ЖИДКОСТНЫЕ МЕНИСКОВЫЕ ЛИНЗЫ С УЛУЧШЕННЫМ СОСТАВОМ НА ОСНОВЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РАСТВОРА
LIQUID MENISCUS LENSES WITH IMPROVED COMPOSITION BASED ON PHYSIOLOGICAL SOLUTION

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка истребует приоритет предварительной заявки на патент США Сер. № 61/529343, поданной 31 августа 2011 года.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к электросмачивающим составам на основе физиологического раствора. Более конкретно, настоящее изобретение относится к жидкостным менисковым линзам с физиологическим раствором с улучшенными свойствами.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Жидкостные менисковые линзы известны в разных отраслях промышленности. Как описано ниже более подробно со ссылкой на Фиг. 1A и 1B, известные жидкостные менисковые линзы имели цилиндрическую форму, и поверхность их периметра была сформирована точками, расположенными на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. К известным примерам использования жидкостных менисковых линз относятся такие устройства, как электронные камеры.
Обычно, жидкостные менисковые линзы были ограничены конструкциями, в которых для управления изменениями в линзах использовали источники питания переменного тока (ПрТ). ПрТ минимизирует или устраняет захват заряда внутри диэлектрического изолирующего слоя устройства, что приводит к более предсказуемому функционированию жидкостной менисковой линзы и, в конечном счете, увеличению срока службы устройства. Следовательно, в линзах, работающих от ПрТ, были использованы составы на основе физиологического раствора с легкими ионами. Переменный ток минимизирует вероятность того, что используемые в устройстве легкие ионы окажутся включенными в диэлектрический слой и, тем самым, снизят производительность устройства.
Ранее были известны примеры жидкостных менисковых линз с включенными солевыми растворами, содержащими низкомолекулярные неорганические соли, такие как хлорид натрия, сульфат натрия, ацетат натрия и хлорид лития.
Традиционно офтальмологические линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, были биосовместимыми устройствами с корректирующей, косметической или терапевтической функцией. Контактная линза, например, может обеспечить одно или более из: коррекции зрения; косметической коррекции; и терапевтических эффектов. Каждая функция может обеспечиваться одной или более физическими характеристиками линзы. Например, конструкция, обладающая светопреломляющим свойством, может обеспечивать функцию коррекции зрения, включенный в линзу пигмент может обеспечивать косметическую коррекцию, а включенное в линзу действующее вещество может обеспечивать терапевтическую функцию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство оптической линзы с оптическими свойствами на основе жидкостного мениска, причем устройство оптической линзы включает:
переднюю изогнутую линзу, содержащую внешнюю поверхность, и переднюю изогнутую линзу, содержащую внутреннюю поверхность;
заднюю изогнутую линзу, содержащую внутреннюю поверхность задней изогнутой линзы и внешнюю поверхность задней изогнутой линзы, где как указанная внутренняя поверхность задней изогнутой линзы, так и внешняя поверхность задней изогнутой линзы имеют дугообразную форму, при этом указанная задняя изогнутая линза расположена в непосредственной близости от указанной передней изогнутой линзы так, что между указанной внутренней поверхностью передней изогнутой линзы и указанной внутренней поверхностью задней изогнутой линзы формируется полость и оптическая ось, проходящая через переднюю изогнутую линзу и заднюю изогнутую линзу;
стенку мениска, расположенную по периферии одной или обеих из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы;
объем физиологического раствора, который находится внутри полости и контактирует со стенкой мениска, причем физиологический раствор содержит один или более цвиттер-ионов;
объем масла с оптическими свойствами, который также содержится в полости и контактирует с одной или обеих из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, причем
упомянутый объем физиологического раствора и масла образуют между собой жидкостный мениск, причем жидкостный мениск пересекает оптическую ось, сформированную за счет передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы.
Таким образом, устройство оптической линзы включает в себя жидкостную менисковую линзу.
Физиологический раствор, содержащийся в любом из описанных в настоящем документе устройств оптической линзы, может дополнительно содержать один или более стерически объемных нейтрализующих компонентов. В качестве альтернативы или дополнения физиологический раствор может содержать один или более совместных растворителей. В качестве альтернативы или дополнения физиологический раствор может содержать одно или более ионных поверхностно-активных веществ. В качестве альтернативы или дополнения физиологический раствор может содержать одно или более неионных поверхностно-активных веществ.
В качестве альтернативы или дополнения физиологический раствор может содержать светопоглощающее соединение.
2
Физиологический раствор может иметь кинематическую вязкость менее около 1E-5 м/с (10 сСт).
Физиологический раствор может по существу не содержать загрязняющих частиц, имеющих средний диаметр частиц около 0,5 микронов или более.
Физиологический раствор может иметь относительную плотность, которая по существу эквивалентна относительной плотности масляного компонента.
Абсолютное значение разницы между относительными плотностями физиологического раствора и масляного компонента может быть более приблизительно 0,010.
По меньшей мере одна из внешней поверхности передней изогнутой линзы и внутренней поверхности передней изогнутой линзы устройства оптической линзы может иметь дугообразную форму. Предпочтительно, чтобы обе из внешней поверхности передней изогнутой линзы и внутренней поверхности передней изогнутой линзы устройства оптической линзы имели дугообразную форму.
В качестве альтернативы или дополнения по меньшей мере одна из внутренней поверхности задней изогнутой линзы и внешней поверхности задней изогнутой линзы устройства оптической линзы может иметь дугообразную форму. Предпочтительно, чтобы обе из внутренней поверхности задней изогнутой линзы и внешней поверхности задней изогнутой линзы устройства оптической линзы имели дугообразную форму.
Устройство оптической линзы может иметь проводящее покрытие по меньшей мере на части стенки мениска. Проводящее покрытие может быть расположено вдоль по меньшей мере части периферической зоны одной или обеих из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы. Проводящее покрытие может проходить от области, находящейся в полости, до области, находящейся за пределами полости.
Область проводящего покрытия, находящаяся за пределами полости, может образовывать электрический терминал для обеспечения электрического потенциала для жидкостной менисковой линзы.
Помимо проводящего покрытия может существовать покрытие, находящееся по меньшей мере на части одной из внутренней поверхности передней изогнутой линзы и внутренней поверхности задней изогнутой линзы. Дополнительные покрытия могут включать электроизоляционные материалы, гидрофобные материалы или гидрофильные материалы.
Объем масла должен быть меньше объема физиологического раствора, содержащегося в полости устройства оптической линзы. Объем содержащегося в полости масла может занимать от около 60% до около 90% объема полости.
Объем масла может иметь плотность в пределах 12% от плотности физиологического раствора.
Устройство оптической линзы может дополнительно содержать источник питания для подачи электрического заряда на проводящее покрытие.
Подача электрического заряда на область проводящего покрытия, находящуюся за пределами полости, может привести к изменению положения контакта мениска вдоль стенки мениска. Соответственно, когда электрический заряд таким образом подается на область проводящего покрытия, находящуюся за пределами полости, физиологический раствор имеет относительную плотность, которая по существу эквивалентна относительной плотности масляного компонента.
Электрический заряд может содержать постоянный ток.
Электрический заряд может составлять примерно от 18,0 вольт до 22,0 вольт.
Внешняя поверхность передней изогнутой линзы может иметь оптическую силу, которая приблизительно равна 0 или может отличаться от 0, причем предпочтительно, чтобы она отличалась от 0. Оптическая сила может быть положительной или отрицательной. Соответственно, оптическая сила может составлять от -8,0 до +8,0 диоптрий. В качестве альтернативы или дополнения, внутренняя поверхность передней изогнутой линзы может иметь оптическую силу, которая приблизительно равна 0 или может отличаться от 0, причем предпочтительно, чтобы она отличалась от 0.
Оптическая сила может быть положительной или отрицательной. Соответственно, оптическая сила может составлять от -8,0 до +8,0 диоптрий.
