента экстинции материала.
В альтернативном возможном варианте осуществления настоящего изобретения инверсионная маркировка контактных линз может содержать холестерический жидкокристаллический материал с запрещенной зоной отражения в видимом диапазоне длин волн, как показано на Фигуре 4. На Фигуре 4 показан спектр отражения холестерическим жидкокристаллическим материалом, который может быть использован в качестве материала инверсионной маркировки с центром в диапазоне зеленых длин волн. Холестерический жидкокристаллический материал может потерять свою отражающую способность при нагревании до температуры, близкой к температуре роговицы из-за сдвига запрещенной зоны отражения в диапазоне длин волн выше восьмисот (800) нм или ниже четырехсот (400) нм, которые являются невидимыми для человеческого глаза. Поскольку чувствительность глаза выше в зеленых длинах волн по сравнению с синими и красными, начальный, низкотемпературный зеленый цвет является предпочтительным для целей предполагаемого применения, а именно инверсионной маркировки.
В еще одном альтернативном возможном варианте осуществления настоящего изобретения инверсионная маркировка контактных линз может содержать холестерический жидкокристаллический материал, который теряет свою отражающую способность при нагревании его до температуры, близкой к температуре роговицы в результате фазового перехода холестерического жидкокристаллического материала в изотропное состояние. Смеси холестерических жидкокристаллических материалов, предназначенные для таких функциональных возможностей, могут быть основаны на следующих основных компонентах, а именно, матрицы из нематического жидкокристаллического материала, и хирального агента для образования структуры холестерического жидкокристаллического материала с отражением видимого света и соединения для регулировки температуры, при которой полимер становится прозрачным, до температуры, близкой к температуре роговицы. Свойства холестерических жидкокристаллических материалов предпочтительно отбирают или выбирают так, чтобы материал не демонстрировал заметного изменения цвета при значениях температуры ниже температуры роговицы, но становился очень чувствительным и переходил из цветного до бесцветного состояния при небольшом изменении температуры, близкой к температуре роговицы, как показано на Фигуре 5. На Фигуре 5 показано изменение отражающей способности холестерического жидкокристаллического материала, используемого для инверсионной маркировки из состояния отражения при брэгговской длине волны в пятьсот (500) нм в прозрачное состояние, когда температура повышается до значений, близких к температуре роговицы.
В еще одном альтернативном иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения два слоя холестерических жидкокристаллических материалов с различным шагом дифракционной решетки и в результате отражаемых цветов, например, красного и синего, могут быть интегрированы в линзу, так что слой с одним шагом располагается как можно ближе к внутренней поверхности линзы, а слой со вторым шагом располагается как можно ближе к внешней поверхности линзы, и таким образом поверхности рассматриваются как имеющие разные цвета. Важно отметить, что в альтернативных возможных вариантах осуществления холестерический жидкокристаллический материал может находиться на поверхности линз. Цветное наложение помех между слоями с двумя разными шагами дифракционной решетки предотвращается за счет использования диффузного разграничителя из такого же тонкого и термочувствительного полимерного дисперсного жидкокристаллического материала, располагаемого между двумя слоями. Индивидуальные холестерические жидкокристаллические слои в этой системе могут быть толщиной от трех (3) до пяти (5) мкм, отражать спектральные компоненты в окружающих неполяризованных лучах света в запрещенной зоне отражения жидкокристаллического материала с эффективностью, которая обеспечивает удобство прочтения контрастных знаков, предпочтительно в диапазоне от около десяти (10) до около пятидесяти (50) процентов. Разграничитель полимерной дисперсной жидкокристаллической пленки может быть по толщине меньше, чем десять (10) мкм.