В качестве альтернативы или дополнения, внутренняя поверхность задней изогнутой линзы может иметь оптическую силу, которая приблизительно равна 0 или может отличаться от 0, причем предпочтительно, чтобы она отличалась от 0. Оптическая сила может быть положительной или отрицательной. Соответственно, оптическая сила может составлять от -8,0 до +8,0 диоптрий.
Соответственно, настоящее изобретение относится к высокоэффективному электросмачивающему физиологическому раствору, разработанному для значительного улучшения электрических характеристик жидкостной менисковой линзы, работающей от постоянного или переменного тока. При подаче напряжения определенной величины на жидкостную менисковую линзу, такую как дугообразная жидкостная менисковая линза, электростатический заряд может накапливаться как на границе между диэлектриком и проводящим материалом, так и на границе между диэлектриком и физиологическим раствором. Происходящий захват заряда приводит к тому, что легкие ионы, находящиеся в стандартном физиологическом растворе, притягиваются, адсорбируются на поверхности или абсорбируются внутрь диэлектрического материала, тем самым уменьшая способность диэлектрика поддерживать поверхностный электростатический заряд. Кроме того, вследствие этого жидкостный мениск может переместиться на некоторое расстояние вдоль стенки мениска при первой подаче напряжения на линзу. Тем не менее, жидкостный мениск позднее может разрядиться и переместиться обратно в незаряженное состояние, что приведет к потере желаемой оптической силы линзы.
Для избежания захвата заряда может использоваться высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор. При использовании электросмачивающего устройства высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор по настоящему изобретению содержит цвиттер-ионные органические соединения, которые с трудом перемещаются вдоль границы между диэлектриком и физиологическим раствором вместе с меньшим количеством стерически объемных органических солей, которые не способны легко встраиваться в диэлектрический материал. Физиологический раствор может дополнительно содержать конструкцию для минимизирования или устранения наличия или образования других малых молекул и ионов в растворе за счет включения ограниченного количества компонентов, имеющих известную высокую степень чистоты, и поддержания pH, близкого к нейтральному. Если на жидкостную менисковую линзу было подано напряжение постоянного тока, которое практически устранило захваченный заряд, жидкостный мениск может переместиться в желаемое положение вдоль стенки мениска и удерживать это положение вместе с соответствующей оптической силой. Благодаря настоящему изобретению сверхмалое энергопотребление может быть достигнуто за счет использования интегральных схем, сконструированных для управления жидкостными менисковыми линзами с использованием высокоэффективных электрических характеристик электросмачивающих физиологических растворов.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1A представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся в первом состоянии.
На Фиг. 1B представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся во втором состоянии.
На Фиг. 2 представлено боковое послойное поперечное сечение примерной дугообразной жидкостной менисковой линзы, входящей в состав устройства оптической линзы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 3 представлен поперечный разрез примерной дугообразной жидкостной менисковой линзы, входящей в состав устройства оптической линзы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 4 представлены дополнительные примерные аспекты дугообразной жидкостной менисковой линзы, входящей в состав устройства оптической линзы.
На Фиг. 5 представлены элементы менисковой стенки, входящей в состав устройства оптической линзы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 6A представлен поперечный разрез дугообразной жидкостной менисковой линзы со стандартным составом на основе физиологического раствора, питаемой переменным током в первом состоянии.
На Фиг. 6B представлен поперечный разрез Фиг. 6A во втором состоянии.
На Фиг. 7 представлен поперечный разрез другой примерной дугообразной жидкостной менисковой линзы с высокоэффективным электросмачивающим составом на основе физиологического раствора, питаемой постоянным током.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к высокоэффективному электросмачивающему составу на основе физиологического раствора со свойствами, способствующими избежанию захвата заряда диэлектрическим слоем электросмачивающего устройства, например, в жидкостной менисковой линзе. В частности, настоящее изобретение относится к устройству оптической линзы с оптическими свойствами на основе жидкостного мениска, о чем говорится в пунктах формулы изобретения.
Определения
В приведенном описании и пунктах формулы, относящихся к настоящему изобретению, используется ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения:
Переменный ток (ПрТ): электрический ток, меняющий свое направление в цепи через определенные промежутки времени; электрический ток, который неоднократно изменяет свое направление или напряженность, обычно с определенной частотой или в определенном диапазоне частот.
Объемная молекула: в настоящем документе обозначает молекулу, имеющую по меньшей мере одну разветвленную или третичную функциональную группу (например, как третичный азот в триэтаноламине) и/или по меньшей мере одну циклическую функциональную группу (например, циклогексиламин).
Краевой угол смачивания - также может называться границей жидкостного мениска, является углом, в котором граница раздела между маслом и физиологическим раствором достигает стенки мениска. В случае если стенка мениска является линейной, краевой угол смачивания определяют как угол между стенкой мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке соприкосновения границы жидкостного мениска со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является изогнутой, краевой угол смачивания определяют как угол между касательной к стенке мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке их соприкосновения.
Постоянный ток (ПсТ): электрический ток, текущий только в одном направлении; электрический ток, движущийся в одном направлении с постоянной напряженностью.
Электросмачивающее устройство: устройство, которое использует прилагаемое извне электрическое поле для возбуждения или управления небольшими объемами жидкости за счет изменения межфазного натяжения на границе между физиологическим раствором и стенкой мениска и, как следствие, макроскопического краевого угла смачивания, или за счет индуцирования движения потока жидкости из-за межфазного электростатического напряжения.
Электросмачивающий физиологический раствор: раствор, содержащий растворенные ионы, который может подходить для использования в электросмачивающем устройстве.
Граница жидкостного мениска - дугообразная или плоская жидкостная граница между физиологическим раствором и маслом в электросмачивающем устройстве. Обычно эта граница может образовывать линзу, вогнутую с одной стороны и выпуклую с другой.
Полость мениска - пространство в жидкостной менисковой линзе между передней изогнутой линзой и задней изогнутой линзой, в котором удерживаются масло и физиологический раствор.
Стенка мениска - особая область на внутренней поверхности одной или обеих из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, которая находится внутри полости мениска, вдоль нее движется граница жидкостного мениска.
Оптическая зона - в настоящем документе обозначает область линзы, через которую смотрит пользователь линзы. Например, область в офтальмологической линзе, через которую носитель офтальмологической линзы может видеть.
Складка - особенность геометрии внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, которая пригодна для облегчения размещения в ней линии контакта двух предварительно заданных жидкостей на оптической части. Предпочтительно, чтобы складка была снаружи угла, а не внутри. Со стороны части, заполненной жидкостью, это может быть угол, превышающий 180 градусов.
Цвиттер-ион: в настоящем документе обозначает нейтральную молекулу с положительным и отрицательным электрическим зарядом в различных участках молекулы. В настоящем документе цвиттер-ионы также могут называться "внутренними солями".
В настоящем документе при упоминании "жидкостной менисковой линзы" следует понимать, что она входит в состав устройства оптической линзы настоящего изобретения.
Используемый в настоящем документе термин "содержащий" охватывает собой термины "включающий", как и "состоящий" и "состоящий в основном", т.е. структура "содержащий" X может состоять исключительно из X или может включать что-то дополнительно, т.е. X+Y.
Как более подробно описывается ниже, устройство оптической линзы, такое как контактная линза, может включать жидкостную менисковую линзу, например, дугообразную жидкостную менисковую линзу со стенкой мениска и физическими свойствами, обеспечивающими одно или оба притяжения и отталкивания жидкости, находящейся внутри линзы и образующей границу мениска с другой жидкостью. Такие линзы содержат переднюю изогнутую линзу (также известную в настоящем документе как "первая оптическая часть"), которая находится в непосредственной близости от задней изогнутой линзы (также известной в настоящем документе как "вторая оптическая часть") и образует с ней полость. Внутри полости находятся физиологический раствор и масло. Приложение электрического заряда к стенке мениска, по существу расположенной в области периметра первой оптической части и (или) второй оптической части, изменяет физическую форму мениска, сформированного между физиологическим раствором и маслом, содержащимися в полости.