Обратимся теперь к Фигуре 6, на котором проиллюстрирован блок или слой или маркер материала 602. Более конкретно, Фигура 6 показывает действие падающего света 600 на маркирующий материал 602. Падающий свет 600 с длиной волны длиннее, чем красная граница запрещенной зоны холестерического жидкокристаллического материала, проходит через слой холестерического жидкокристаллического материала 604, изображенного спиралью 606 короткого шага дифракционной решетки, и блокируется из-за рассеяния света в разделительном слое полимерного дисперсного жидкокристаллического материала 608. Падающий свет 610 с меньшей длиной волны строго отражается слоем холестерического жидкокристаллического материала 604. Отраженный свет изображен вектором или стрелкой 612. Вторая пленка слоя холестерического жидкокристаллического материала 614 имеет более длинный шаг дифракционной решетки, изображенный спиралью 616, и таким образом отражает свет с более длинной длиной волны, последний блокируется разделительным слоем полимерного дисперсного жидкокристаллического материала 608. Таким образом, для наблюдателя свет от холестерического слоя 604 будет выглядеть синим, в то время как свет от холестерического жидкого слоя 614 будет выглядеть красным.
В соответствии с другим аспектом капли холестерического жидкокристаллического материала могут быть включены в однополимерную матрицу с шагом дифракционной решетки холестерического жидкокристаллического материала, в результате цвет будет отражаться, изменяясь от передней к задней части образованной пленки. На Фигуре 7 показаны в общем виде холестерические жидкокристаллические капли на полимерном дисперсном жидкокристаллическом материале. Овалы 702 представляют собой холестерические жидкокристаллические капли в полимере 704. Спирали 706 представляют холестерический жидкокристаллический материал с другим шагом дифракционной решетки в каплях 702. Цвет отраженного света прямо зависит от шага дифракционной решетки. Чем короче или плотнее шаг дифракционной решетки, спираль 702a, тем короче длина волны отраженного света, и чем длиннее шаг дифракционной решетки, спираль 702b, тем длиннее длина волны отраженного света. Передняя и задняя сторона такой пленки имеет разную окраску. Перекрестные помехи между различными цветами предотвращаются в такой пленке диффузным рассеянием света в холестерических жидкокристаллических полимерных интерфейсах и случайной ориентацией осей холестерического жидкокристаллического материала капель.
Градиенты шагов могут быть получены и стабилизированы, например, с помощью полимерной сетки или наличием хиральных добавок в составе холестерического жидкокристаллического материала, что необратимо изменит их спиральную силу скручивания. Подвергая такую пленку воздействию света, в частности УФ света, получают изменение спиральной силы скручивания хиральных добавок от передней к задней части пленки из-за ослабления света, вызванного поглощением и рассеянием. Образование градиентной цветной пленки может сопровождать процесс фотополимеризации.
Термочувствительные материалы, описанные выше, могут быть нанесены в виде цифр, знаков или обозначений, которые будут способствовать определению нормальной ориентации контактной линзы. Нанесение знаков может производиться с применением различных процессов. В предпочтительном варианте осуществления, нанесение рисунка из диффузных светорассеивающих полимерных дисперсных жидкокристаллических материалов на прозрачную, температурно нечувствительную основу может быть реализовано с помощью УФ-света, прошедшего через маску и спроецированного на смесь мономера и жидкокристаллического материала. Процесс полимеризации, проводимый при низкой температуре, такой как пятнадцать (15) градусов Цельсия для композиции жидкокристаллического материала и полимера, описанной выше (5СВ в NOA-65) при постоянной подаче азота, чтобы избежать конденсации паров воды, приводит к образованию полимерного дисперсного жидкокристаллического материала в виде желаемого рисунка сильного рассеяния света. На втором этапе, температура ячейки, содержащей смесь, повышается выше двадцати пяти (25) градусов, например, удалением маски, а весь образец подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Таким образом, весь материал, который не подвергся воздействию света на первом этапе полимеризуется в виде прозрачной полимерной пленки, которая остается прозрачной после охлаждения независимо от температуры окружающей среды. С другой стороны, как практикуется в фотолитографии, неполимеризованная часть материала может быть вымыта, оставляя чувствительный к температуре рисунок нетронутым. Такая технология производства дисперсных жидкокристаллических материалов обеспечивает преимущество легкого и недорого производства, и широкий угол обзора за счет диффузного рассеяния света. Технология холестерических жидкокристаллических материалов имеет преимущество зеркального отражения, которое может быть видимым даже при слабом освещении, а также возможность использования различных цветов.
Похожие переходы из видимого в невидимое состояние могут быть получены, например, из-за влияния окружающего света на светочувствительный жидкокристаллический материал. В отличие от окружающего света, однако, роговица обеспечивает хорошо контролируемую температурную окружающую среду со средним значением в 34,2 градуса С для нормального человека. Это на десять (10) градусов С выше температуры в помещении, где контактные линзы, скорее всего, будут одеваться на глаз, что делает термочувствительные материалы предпочтительными в большинстве ситуаций. Термочувствительные материалы предпочтительны также из-за их скорости по сравнению с процессами, протекающими в условиях окружающего освещения.
Настоящее изобретение относится к контактной линзе, содержащей слой инверсионной маркировки, имеющий знак, который является видимым, когда линза находится вне глаза и становится невидимым, когда линза располагается на глазу. Оптические свойства слоя инверсионной маркировки, которые могут состоять из цвета, света, рассеяния, дифракции и отражения света, могут быть нанесены в виде рисунка, по крайней мере на часть линзы, для легкого и однозначного идентифицирования нормального и перевернутого положения контактной линзы. Важно отметить, что может быть использован любой подходящий шаблон, и что слой инверсионной маркировки, который наносится на контактную линзу в любом подходящем месте, которое не мешает оптике, может иметь другие оптические свойства на его противоположных сторонах. Переход метки из видимого состояния в невидимое может быть вызвано рядом факторов или процессов, в том числе под влиянием нагрева от температуры тела до температуры, близкой к температуре роговицы, окружающим светом, а также изменением влажности, которое происходит, когда контактную линзу вынимают из раствора, в котором она хранится.
Хотя ряд примеров жидкокристаллических материалов и полимеров описаны в данном документе, важно отметить, что может быть использовано любое количество материалов. Например, инверсионная маркировочная пленка может содержать полимер, жидкий кристалл, краситель, гель, композиционный материал из полимерных жидкокристаллических материалов в форме полимерных дисперсных жидких кристаллов, а также композиционные материалы, содержащие наноматериалы.
Кроме того, некоторые оптические свойства материала, образующего слой инверсионной маркировки, в том числе показатель преломления, поглощение оптическая анизотропия и ориентацию оптической оси, можно контролировать или модулировать для достижения различных функциональных возможностей/эффектов. Например, эти свойства могут быть модулированы в пространственном масштабе от трехсот (300) нм до тысячи (1000) нм в любом виде, в том числе периодически, случайно или при любой их комбинации. Процессы самоупорядочивания молекул, как в холестерических жидкокристаллических материалах, процессы разделения фаз, как в полимерных дисперсных жидкокристаллических материалах, оптические процессы записи, как в голографических полимерных дисперсных жидкокристаллических материалах, процессы перехода полимеров в жидкость и кристаллов в полимеры в ломтиках или решетке полимеризации, а также печать и литография могут использоваться в модуляции оптических свойств.
Изменение между видимым и невидимым состоянием инверсионной маркировки может быть побуждено или вызвано рядом процессов и/или сочетанием процессов, в том числе уменьшением контраста модуляции оптических свойств слоя инверсионной маркировки, что в конечном итоге приводит к оптически однородной структуре и изменению пространственного масштаба модуляции оптических свойств слоя инверсионной маркировки к более коротким, обычно ниже трехсот (300) нм или больших длин волн, обычно даже до восьмисот (800) нм.
Слой инверсионной маркировки может содержать тонкую пленку, как описано в настоящем описании, а также один или несколько защитных слоев. Один или несколько защитных слоев, могут сами быть тонкими пленками. Слой инверсионной маркировки может также содержать функциональные материалы, в том числе фотохромные материалы и терапевтические агенты.