Физические ограничения, включая размер и форму жидкостной менисковой линзы, могут препятствовать использованию аккумуляторов или других источников питания, которые могут работать с линзой, использующей переменный ток, который по множеству причин требует намного больше энергии, чем постоянный ток. Для оптимизации управления энергопотреблением наряду с использованием доступного объема постоянный ток может применяться для эффективного управления жидкостной менисковой линзой. Несмотря на это, использование постоянного тока увеличивает возможность захвата заряда и связанного с ним снижения производительности. Следовательно, для этих целей нежелательно использовать традиционные физиологические растворы, которые используются для электрохимического смачивания.
В соответствии с Фиг. 1A, в поперечном разрезе показана линза 100 предшествующего уровня техники с маслом 101 и физиологическим раствором 102, которые находятся внутри цилиндра 110. Цилиндр 110 включает в себя две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 имеет плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 имеет внутреннюю поверхность, которая по существу является осесимметричной. В некоторых вариантах осуществления предшествующего уровня техники одна или более поверхностей могут иметь гидрофобное покрытие. На периметре или вокруг периметра цилиндра также расположены электроды 105. В непосредственной близости к электродам 105 также может быть использован электрический изолятор 104.
В соответствии с предшествующим уровнем техники, каждая из внутренних поверхностей 113-114 является по существу плоской или ровной. Между физиологическим раствором 102А и маслом 101 формируется поверхность раздела 112A. Как показано на Фиг. 1A, форма поверхности раздела 112A в комбинации с показателем преломления солевого раствора 102A и масла 101 обеспечивают вход падающего света 108 через первую внутреннюю поверхность 113 и выход расходящегося светового потока 109 через вторую внутреннюю поверхность 114. Форма поверхности раздела между маслом 101 и физиологическим раствором 102 может быть изменена путем приложения переменного электрического тока к электродам 105.
На 100A изображен вид в перспективе линзы 100 предшествующего уровня техники.
На Фиг. 1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитываемом энергией состоянии. Запитываемое энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114B к электродам 105. Форма поверхности раздела 112B между маслом 101 и физиологическим раствором 102 изменяется при приложении электрического тока к электродам 105. Как показано на Фиг. 1B, падающий свет 108, проходящий через масло 101 и физиологический раствор 102, фокусируется с образованием сходящегося светового потока 111B.
На Фиг. 2 изображено поперечное сечение новой примерной дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 с передней изогнутой линзой 201 и задней изогнутой линзой 202. Передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 находятся в непосредственной близости друг к другу и образуют между собой полость 210. Передняя изогнутая линза может включать в себя вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 линзы и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность линзы 204. На вогнутую дугообразную поверхность линзы 203 может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на Фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Одна или обе вогнутые дугообразные поверхности 203 линзы и их покрытия могут быть главным образом связаны жидкостью и/или оптически с маслом 208, находящимся в полости 210.
Задняя изогнутая линза 202 может включать выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность 205 линзы и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность 206 линзы. На выпуклую дугообразную поверхность 205 линзы может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на Фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. По меньшей мере одна из выпуклых дугообразных поверхностей 205 линзы и ее покрытия могут быть главным образом связаны жидкостью и/или оптически с физиологическим раствором 207, находящимся в полости 210. Физиологический раствор 207 содержит одну или более солей или других компонентов, являющихся электропроводными и поэтому способными притягиваться или отталкиваться под действием электрического заряда.
В соответствии с настоящим изобретением электропроводное покрытие 209 может быть расположено вдоль по меньшей мере части периферической зоны одной или обеих из передней изогнутой линзы 201 и задней изогнутой линзы 202. Электропроводное покрытие 209 может включать в себя, например, золото или серебро, и предпочтительно, чтобы оно было биосовместимым. Приложение электрического заряда к электропроводному покрытию 209 может создать притяжение или отталкивание электропроводных солей или других компонентов в физиологическом растворе.
Дугообразная жидкостная менисковая линза может быть оптической сборкой преломляющих элементов. Передняя изогнутая линза 201 может иметь оптическую силу, зависящую от прохождения света через вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 линзы и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность 204 линзы. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления оптическая сила может представлять собой оптическую силу, как правило, характерную для корректирующих контактных линз, такую как, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий. Более того, задняя изогнутая линза 202 может иметь оптическую силу, зависящую от прохождения света через выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность 205 линзы и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность 206 линзы. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. Оптическая сила может представлять собой оптическую силу, как правило, характерную для корректирующих контактных линз, такую как, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий.
Устройство оптической линзы настоящего изобретения может также включать изменение оптической силы, которое связано с изменением формы жидкостного мениска 211, образованного между физиологическим раствором 207 и маслом 208. Изменение оптической силы может быть относительно малым, таким как, например, изменение от 0 до 2,0 диоптрий. В качестве альтернативы изменение оптической силы, которое связано с изменением формы жидкостного мениска 211, может доходить приблизительно до 30 или более диоптрий. Обычно больший динамический диапазон оптической силы связан с изменением формы жидкостного мениска 211, что обычно связано с линзой, имеющей большую толщину 210.
При включении устройства оптической линзы в офтальмологическую линзу, такую как контактная линза, поперечный разрез толщины линзы 210 дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 может составлять до приблизительно 1000 микрон. Примерная толщина 210 относительно более тонкой линзы 200 может составлять до приблизительно 200 микрон. Предпочтительно, чтобы устройство оптической линзы настоящего изобретения включало в себя жидкостную менисковую линзу 200 с толщиной линзы 210 около 600 микрон. По существу толщина поперечного сечения передней изогнутой линзы 201 может составлять от приблизительно 35 микрон до приблизительно 200 микрон, а толщина поперечного сечения задней изогнутой линзы 202 также может составлять от приблизительно 35 микрон до 200 микрон.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, общая оптическая сила определяется совокупностью оптических сил передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202 и жидкостного мениска 211, сформированного между маслом 208 и физиологическим раствором 207. Оптическая сила линзы 200 может также включать в себя разницу в показателе преломления между одним или более показателями преломления передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202, масла 208 и физиологического раствора 207.
В тех вариантах осуществления, которые включают в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу 200, встроенную в контактную линзу, может быть дополнительно желательным, чтобы положения физиологического раствора 207 и масла 208 оставались стабильными по отношению друг к другу внутри изогнутой жидкостной менисковой линзы 200 при движении пользователя контактной линзой. Обычно предпочтительно, чтобы во время движения пользователя контактной линзы значительное смещение масла 208 относительно физиологического раствора 207 предотвращалось. Соответственно, предпочтительно, чтобы выбранные для комбинации масло 208 и физиологический раствор 207 имели одинаковую или похожую плотность.
Кроме того, предпочтительно, чтобы масло 208 и физиологический раствор 207 имели относительно низкую смешиваемость, благодаря чему физиологический раствор 207 и масло 208 не могли существенно смешиваться.
Предпочтительно, чтобы объем физиологического раствора 207, находящегося в полости, был больше объема масла 208, находящегося в полости. Кроме того, предпочтительно, чтобы физиологический раствор 207 контактировал со значительной частью внутренней поверхности 205 задней изогнутой линзы 200 или, в некоторых вариантах осуществления, полностью контактировал с внутренней поверхностью 205. Устройство оптической линзы может включать в себя объем масла 208, который составляет около 66% или более по объему в сравнении с количеством физиологического раствора 207. Устройство оптической линзы может включать в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу, в которой объем масла 208 составляет около 90% или менее по объему в сравнении с количеством физиологического раствора 207.
На Фиг. 3 изображено поперечное сечение дугообразной жидкостной менисковой линзы 300. Как обсуждалось выше, дугообразная жидкостная менисковая линза 300 может включать в себя переднюю изогнутую линзу 301 и заднюю изогнутую линзу 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть сформированы из одного или более материалов, которые являются по меньшей мере частично прозрачными. Передняя изогнутая линза 301 и/или задняя изогнутая линза 302 могут включать в себя обычно оптически прозрачную пластмассу, такую как, например, одна или более из: ПММА, циклоолефиновый сополимер и TPX.
Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут быть образованы, например, одним или более из следующих способов: обточка на токарном станке с алмазным карандашом; литье под давлением; свободное формование с использованием цифрового зеркального устройства.
Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут дополнительно содержать покрытие, например, проводящее покрытие 303, проходящее вдоль периметра части от 309 до 310, как показано на фигуре. Предпочтительно, чтобы проводящее покрытие 303 содержало золото. Золото может быть нанесено при помощи вакуумного ионного напыления, вакуумного осаждения или другого подходящего способа, известного на данном уровне техники. Альтернативные проводящие покрытия 303 могут включать такие как, в качестве неограничивающего примера, алюминий, никель и оксид индия и олова. Обычно проводящее покрытие 303 должно наноситься по периметру одной или обеих линз - передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302.
Задняя изогнутая линза 302 может иметь проводящее покрытие 304, нанесенное на определенные области. Например, зоны по периметру задней изогнутой линзы 302 могут иметь покрытие, нанесенное от первой границы 304-1 до второй границы 304-2. В свою очередь, золотые покрытия могут наноситься в любом из приведенных ранее примеров. Кроме того, для нанесения золота или другого проводящего материала на одну или более областей на периметре передней изогнутой линзы 301 или задней изогнутой линзы 302 в виде заранее заданного рисунка можно применять трафарет. Альтернативные проводящие материалы также можно наносить при помощи различных способов и в различных областях задней изогнутой линзы 302. Более того, для обеспечения электрической связи с проводящим покрытием на внутренней поверхности одной или обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 может использоваться проводящий шунт. Например, одно или более отверстия или пазы в задней изогнутой линзе 302 могут быть заполнены проводящим наполнителем, таким как, например, проводящая эпоксидная смола.
Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут изготавливаться из множества различных материалов, причем оптическая зона может быть центральной областью передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 (не показано), и может состоять из оптически прозрачного материала, а периферическая зона может включать оптически непрозрачную область, состоящую из электропроводного материала. Оптически непрозрачная область может также включать одну или более электрические схемы управления и/или источники питания.
Изоляционное покрытие 305 также может быть нанесено на переднюю изогнутую линзу 301. В неограничивающем изобретение примере изоляционное покрытие 305 может быть нанесено на участок от первой области 305-1 до второй области 305-2. Изоляционные материалы могут включать в себя, например, Parylen C, Teflon AF или другие материалы с различными электрическими и механическими свойствами и электрическим сопротивлением.
Изоляционное покрытие 305 может образовывать пограничную область, отделяющую проводящее покрытие 303 от физиологического раствора 306, который находится в полости между передней изогнутой линзой 301 и задней изогнутой линзой. Устройство оптической линзы настоящего изобретения соответственно может включать изоляционное покрытие 305, которое нанесено в виде рисунка и располагается в одной или более областях передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302 для предотвращения контакта положительно заряженного проводника 303 и отрицательно заряженного физиологического раствора 306 в ситуациях, когда контакт проводника 303 и физиологического раствора 306 может привести к короткому замыканию. Оптическая линза настоящего изобретения может включать в себя положительно заряженный физиологический раствор 306 и отрицательно заряженный проводник 303, или наоборот.
Короткое замыкание между проводником 303 и физиологическим раствором 306 может использоваться в качестве функции сброса и переустановки схемы, связанной с эксплуатацией линзы 300. Например, короткое замыкание может прерывать связь источника питания и линзы, приводя к возврату физиологического раствора 306 и масла 307 в положение по умолчанию.
Предпочтительно, чтобы устройство оптической линзы включало проводник 303, проходящий от области 309 на внутренней поверхности полости 311 до области 310 снаружи полости 311. В устройстве оптической линзы может быть предусмотрен канал 312, проходящий через переднюю изогнутую линзу или заднюю изогнутую линзу, который может быть заполнен проводящим материалом 313, таким как, например водостойкий проводящий эпоксидный наполнитель. Этот электропроводный материал 313 может формировать электрическую клемму, расположенную за пределами полости, или может быть подключен к ней. Электрический заряд может быть подан на клемму и передан к покрытию по электропроводному материалу 313 в канале 312.
Толщина изоляционного покрытия 305 может быть разной и являться эксплуатационным параметром линзы. В соответствии с настоящим изобретением заряженные компоненты, включая физиологический раствор 306 и проводник 303, могут удерживаться по обе стороны изоляционного покрытия 305. Настоящее изобретение может предусматривать косвенную связь между толщиной изоляционного покрытия 305 и напряженностью электрического поля между физиологическим раствором 306 и проводником 303, причем чем дальше друг от друга удерживаются физиологический раствор 306 и проводник 303, тем слабее может быть приложена напряженность электрического поля.
По существу настоящее изобретение предусматривает, что напряженность электрического поля может стремительно ослабляться по мере увеличения толщины изоляционного покрытия 305. Чем ближе друг к другу физиологический раствор 306 и проводник 303, тем большие электростатические силы можно приложить для перемещения сферической границы жидкостного мениска 308 за счет заданного приложенного напряжения. Аналогичным образом, по мере увеличения расстояния между физиологическим раствором 306 и проводником 303 ослабляются имеющиеся электростатические силы, способные переместить сферическую границу жидкостного мениска 308 при приложении заданного напряжения. Кроме того, чем тоньше изоляционное покрытие 305, тем более подвержено изоляционное покрытие к пробою диэлектрика при подаче напряжения. Пробой диэлектрика с наибольшей вероятностью возникает в неоднородных областях (дефектах) диэлектрического изолятора. Использование некоторых физиологических растворов в сочетании с подачей напряжения ПсТ может ускорить наступление пробоя диэлектрика и окончательной порчи линзы за счет электрофоретического перемещения малых молекул в изоляционное покрытие.
Может быть желательно, чтобы в изобретение был включен физиологический раствор 306 с плотностью, которая по существу аналогична плотности масла 307, которое также содержится в линзе 300. Например, предпочтительно, чтобы физиологический раствор 306 мог иметь плотность в пределах 10% от плотности масла 307, более предпочтительно, чтобы физиологический раствор 306 мог иметь плотность в пределах 5% от плотности масла 307, и наиболее предпочтительно, чтобы она составляла около 1% от плотности масла.
В качестве альтернативы может отсутствовать необходимость в точном подборе плотностей масла и физиологического раствора, в особенности в тех случаях, когда сумма поверхностных и/или межфазных сил, действующих на масло и физиологический раствор, значительно перевешивают силы, которые могут быть сообщены по инерции или под действием гравитации. Концентрация солей или других компонентов в физиологическом растворе 306 может быть скорректирована для регулирования плотности физиологического раствора 306.
В соответствии с настоящим изобретением дугообразная жидкостная менисковая линза 300 может обладать более стабильными оптическими качествами за счет ограничения перемещения масла 307 относительно передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Одним способом поддержания стабильности перемещения масла 307 относительно одной или обеих из дугообразной передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 может быть поддержание относительно одинаковой плотности масла 307 и физиологического раствора 306. Кроме того, благодаря дугообразной конструкции внутренних поверхностей обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 относительная глубина, или толщина, слоя физиологического раствора 306 может быть уменьшена в сравнении с традиционными цилиндрическими конструкциями линз. В этом случае поверхностные силы, действующие на жидкость внутри полости, могут иметь относительно большее влияние на поддержание невозмущенной границы жидкостного мениска. В таких случаях может быть снижена точность соответствия плотностей масла и физиологического раствора.
Предпочтительно, чтобы физиологический раствор 306 обладал меньшим показателем преломления в сравнении с маслом 307. Тем не менее, в качестве альтернативы возможно включение физиологического раствора 306 с большим показателем преломления в сравнении с маслом 307, которое в таких случаях может обладать относительно низким показателем преломления.