Контактные линзы необходимо заменять по истечении заданного промежутка времени. Промежуток времени может варьироваться от недель до месяцев. Для большинства людей, которые носят контактные линзы, иногда сложно запомнить, когда линзы необходимо заменить новой парой. Таким образом, технология, которая может быть приспособлена к различным типам линз и которая обозначает, когда предпочтительно необходимо выбросить линзы, принесет пользу безопасности, здоровью и комфорту человека, который носит линзы. Таким образом, в соответствии с другим возможным вариантом осуществления холестерические жидкокристаллические материалы могут быть включены в контактные линзы с применением любых подходящих средств, где действуют или могут быть конфигурированы в качестве индикатора пригодности использования. Индикатор пригодности в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительно встроен в саму контактную линзу и на практике вынуждать заменить линзы, когда это необходимо. Индикатор пригодности в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно соответствует набору условий, включая прозрачность и совместимость с материалами и технологиями контактной линзы. Индикатор пригодности может иметь форму видимой цветной точки или маркировки, проявляющейся в какой-либо точке или области контактной линзы, например в периферической зоне, по истечении определенного промежутка времени. Другими словами, когда контактные линзы достают из упаковки, они прозрачны. Однако, после заданного промежутка времени и воздействия внешнего фактора, например, видимого света, появляется цветной знак, указывая пользователю на то, что пора заменить линзы. По сути, материалы могут быть разработаны и изготовлены таким образом, чтобы отражательная способность материала была изначально заложена в ультрафиолетовом или в инфракрасном диапазоне фотонного спектра, оба из которых являются невидимыми для человеческого глаза. Воздействие видимого света, в частности, вызывает изменение периода таким образом, что пиковая отражающая способность со временем смещается в видимый диапазон фотонного спектра, что приводит к тому, что цветное изображение становится четко видимым для человеческого глаза. Когда оно становится видимым, это значит, что контактные линзы скоро исчерпают или уже исчерпали срок использования, рекомендованный производителем, и их просто выбрасывают.
Цвет обычно получают благодаря поглощению света. Материал такой как красные чернила выглядит красным, потому что красные чернила поглощают весь падающий свет за исключением его спектральных составляющих в сравнительно узком спектре с центром в диапазоне красных длин волн. Краски и другие материалы, окрашиваемые благодаря молекулярной абсорбции, не дают много возможностей управления их цветом и не имеют подходящего прозрачного состояния. Как показано на Фиг. 8А, слой материала 800 поглощает излучение всех длин волн падающего белого света 802, за исключением, например, красного. Красный проходящий свет 804 проходит через этот материал 800, а также красный рассеянный свет 806 исходит от поверхности материала 800. В противоположность этому, системы или материалы фотонной запрещенной зоны периодически изготавливаются как диэлектрическая среда, электромагнитный аналог атомной решетки, однако, с масштабом периодически сравнимым с длиной волны видимого света. Эти материалы имеют яркие цвета благодаря отражению, а не поглощению. На Фиг. 8В изображен слой материала фотонной запрещенной зоны 808. Материал 808 имеет периодическую структуру с параметром кристаллической решетки порядка длины волны видимого света (0,4 - 0,7 мкм) и отражает красный свет 810 из спектра падающего белого света 812, одновременно пропуская свет всех других длин волн. Интересно отметить, что цвета согласно структурам фотонной запрещенной зоны можно найти в природе, например на крыльях бабочки. Холестерические жидкие кристаллы, как описано выше, являются системами фотонной запрещенной зоны.