Для закрепления передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 на месте в непосредственной близости друг от друга, чтобы удерживать между ними масло 307 и физиологический раствор 306, можно применять адгезив 314. Адгезив 314 может действовать как уплотнение для предотвращения утечки физиологического раствора 306 или масла 307 из изогнутой жидкостной менисковой линзы 300.
На Фиг. 4 изображена изогнутая жидкостная менисковая линза 400 с границей жидкостного мениска 401 между физиологическим раствором 406 и маслом 407. Предпочтительно, чтобы в передней изогнутой линзе 404 была предусмотрена стенка мениска 405, образованная первым угловым изломом дугообразной стенки, проходящим между зонами 402 и 403. Граница жидкостного мениска 401 перемещается вверх и вниз по стенке мениска 405 по мере приложения электрического заряда к одному или более электропроводным покрытиям или материалам 408 и отведения заряда от них.
Предпочтительно, чтобы проводящее покрытие 408 могло проходить от области внутри полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407, до области снаружи полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407. В таких вариантах осуществления электропроводное покрытие 408 может служить проводником электрического заряда, приложенного к электропроводному покрытию 408 в точке, находящейся за пределами полости 409, к области электропроводного покрытия, находящейся в полости и в контакте с физиологическим раствором 406.
На Фиг. 5 изображено поперечное сечение края дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 с передней изогнутой линзой 501 и задней изогнутой линзой 502. В дугообразной жидкостной менисковой линзе 500 может содержаться физиологический раствор 503 и масло 504. Геометрия дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 и характеристики физиологического раствора 503 и масла 504 могут ускорять образование границы жидкостного мениска 505, сформированной между физиологическим раствором 503 и маслом 504.
Жидкостную менисковую линзу по существу можно рассматривать как конденсатор, содержащий один или более из следующих элементов: проводящие покрытия, изоляционные покрытия, дорожки и материалы, находящиеся на поверхности или в передней изогнутой линзе 501 и задней изогнутой линзе 502. В соответствии с настоящим изобретением форма границы жидкостного мениска 505 и, как следствие, контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и передней изогнутой линзой 501 может изменяться в ответ на электростатический заряд, приложенный к поверхности по меньшей мере части одной или обеих из передней изогнутой линзы 501 и задней изогнутой линзы 502.
В соответствии с настоящим изобретением изменения электрического потенциала, приложенного к физиологическому раствору 503 при помощи проводящих покрытий или материалов приводит к изменению положения границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506. Более конкретно, движение границы жидкостного мениска происходит между первой складкой 506-1 и второй складкой 506-2.
Предпочтительно, чтобы граница жидкостного мениска 505 могла быть на первой складке 506-1 или возле нее при приложении к линзе электрического потенциала первой амплитуды, например, когда напряжение соответствует состоянию без подачи напряжения или состоянию покоя.
Приложение к линзе электрического потенциала второй амплитуды (состояние, которое иногда называют состоянием с подачей напряжения), может соответствовать перемещению границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 по существу в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска изменяется.
Стенка мениска 506 может быть гладкой поверхностью в зависимости от толщины изоляционного покрытия. Гладкая поверхность стенки мениска 506 может сводить к минимуму дефекты изоляционного покрытия. Кроме того, поскольку случайные неровности рельефа поверхности могут приводить к неравномерному движению жидкости и, следовательно, вызывать неравномерные или непредсказуемые движения мениска при подаче или отключении энергии для линзы, гладкая поверхность стенки мениска 506 может быть предпочтительной. Например, высота неровностей профиля по существу гладкой стенки мениска вдоль стенки мениска 506 находится в диапазоне приблизительно от 1,25 нанометров до 5,00 нанометров.
Может быть желательным, чтобы стенка мениска 506 была гидрофобной, в этом случае в конструкцию дугообразной жидкостной менисковой линзы может быть введен заданный рельеф, например, нанорельефная поверхность.
Стенка мениска 506 может располагаться под углом к оптической оси линзы. Оптическая ось линзы может по существу проходить через переднюю изогнутую линзу и заднюю изогнутую линзу. Также предпочтительно, чтобы оптическая ось проходила через жидкостный мениск. Угол может варьировать от 0°, то есть стенка может быть параллельной оптической оси, до 90° или приблизительно 90°, то есть стенка может быть перпендикулярной оптической оси. Как показано на фигуре, для нормального функционирования дугообразной жидкостной менисковой линзы угол стенки мениска 506 по существу составляет приблизительно от 30° до 50°, учитывая настоящий краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изолятором стенкой мениска 506. При использовании иных материалов или при иных оптических свойствах, например для телескопического зрения, угол стенки мениска 506 может быть ближе к 0° или 90°.
Угол стенки мениска 506 может быть выполнен с возможностью согласования с амплитудой движения вдоль стенки мениска 506 при приложении конкретного электрического напряжения. Как говорилось ранее, при увеличении угла стенки 506 мениска способность линзы менять свою оптическую силу в пределах, заданных параметрами размера линзы и напряжения, как правило, уменьшается. Кроме того, если стенка мениска 506 расположена под углом к оптической оси, равным или приблизительно равным 0°, граница жидкостного мениска 505 будет направлена почти прямо на переднюю оптическую часть. Угол стенки мениска может быть одним из нескольких параметров, которые могут быть настроены для обеспечения различных заданных результатов эксплуатации линзы.
Стенка мениска 506 может достигать в длину приблизительно 0,265 мм. Однако такой показатель, как угол стенки мениска 506, вместе с размером всей линзы естественным образом влияет на длину стенки мениска 506 в различных конструкциях.
По существу дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно считать неисправной, если масло 504 контактирует с задней изогнутой линзой 502. Поэтому предпочтительно, чтобы стенка мениска 506 была выполнена таким образом, что между первой складкой 506-1 и задней изогнутой линзой 502 (в ближайшей ее точке) оставался минимальный просвет, составляющий 50 микрон. В качестве альтернативы, минимальный просвет может быть меньше 50 микрон, хотя по мере уменьшения просвета увеличивается риск получения неисправной линзы. В качестве альтернативы, просвет может быть увеличен для снижения риска получения неисправной линзы, но общая толщина линзы при этом также будет возрастать, что может быть нежелательно.
Характер движения границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки 506 мениска, может быть экстраполирован при помощи уравнения Юнга. Хотя уравнение Юнга описывает баланс сил, связанных с каплей жидкости на сухой поверхности, и подразумевает идеально ровную поверхность, фундаментальные свойства можно применить к среде со смачиванием линзы с помощью электрического потенциала, созданной внутри дугообразной жидкостной менисковой линзы 500.
При приложении к линзе электрического потенциала первой амплитуды, например, когда линза находится в состоянии без подключенного напряжения, будет формироваться баланс поверхностных энергий на границе между маслом 504 и физиологическим раствором 503, называемой в данном документе границей жидкостного мениска 505, между маслом 504 и стенкой мениска 506, а также между физиологическим раствором 503 и стенкой мениска 506, в результате чего будет формироваться равновесный краевой угол смачивания между границей жидкостного мениска 505 и стенкой 506 мениска. При изменении величины напряжения, приложенного к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500, баланс энергии на поверхности раздела фаз изменяется, что приводит к соответствующему изменению контактного угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506, а также изменению кривизны границы жидкостного мениска.
Краевой угол смачивания между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изолятором стенкой 506 мениска может быть важным элементом в конструкции и функционировании дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 не только из-за его роли в уравнении Юнга для движения границы жидкостного мениска 505, но и по той причине, что краевой угол смачивания может использоваться вместе с другими особенностями конструкции дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 для ограничения подвижности мениска.