Холестерические жидкие кристаллы, как описано выше, являются системами фотонной запрещенной зоны. Структура фотонной запрещенной зоны холестерических жидких кристаллов показана на Фиг. 9. Ориентация стержнеобразных молекул холестерических жидкокристаллических материалов вращается в пространстве между различными слоями, образуя спираль или винтовую структуру. Другими словами, холестерические жидкокристаллические материалы 900 и 902 содержат удлиненные молекулы, которые ориентированы параллельно друг другу в каждой плоскости материала 900 и 902. Направление этой ориентации, обозначенное стрелками 904 и 906, вращается в пространстве, образуя спираль или винтовую форму 908 и 910. Холестерические жидкокристаллические материалы отражают спектральный компонент света с длинами волн в запрещенной зоне с центром около значения шага спирали 908 и 910. Шаг спирали, которая определяет периодичность и, следовательно, цвет света, отраженного от холестерического жидкокристаллического материала, является результатом уравновешивания межмолекулярных сил. Все, что требуется, для того чтобы значительно изменить цвет холестерического жидкокристаллического материала, это изменить его периодичность, что может быть легко достигнуто с помощью одного или более из множества внешних воздействий или факторов, например, видимого света, которые влияют на баланс сил, создающих спираль. Важно отметить, что могут быть использованы любые формы воздействий, в том числе температура, влажность и любая длина волны электромагнитного излучения. Холестерический жидкокристаллический материал 900 имеет более короткий шаг, представленный спиралью или винтовой формой 908 и, следовательно, отражает свет с более короткой длиной волны 912 и пропускает свет с большей длиной волны, который выглядит синим для наблюдателя, видящего отраженный свет, в то время как жидкокристаллический материал 902 имеет больший шаг, представленный спиралью или винтовой формой 910 и, следовательно, отражает свет с большей длиной волны 914 и пропускает свет более коротких длин волн, который выглядит красным для наблюдателя, видящего отраженный свет.
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, холестерический жидкокристаллический материал содержит фрагменты азобензола. Однако, важно отметить, что может быть использован любой подходящий материал, который сопоставим с конечным использованием. Молекулы азобензола существуют в двух изомерных состояниях; а именно, транс-изомер, являющийся термодинамически стабильным, и цис-изомер, являющийся метастабильным. На Фиг. 10 показана структура транс-изомерной формы 1000 и структура цис-изомерной формы 1002. Трансформация между транс-изомерным и цис-изомерным состояниями может вызываться светом. Как правило, ультрафиолетовый свет вызывает транс-цис-фотоизомеризацию, в то время как свет в видимом спектре длин волн способен инициировать цис-транс- фотоизомеризацию. Существование цис-изомеров может варьироваться от миллисекунд до нескольких лет при помощи молекулярной инженерии, которая воздействует на энергетический барьер между ними, как показано на Фиг. 11. На Фиг. 11 представлена диаграмма энергетических уровней молекулы азобензола, которая иллюстрирует или демонстрирует процесс фото индуцированной транс-цис-транс-изомеризации, показанной двусторонний стрелкой 1100, и спонтанной цис-транс-изомеризации, показанной односторонней стрелкой 1102. Энергетический барьер, ΔU, 1104 между транс-изомерным и цис-изомерным состояниями определяет скорость спонтанной цис-транс фотоизомеризации. Эти два состояния молекулы азобензола различны по своим электродинамическим и термодинамическим свойствам. Таким образом, изомеризация не имеет сильного влияния на свойства материала-хозяина, которыми может обладать структурой фотонной запрещенной зоны холестерических жидкокристаллических материалов.
Шаг спирали холестерических жидких кристаллов может изменяться в большом спектральном диапазоне, в том числе ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне, путем включения молекул, содержащих азобензольные группы в их структуре. Фотоизомеризация азобензола молекул влияет на молекулярный порядок, в результате чего изменяется шаг спиральной структуры холестерических жидкокристаллических материалов, как показано на Фиг. 12А и 12В. Как описано выше, шаг определяет цвет отраженного света; следовательно, влияние содержания изомера в конечном счете определяет цвет отраженного света. Как показано на Фигуре 12А, все изомеры 1202 находятся в транс-изомерном состоянии, при котором шаг спирали 1204 больше, что, в свою очередь вызывает, отражение света с большей длиной волны. На Фигуре 12В, часть изомеров 1206 находятся в цис-изомерном (свернутом) состоянии, при котором шаг спирали 1208 меньше, что, в свою очередь вызывает, отражение света с меньшей длиной волны. Важно отметить, что другие подходящие материалы, обладающие свойствами, аналогичными свойствам азобензола, могут быть добавлены в холестерический жидкокристаллический материал.