Неровности, такие как складки 506-1 и 506-2 на обоих концах стенки мениска 506, служат ограничителями перемещения жидкостного мениска 505, поскольку для того, чтобы граница жидкостного мениска 505 вышла за пределы одной из складок, может потребоваться существенное изменение напряжения для достаточно большого изменения контактного угла жидкостного мениска. Как неограничивающий пример, в некоторых вариантах осуществления краевой угол смачивания между границей жидкостного мениска 505 и стенкой 506 мениска может находиться в диапазоне от 15 до 40°, тогда как краевой угол смачивания между границей жидкостного мениска 505 и ступенькой 507 под второй складкой 506-2 предположительно находится в диапазоне от 90 до 130°, и предпочтительно составляет приблизительно 110°.
Напряжение, приложенное к линзе, приводит к перемещению границы жидкостного мениска 505 по стенке мениска 506 в сторону второй складки 506-2, и естественный краевой угол смачивания между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой 506 мениска может привести к тому, что граница жидкостного мениска 505 остановится у второй складки 506-2, если только не будет приложено существенно более высокое напряжение.
На одном конце стенки 506 мениска первая складка 506-1 может образовывать один ограничитель, который не сможет преодолеть граница жидкостного мениска 505, тем самым предупреждая какое-либо значительное перемещение. Первая складка 506-1 может быть выполнена в виде острого края. В качестве альтернативы предпочтительно, чтобы первая складка 506-1 могла иметь небольшую заданную радиальную поверхность, которая могла бы быть создана с меньшей вероятностью появления дефектов. Проводящие, изоляционные и иные возможные и желательные покрытия не могут быть равномерно и должным образом наложены на острый край, в то время как на скругленный край радиальной поверхности заданного радиуса покрытие можно нанести более надежно.
Первая складка 506-1 может быть выполнена под углом около 90° и заданным радиусом около 10 микрон. Складка также может быть расположена под углом менее 90°. Складка может располагаться под углом больше 90° для увеличения прочности складки, но такая конструкция будет занимать в линзе больше места.
Заданный радиус складки 506-1/506-2 может варьироваться от 5 микрон до 50 микрон. Тем не менее, в качестве альтернативы можно использовать и больший заданный радиус для повышения надежности покрытий, но за счет использования большего пространства в жестких пределах, обусловленных конструкцией линзы. В этом случае, как и во многих других областях изготовления линз, может существовать компромисс между простотой конструкции, оптимизацией функций линзы и уменьшением размера. Функциональную, надежную дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно изготовить с учетом широкого диапазона переменных параметров.
Можно использовать радиус большей складки в сочетании с улучшенной обработкой поверхности стенки между двумя прилегающими складками. Может быть желательно, чтобы поверхность от первого радиуса (складки) до второго радиуса (складки) была гладкой и без неоднородностей в местах, где необходимо сократить форму для литья, используемую для формирования складки тем же инструментом. Используемые для складки радиусы можно врезать в поверхность инструмента для изготовления пресс-формы, причем радиус поверхности инструмента для изготовления пресс-формы может быть больше радиуса складки. В то время, как поверхность инструмента для изготовления пресс-формы представляет собой непрерывную поверхность, включающую одну или более складок и боковую стенку. Больший радиус инструмента может относиться к более гладкой обработке поверхности соответствующего разреза.
Вторая складка 506-2 может включать элемент, выполненный с возможностью ограничивать перемещение масла при приложении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Вторая складка 506-2 может также включать в себя обычно заостренный конец, или вторая складка 506-2 может включать в себя определенный радиус от 5 до 50 микрон, наиболее предпочтительно 10 микрон. Радиус 10 микрон благоприятен для формирования складки, и его можно создать с помощью токарного станка с алмазным карандашом или путем литья под давлением.
Вертикальная или почти вертикальная ступенька 507, доходящая до начала оптической области 508 передней изогнутой линзы 501, может находиться на стороне второй складки 506-2, противоположной стенке 506 мениска. Высота ступеньки 507 может составлять 120 микрон, хотя может находиться в диапазоне от 50 до 200 микрон.
Ступенька 507 может располагаться под углом приблизительно 5° к оптической оси. В качестве альтернативы угол ступеньки 507 может составлять всего 1° или 2° либо же более 5°. Ступенька 507, расположенная под меньшим углом от оптической оси, как правило, может быть более эффективным ограничителем движений мениска, поскольку потребуется более сильное изменение контактного угла границы жидкостного мениска 505, чтобы мениск сошел со стенки 506 мениска и поднялся на ступеньку 507.
Предпочтительно, чтобы переход от ступеньки 507 к началу оптической области 508 имел радиус 25 микрон, поскольку больший радиус может неоправданно занимать больше площади в конструкции линзы. Напротив, возможно использование меньшего радиуса, который может применяться при необходимости освобождения пространства. Решение об использовании заданного радиуса вместо идеальной складки в данной области линзы, а также в других ее областях, в частности, может быть основано на потенциальном переходе к процессу изготовления элементов линзы путем литья под давлением. Изгиб между ступенькой 507 и началом оптической области 508 может улучшить растекание пластика в процессе литья под давлением, в результате чего получается линза с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам.
На Фиг. 6A изображено примерное поперечное сечение жидкостной менисковой линзы 600A со стандартным составом на основе физиологического раствора и переменным током в первом состоянии. Часть жидкостной менисковой линзы включает стенку мениска 601, внутренняя сторона которой покрыта электропроводным материалом 602, таким как, например, золото. Проводящее покрытие 602 может дополнительно покрываться изоляционным покрытием 603. Внутри жидкостной менисковой линзы может содержаться масло 604 и физиологический раствор 605.
В данном примерном варианте осуществления источник питания переменного тока 606 изображен в момент времени, когда он обеспечивает отрицательное смещение 607A по отношению к проводящему покрытию 602 и положительное смещение 608A по отношению к физиологическому раствору 605. Это может привести к образованию электрического поля в изоляционном покрытии 603, поскольку удельный отрицательный заряд 611A накапливается в проводящем покрытии 602 на границе между изолятором и проводящим покрытием 609A, а соответствующий удельный положительный заряд 612A накапливается в физиологическом растворе 605 на границе 610A между изолятором и физиологическим раствором. В таком состоянии положительные ионы, имеющие отношение к удельному положительному заряду 612A в физиологическом растворе 605, могут быть временно притянуты к изоляционному покрытию 603. На Фиг. 6B изображено поперечное сечение жидкостной менисковой линзы с Фиг. 6A со стандартным составом на основе физиологического раствора и переменным током во втором состоянии. В данном варианте осуществления источник питания переменного тока 606 изображен в момент времени, когда он обеспечивает положительное смещение 607B по отношению к проводящему покрытию 602 и отрицательное смещение 608B по отношению к физиологическому раствору 605. Вследствие этого может произойти образование электрического поля в изоляционном покрытии 603 с противоположной полярностью по отношению к электрическому полю, образованному в жидкостной менисковой линзе 600A. Удельный положительный заряд 611B может накапливаться в проводящем покрытии 602 на границе между изолятором и проводящим покрытием 609B, а соответствующий удельный отрицательный заряд 612B накапливается в физиологическом растворе 605 на границе между изолятором и физиологическим раствором 610B. В этом состоянии отрицательные ионы, имеющие отношение к удельному отрицательному заряду 612В в физиологическом растворе 605, также могут быть временно притянуты к изоляционному покрытию 603.
Использование в сочетании с традиционными физиологическими растворами, содержащими диссоциированные ионы малых органических или неорганических солей, например, сульфата натрия или ацетата калия, вариантов осуществления с переменным током, изображенных на Фиг. 6A и 6B, может позволить минимизировать или устранить заряд, захваченный изоляционным покрытием жидкостной менисковой линзы, хотя это достигается за счет большего потребления энергии. Это частично связано с тем, что энергия, накопленная в электрическом поле во время каждой фазы энергического цикла ПрТ, обычно не полностью используется существующей приводной схемой до такой степени, что эффективность таких способов использования энергии будет ниже 100% из-за сопротивления элементов цепи и рассеивания энергии в изоляционном покрытии. Такая потеря энергии может усиливаться до тех пор, пока не произойдет увеличение частоты привода переменного тока.