Конкретный цвет материала получается в результате воздействия на холестерический жидкокристаллический материал ультрафиолетового света в течение определенного периода времени. Цвет может быть изменен во всем видимом спектре, в зависимости от времени воздействия ультрафиолетового света. Состояния с разными цветами могут оставаться стабильными на протяжении различных периодов времени в зависимости от используемых материалов. Как описано в настоящей заявке, такой период времени может составлять или изменяться от миллисекунд до нескольких лет посредством структурной модификации материала. Первоначальный цвет холестерического жидкокристаллического материала восстанавливается по истечении этого периода времени. Эти материалы могут быть изменены для того, чтобы полностью отключать цвет (становиться невидимыми), например, под воздействием ультрафиолетового света. Затем цвет появляется снова спустя предопределенный промежуток времени, который определяется свойствами материала и условиями воздействия света (видимого). Процесс повторного возникновения цвета может быть быстрым в сравнении со временем существования бесцветного состояния.
Важно отметить, что системы холестерических жидкокристаллических материалов могут быть разработаны для различных цветовых сдвигов, например перехода из синего в красный, ширины их запрещенной зоны отражения под воздействием ультрафиолетового и/или видимого света. На Фиг. 13 показаны спектры отражения холестерического жидкокристаллического материала до и после воздействия света. Холестерический жидкокристаллический материал, изначально бесцветный, что обусловлено тем, что его запрещенная зона отражения 1300 находится в инфракрасной области электромагнитного спектра. Облучение, в результате которого происходит транс-цис-изомеризация молекул хиральных добавок, например, азобензола, делает холестерический жидкокристаллический материал отражающим в видимом диапазоне спектра из-за красного смещения запрещенной зоны 1302. Аналогично, холестерический жидкокристаллический материал в начале может быть в состоянии ультрафиолетового отражения и может быть преобразован в видимое состояние из-за красного смещения запрещенной зоны, вызванной фотоизомеризацией. Кинетика изомеризации, светочувствительность и величина сдвига запрещенной зоны - это параметры, которые предпочтительно регулируют для достижения желаемого результата. Все эти параметры, по сути, регулируются применением одной или нескольких добавок. В одном возможном варианте осуществления одна или несколько добавок могут содержать фрагменты азобензола, которые могут включать транс-изомерную и цис-изомерную форму.
Ширина запрещенной зоны холестерического жидкокристаллического материала определяется оптической анизотропией материала и периодичностью материала, т.е. шагом спирали холестерического жидкокристаллического материала. Градиенты шага приводят к расширению запрещенной зоны. В сильно поглощающем ультрафиолет материале, цис-изомеры генерируются только на передней поверхности материала, тем самым создавая большие градиенты концентрации цис-изомеров, а следовательно, шага холестерического жидкокристаллического материала. Таким образом холестерический жидкокристаллический материал с запрещенной зоной отражения 1400 в невидимом диапазоне электромагнитного спектра будет становиться отражающим для видимого света, как только ширина его запрещенной зоны 1402 распространится на диапазон видимых длин волн, как показано на Фиг.14. Этот процесс предоставляет дополнительную возможность управления кинетикой процесса, а именно, диффузией цис-изомеров, которая может осуществляться включением в систему полимерной структуры.
В соответствии с другим возможным вариантом осуществления для создания измененных холестерических жидкокристаллических структур могут применяться оптически активируемые командные слои. В этом возможном варианте осуществления одного молекулярного командного слоя может быть достаточно для значительного воздействия на структуру холестерического жидкого кристалла. Командный слой содержит молекулы азобензола, которые прикреплены к поверхности и изменяют условия ориентации для жидкокристаллического материала под воздействием света. Таким образом, командный слой будет предпочтительно сворачивать или разворачивать холестерический жидкий кристалл, в то время как никакого заметного изменения цвета может и не быть при такой конфигурации, хорошо заметна граница между двумя холестерическими жидкокристаллическими доменами, и она может быть использована в качестве индикатора пригодности использования.