На Фиг. 7 изображено устройство оптической линзы по настоящему изобретению в примерном поперечном сечении дугообразной жидкостной менисковой линзы 700 с высокоэффективным электросмачивающим физиологическим раствором. Часть жидкостной менисковой линзы может включать стенку мениска 701, внутренняя поверхность которой покрыта электропроводным материалом 702, таким как, например, золото. Проводящее покрытие 702 может быть дополнительно покрыто изоляционным покрытием 703. Как изображено на фигуре, в жидкостной менисковой линзе может находиться масло 704 и высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор 705.
a
a
Предпочтительно, чтобы устройство контактной линзы могло содержать источник питания постоянного тока 706. На этом изображении источник питания постоянного тока 706 обеспечивает отрицательное смещение 707 по отношению к проводящему покрытию 702 и положительное смещение 708 по отношению к высокоэффективному электросмачивающему физиологическому раствору 705. Это может привести к накоплению удельного отрицательного заряда 711 в проводящем покрытии 702 на границе между изолятором и проводящим покрытием 709 и соответствующему накоплению удельного положительного заряда 712 в высокоэффективном электросмачивающем физиологическом растворе 705 на границе между изолятором и физиологическим раствором 710. В изображенном примерном варианте осуществления цвиттер-ионы или цвиттер-ионные соединения, например, MOPS (3-(N-морфолин)пропансульфоновая кислота) 714, могут находиться в высокоэффективном электросмачивающем физиологическом растворе 705 и содержать в себе первичные заряженные частицы, хотя удельный электрический заряд на каждой молекуле MOPS 714 практически равен нулю, когда pH высокоэффективного электросмачивающего физиологического раствора 705 приблизительно равен pK MOPS, а именно при pH = 7,2. Раствор MOPS в деионизированной воде обычно бывает кислотным и может требовать корректировки pH при помощи нейтрализующего компонента 713 для достижения pH 7,2, который может быть изоэлектрическим pH для MOPS. Как указано на фигуре, нейтрализующий компонент 713 может быть триэтаноламином (pK = около 7,8), причем некоторая молекулярная фракция может стать протонированной в высокоэффективном электросмачивающем физиологическом растворе 705 и содержать вторичные заряженные частицы с условным положительным зарядом, которые присутствуют в концентрации, которая существенно ниже концентрации MOPS. В случае постоянного смещения из-за ПсТ положительные ионы в высокоэффективном электросмачивающем физиологическом растворе 705 обычно должны притягиваться к границе между изолятором и физиологическим раствором 710 и способствовать захвату заряда и снижению производительности дугообразной жидкостной менисковой линзы. Тем не менее, удельная электронейтральность молекул MOPS 714 обычно может предотвратить или уменьшить их перемещение к границе между изолятором и физиологическим раствором 710, несмотря на существование в молекуле MOPS 714 протонированной функциональной группы, которая несет условный положительный заряд. Вместо этого удельный положительный заряд 712 на границе между изолятором и физиологическим раствором 710 может накапливаться из-за электрофоретического перемещения нейтрализующего компонента 713 к этой границе. Структурно соль триэтаноламина может быть слишком стерически объемной для существенного проникновения в изоляционное покрытие 703, благодаря чему может быть значительно уменьшен захват заряда, если не устранен вообще. Специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что в предшествующем описании было представлено множество легко протекающих реакций протонного обмена, которые могут быть подвержены непродолжительным кинетическим отклонениям от термодинамического равновесия. Соответственно, для некоторых молекул MOPS 714 возле границы между изолятором и физиологическим раствором 710 может быть возможным быстрое протонирование, благодаря чему положительно заряженные молекулы MOPS 714 могут содержать на данной границе некоторую долю заряженных частиц.
-7
В связи с наличием относительно высокой концентрации цвиттер-ионных молекул MOPS 714 высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор 705 может иметь высокую ионную проводимость, которая обеспечивает быстрый ответ жидкостной менисковой линзы на смещение от приложенного ПсТ. Более того, высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор 705 может быть абуферен до почти нейтрального значения pH 7,2, при котором концентрации ионов гидроксония и гидроксильных ионов, которые являются легкими ионами с малой молекулярной массой и минимальной стерической затрудненностью, могут поддерживаться на незначительном уровне около 10 М. Таким образом, вероятность участия гидрониевых и/или гидроксильных групп в захвате заряда минимизируется, и поскольку высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор 705 может быть буферизован почти до биологического pH, он может особенно хорошо подходить для использования в биомедицинских целях.
a
В настоящем изобретении указано, что физиологические растворы, предпочтительные для использования в электросмачивающем устройстве с постоянным током, должны обладать особыми характеристиками. Физиологические растворы, содержащие цвиттер-ионы, находящиеся в своей изоэлектрической точке или возле нее, могут быть полезны, поскольку цвиттер-ионы электрически нейтральны и поэтому незначительно притягиваются к заряженной поверхности изолятора. Количество цвиттер-ионных частиц может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от заданных свойств физиологического раствора, например, показателя преломления, удельной плотности и осмолярности, если называть некоторые из них. Предпочтительно, чтобы используемые в физиологическом растворе устройства оптической линзы настоящего изобретения цвиттер-ионы могли включать аминокислоты, биологические буферы, такие как т.н. буферы Гуда, бетаины, фосфолипиды и другие цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества. Особенно предпочтительные цвиттер-ионы включают таковые с pK около 7, такие как MOPS, PIPES (пиперазин-N,N′-бис(2-этансульфоновая кислота)) и TES (2-[[1,3-дигидрокси-2-(гидроксиметил)пропан-2-ил]амино]этансульфоновая кислота).
Также могут быть эффективными высокоэффективные электросмачивающие физиологические растворы, содержащие относительно крупные ионы, поскольку при электрофоретическом перемещении к изоляционному покрытию или при нахождении в непосредственной близости от него крупные ионы намного менее способны к проникновению в изоляционное покрытие и вызыванию захвата заряда.
-7
Предпочтительно, чтобы высокоэффективный электросмачивающий раствор мог буферизоваться до близкого к нейтральному pH для снижения опасности биомедицинского устройства. Близкий к нейтральному pH также может быть полезен из-за того, что концентрации диссоциированных частиц воды, называемых ионами гидроксония и гидроксимальными ионами, могут поддерживаться на очень низком уровне около 10 M, что минимизирует доступность малых положительно или отрицательно заряженных ионов и может привести к ослаблению захвата заряда. Кроме того, буферный раствор может быть полезен тем, что он препятствует изменениям pH, что делает раствор более стабильным в течение долгого времени. Соответственно, буферные растворы могут требовать корректировки pH нейтрализующим компонентом. Предпочтительные нейтрализующие компоненты в растворе могут по существу включать только пространственно-затрудненные ионы. Как описано в настоящем документе, термин "стерически объемный" должен означать соединение, имеющее по меньшей мере одну разветвленную функциональную группу (например, такую, как центральный атом азота в триэтаноламине) и/или по меньшей мере одну циклическую группу (например, циклогексиламин).
Предпочтительно, чтобы высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор, используемый в устройстве оптической линзы настоящего изобретения, имел удельную плотность, подобранную для существенного соответствия удельной плотности масла, используемого в электросмачивающем устройстве, таким образом, чтобы жидкостный мениск незначительно сдвигался под действием гравитационных и/или инерционных сил, например, при перемещении устройства, и чтобы жидкостный мениск оставался безаберрационным. Тем не менее, в тех областях применения, где используется дугообразная конструкция с большой площадью поверхности/большим объемом, конструкция может допускать значительную разницу в плотности.
Физиологический раствор может иметь такое содержание растворенного вещества, т.е. осмолярность, чтобы градиент осмотического давления между жидкостной менисковой линзой и ее окружением (например, упаковочным раствором или человеческими слезами) мог быть минимальным. В некоторых случаях жидкостная менисковая линза может монтироваться вместе с компонентами, состоящими из водопроницаемых материалов. За счет минимизирования градиента осмотического давления может быть снижен риск изменения состава жидкостной менисковой линзы с течением времени из-за диффузии, и оптические свойства могут быть стабильными в течение всего срока службы линзы.
Физиологический раствор может дополнительно включать поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ для удобной корректировки различных межфазных натяжений в жидкостной менисковой линзе. Поверхностно-активное вещество может добавляться для уменьшения межфазного натяжения на границе между физиологическим раствором и маслом для снижения напряжения возбуждения, которое необходимо для приведения линзы в действие в соответствии с уравнением Липпмана-Юнга. Более того, поверхностно-активные вещества могут использоваться в качестве вспомогательного средства для ускорения смачивания физиологическим раствором гидрофобного изолятора во время его заливки при снижении межфазного натяжения на границе между физиологическим раствором и диэлектриком и/или межфазного натяжения на границе между физиологическим раствором и воздухом. Введение поверхностно-активного вещества может улучшить производительность электросмачивающего устройства. Поверхностно-активное вещество может быть цвиттер-ионным или неионным поверхностно-активным веществом. Также могут использоваться полимерные цвиттер-ионные и/или неионные поверхностно-активные вещества, например, привитые сополимеры полиэтиленоксида и полидиметилсилоксана, такие как DBE-821, который поставляется на рынок компанией «Gelest, Inc.», или блок-сополимеры полиэтиленоксида и полипропиленоксида, известные как полоксамеры. За счет включения полимерных поверхностно-активных веществ, имеющих среднечисловую молярную массу более приблизительно 1000 г/моль, может быть уменьшено перемещение поверхностно-активных веществ, воды и солей в масляную фазу жидкостной менисковой линзы. Присутствие воды и/или заряженных частиц в масляной фазе может быть нежелательным, поскольку оно может ухудшить оптические свойства и функциональность жидкостной менисковой линзы. Существует множество подходящих цвиттер-ионных и неионных поверхностно-активных веществ и полимерных поверхностно-активных веществ, которые говорят сами за себя специалистам в данной области техники. Намного менее предпочтительно использование анионных или катионных поверхностно-активных веществ; такие компоненты могут способствовать захвату заряда, если они электрофоретически перемещаются к границе между физиологическим раствором и диэлектриком во время смещения под действием прилагаемого ПсТ. Несмотря на это, анионные и/или катионные поверхностно-активные вещества или полимерные поверхностно-активные вещества также могут использоваться в рамках настоящего изобретения, если их вклад в захват заряда был признан незначительным. Использование поверхностно-активного вещества необязательно, однако оно может быть полезным в некоторых вариантах осуществления и применяться по усмотрению разработчика составов.
При использовании физиологического раствора в устройстве оптической линзы настоящего изобретения физиологический раствор должен иметь подходящие оптические свойства. Например, показатель преломления физиологического раствора должен значительно отличаться от показателя преломления масла таким образом, чтобы на границе двух фаз могла быть получена полезная преломляющая граница раздела фаз. Для практических целей разница показателей преломления должна составлять по меньшей мере около 0,05. Показатель преломления физиологического раствора может быть скорректирован при помощи множества средств, включая корректировку содержания растворенных твердых веществ или включение определенного количества вспомогательного растворителя или смеси вспомогательных растворителей. Вспомогательный растворитель (или смесь растворителей) не должен по существу ионизироваться при растворении в воде при pH, близком к нейтральному, в ином случае использование такого растворителя может привести к захвату заряда. Предпочтительно, чтобы вспомогательный растворитель (или смесь растворителей), если он используется, был безопасен для глазной среды, например, это может быть пропиленгликоль, глицерин и/или низкомолекулярный полиэтиленгликоль. Существует широкий спектр других подходящих вспомогательных растворителей, которые говорят сами за себя специалистам в данной области техники. Кроме того, физиологический раствор должен также иметь соответствующее число Аббе, чтобы он не вызывал в жидкостной линзе появление значительных хроматических аберраций. В конечном счете, светопроницаемость физиологического раствора в видимой области спектра должна соответствовать конечному назначению. В некоторых вариантах осуществления в физиологический раствор могут быть включены светопоглощающие соединения, такие как красители, оттеночные средства и/или УФ-блокаторы. Для некоторых вариантов осуществления наиболее предпочтительны фотохромные красители.
2
2
2
Высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор настоящего изобретения должен обладать реологическими свойствами, которые могут облегчить быстрое перемещение границы жидкостного мениска во время его нормального функционирования. С учетом очень малой толщины слоев жидкости в конструкциях дугообразной жидкостной менисковой линзы высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор должен иметь как можно меньшую кинематическую вязкость. С практической точки зрения вязкость (измеренная при комнатной температуре) по мере возможности должна приближаться к 1E-6 м/с (1 cСт). Необходимо понимать, что вышеупомянутые описания высокоэффективного электросмачивающего состава на основе физиологического раствора могут затрагивать многомерную проблему, и для некоторых областей применения вязкость физиологического раствора может отклоняться вверх от целевой вязкости, которая составляет 1E-6 м/с (1 cСт), за счет оптимизации некоторых других желаемых свойств, например, осмолярности. Кинематическая вязкость до 1E-5 м/с (10 сСт) (измеренная при комнатной температуре) может быть полезной в некоторых ситуациях, где она ясно отражает сущность настоящего изобретения.
Высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор должен по существу не содержать загрязняющих частиц для обеспечения производства высококачественных жидкостных менисковых линз с длительным сроком службы и хорошими оптическими свойствами. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления/областях применения высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор должен фильтроваться после приготовления и перед сборкой жидкостной менисковой линзы при помощи, например, фильтра с размером пор 0,45 микрон или менее. В некоторых случаях, когда может быть желателен асептический физиологический раствор, например, для использования в биомедицинском устройстве, высокоэффективный электросмачивающий физиологический раствор может быть профильтрован через фильтр с размером пор 0,22 микрон или менее.
Хотя при использовании высокоэффективных электросмачивающих физиологических растворов в сочетании с приводом ПсТ можно достигнуть значительного улучшения электрических характеристик, это не исключает использование привода ПрТ. Физиологические растворы совместимы с приводами ПрТ и ПсТ. При использовании привода ПсТ характеристики высокоэффективных физиологических растворов могут значительно варьироваться в зависимости от полярности приложенного смещения. В некоторых случаях при использовании привода ПсТ может подходить только одна полярность.
Могут использоваться различные высокоэффективные электросмачивающие составы на основе физиологического раствора. Следующие составы являются примерными и не ограничивают объем изобретения:
Состав 1:
MOPS: 5,0 г (95% чистота)
TEOA: 2,5 г (особо чистый реактив)
2
Дистиллированная HO: 95,0 г
Поверхностно-активное вещество: 0,1 г (DBE-821, силикон, модифицированный полиалкиленоксидом).
Состав 2:
MOPS: 0,5 г (95% чистота)
TEOA: 0,25 г (особо чистый реактив)
2
Дистиллированная HO: 95,0 г
Поверхностно-активное вещество: 0,1 г (DBE-821, силикон, модифицированный полиалкиленоксидом).
Состав 3:
Состав аналогичен Составу 1 или Составу 2 с другим поверхностно-активным веществом.
Состав 4:
Состав аналогичен Составу 1 или Составу 2 с другой солью, такой как бетаин.
Состав 5:
Состав аналогичен Составу 1 или Составу 2 без поверхностно-активного вещества.
Так как изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что существует возможность внесения различных изменений и эквивалентных замен его элементов, не выходящих за пределы объема изобретения. Кроме того, существует возможность реализации различных модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к методике изобретения, не выходя за пределы объема изобретения.
Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, рассматриваемыми как наилучший предполагаемый вариант осуществления изобретения, а, напротив, изобретение будет включать в себя все варианты осуществления в пределах сущности и объема приложенных пунктов формулы изобретения.