Индикатор пригодности по настоящему изобретению может содержать некоторое количество холестерических жидкокристаллических материалов, как указано выше, и может быть включен в офтальмологические линзы, такие как контактные линзы любым подходящим способом, как описано выше, в том числе включая тампонную печать, струйную печать, встроенную тонкую пленку или любую другую методику для помещения пигментации в контактные линзы. В одном варианте осуществления материал, содержащий индикатор пригодности, встраивается в полимерную структуру, адаптированную для использования в определенной линзе. В этом варианте осуществления узкая капля полимерной структуры может быть введена в конкретный участок линзы, например в периферической зоне контактной линзы, а не в оптической зоне контактной линзы.
Возможное использование индикатора пригодности настоящего изобретения может быть реализовано в многочисленных различных вариантах осуществления. Например, в одном варианте осуществления индикатор пригодности использование может сбрасываться или быть обратимым, а в другом возможном варианте осуществления индикатор небезопасности может быть необратимым. Другими словами, после того, как индикатор пригодности использования превращается из невидимого в цветной (определенного цвета), человек, который носит линзы, может захотеть или быть вынужденным продолжать носить контактные линзы в течение дополнительного периода времени. Соответственно, под воздействием ультрафиолетового света или полной темноты жидкокристаллический материал индикатора пригодности использования может быть сброшен, тем самым позволяя пользователю временно продолжить использовать линзы. Его также можно сбрасывать несколько раз. С другой стороны, жидкокристаллический материал может быть сконструирован таким образом, чтобы как только он изменяет состояние, он не мог быть изменен обратно. В других возможных вариантах осуществления изменение цвета может быть медленным прогрессированием к глубокому и/или насыщенному цвету или изменение может быть резким. Например, если срок замены линз составляет 2 недели, то изменение может начаться сразу же после воздействия видимого света или же может не происходить никакое изменение цвета в течение четырнадцати (14) дней, а на пятнадцатый (15) день, может произойти полное изменение цвета или переход из невидимого состояния в видимое. Важно отметить, что в вариантах осуществления инверсионной маркировки она запрограммированы на быстрое исчезновение под действием температуры, в то время как в вариантах использования индикатора пригодности, изменение может быть различным для создания различных воздействий. В других примерных вариантах осуществления индикатор пригодности может быть расположен на периферии линзы так, чтобы не мешать оптике, или он может быть разработан с целью некоторым образом вмешиваться в оптику, чтобы заставить владельца сменить линзы. Это может быть различным и зависит от пользователя. Например, для маленького ребенка, может быть необходимым отчетливо видная маркировка, чтобы родитель или другой опекун не ошибался в отношении того, когда следует заменять линзы. В предпочтительных вариантах, контактные линзы должны всегда обеспечивать коррекцию зрения независимо от того, используют ли их в диапазоне сроков пригодности или нет.
Важно отметить, что хотя настоящее изобретение было описано применительно к контактным линзам, материал может быть использован в любом другом типе линзы или оптическом окне. Материал индикатора пригодности может использоваться в любом устройстве, в котором желательно или требуется определения пригодности. Кроме того, альтернативные материалы запрещенной зоны или отражающие материалы, отличные от жидкокристаллических материалов, таких как блок-сополимеры, которые меняют цвет под воздействием внешних факторов могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением. Важно также отметить, что воздействие света является лишь одним из ряда возможных факторов воздействия, которые способны вызвать желаемое изменение цвета. Что касается конкретно контактных линз, накопление загрязнений также может служить в качестве внешнего фактора воздействия, поскольку они имеют тенденцию накапливаться в течение достаточно предсказуемого периода времени. Наконец, инверсионные маркировки и индикаторы пригодности, описанные и изложенные в настоящей заявке, могут быть включены в линзу как часть той же структуры или в виде отдельных структур.
Продолжительность периода времени или времени, за который индикатор пригодности изменяется из невидимого в видимый зависит от продукта, в котором он используется. В общем, период времени соответствует сроку полезного использования линзы или другого устройства. Такой срок полезного использования может, хотя и не обязательно, устанавливаться или предлагаться производителем продукта.
Хотя показанные и описанные варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области представляются возможности отступления от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, и их можно использовать, не выходя за пределы сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.