СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ С ЭНЕРГОПИТАНИЕМ В ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНЗЕ
METHOD OF MOUNTING POWERED COMPONENTS IN OPHTHALMIC LENS

СМЕЖНЫЕ ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ
В настоящей заявке объявляется о приоритете предварительной заявки на патент США № 61/192765, поданной 22 сентября 2008 года, «Офтальмологическая линза с энергопитанием», а также заявки на патент США № 12/557016, поданной 10 сентября 2009 года, «Офтальмологическая линза с энергопитанием», являющейся ее частичным продолжением, из содержания которых следует содержание настоящего документа и которые включены в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способам и устройству для создания офтальмологических линз с энергопитанием, более конкретно - в некоторых вариантах осуществления - к способам закрепления одного или нескольких источников энергии и компонентов в форме для литья офтальмологической линзы с целью облегчения создания офтальмологических линз с энергопитанием.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционно офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, искусственный хрусталик или пробка слезного канальца включала биосовместимое устройство, обладающее коррективным, косметическим или терапевтическим свойством. Например, контактные линзы могут выполнять одну или несколько из следующих функций: коррекция зрения, косметическая коррекция, терапевтическая функция. Каждая функция обеспечивается той или иной физической характеристикой линзы. Конструкция, обеспечивающая для линзы светопреломляющее свойство, позволяет выполнять функцию коррекции зрения. Включенный в линзу пигмент позволяет обеспечить косметическую коррекцию. Включенный в линзу активный препарат позволяет обеспечить терапевтическую функцию. Такие физические характеристики достигаются без перехода линзы в состояние с подачей энергии.
Недавно было вынесено теоретическое предположение о том, что в контактную линзу могут быть включены активные компоненты. Некоторые компоненты могут включать полупроводниковые элементы. В ряде примеров были продемонстрированы полупроводниковые элементы, встроенные в контактные линзы, помещаемые на глаза животных. Однако у таких устройств нет независимого механизма снабжения энергией. Хотя от линзы можно проложить провода к источнику питания таких полупроводниковых элементов, а также, согласно теоретическим положениям, такие элементы могут иметь беспроводное питание, однако механизм такого беспроводного питания пока отсутствует.
Таким образом, желательно создать офтальмологические линзы, получающие энергопитание, достаточное для осуществления одной или нескольких функций офтальмологического характера. Для достижения этой цели необходимы способы и устройство для установления источника энергии в офтальмологические линзы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Соответственно, настоящее изобретение включает биомедицинское устройство, например, офтальмологическую линзу, с компонентом, обеспеченным энергопитанием, который является частью офтальмологической линзы в результате размещения источника энергии на слое связующего, который находится в физическом контакте с частью формы, используемой для отливки офтальмологической линзы. Некоторые варианты осуществления включают полученные методом литья без давления контактные линзы из силиконового гидрогеля, в которые биологически совместимым способом встроена батарея или другой источник энергии. Таким образом, компонент с энергопитанием формируют в офтальмологической линзе путем внедрения в линзу одной или нескольких батарей.
В некоторых вариантах осуществления компоненты, например полупроводниковые устройства или устройства, работающие от электрического тока, также могут размещать на слое связующего вещества, удерживать в этом положении при формовании офтальмологических линз и, таким образом, внедрять в офтальмологические линзы. В другом аспекте изобретения и в некоторых вариантах осуществления изобретения источник энергопитания способен обеспечивать питанием полупроводниковое устройство, встроенное в офтальмологические линзы.
Как правило, офтальмологические линзы формуют в условиях управляемого актиничного излучения, которым облучают смесь реакционных мономеров. Смесь реакционных мономеров окружает источник энергии. Таким образом, этот источник энергии внедряют в линзы.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан образец системы форм, которая может применяться в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан образец офтальмологической линзы с энергопитанием, включающий устройство для повторного подключения.
На фиг. 3 показан пример офтальмологической линзы с энергопитанием с устройством для повторного подключения и компонентом, на который подают питание.
На фиг. 4 показан пример офтальмологической линзы с энергопитанием в поперечном разрезе.
На фиг. 5 показаны примеры источников энергии разной формы.
На фиг. 6 показано изображение устройства и средств автоматизации, которые могут использоваться для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 показана офтальмологическая линза с источником энергии и компонентами.
На фиг. 8 показаны этапы способа изготовления, которые могут быть реализованы при практическом применении настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГЛОССАРИЙ
В настоящем описании и в формуле, относящейся к настоящему изобретению, могут использоваться различные термины, которые имеют следующие определения.
Компонент с энергопитанием - компонент, в котором реализована возможность подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри него.
Офтальмологическая линза с энергопитанием - офтальмологическая линза с источником энергии, установленным на поверхности или встроенным вовнутрь сформированной линзы.
Источник энергии - устройство, способное подавать энергию или переводить офтальмологическую линзу в состояние с энергопитанием.
Сборщик энергии - устройство, способное извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Линза - в настоящем документе термин относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в или на глазу. Подобные изделия могут использоваться для оптической коррекции или применяться в качестве косметического средства. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, искусственному хрусталику, накладной линзе, глазным вставкам, оптическим вкладышам или иному устройству подобного назначения, предназначенному для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции глаз (например, для изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, представляют собой мягкие контактные линзы, сформованные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, включая, помимо прочего, силикон-гидрогели.
Линзообразующая смесь - в настоящем документе термины «линзообразующая смесь», или «реакционная смесь», или РСМ (реакционная смесь мономера) - относится к мономерному или преполимерному материалу, который может подвергаться затвердеванию со сшивкой или сшивке с формированием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать линзообразующие смеси с одной или несколькими добавками, такими как УФ-блокаторы, красители, фотоинициаторы или катализаторы, а также другими добавками, которые могут быть предпочтительны для использования в составе офтальмологических линз, например контактных линз или искусственных хрусталиков.
Литий-ионный элемент - электрохимическая ячейка, внутри которой ионы лития мигрируют, генерируя электрическую энергию. Такая электрохимическая ячейка, как правило, называется батареей, и в стандартных формах допускает возможность повторного подключения или перезарядки.
Мощность - выполненная работа или переданная энергия за единицу времени.
Перезаряжаемый или подзаряжаемый - с возможностью возврата в состояние с более высокой способностью к выполнению работы. Во многих случаях в рамках настоящего документа термин может быть связан с возможностью восстановления способности генерировать электрический ток определенной величины в течение определенного восстановленного периода времени.
Повторное подключение или перезарядка - восстановление состояния, обеспечивающего более высокую способность к выполнению работы. Во многих случаях в рамках настоящего документа термин может быть связан с восстановлением способности устройства генерировать электрический ток определенной величины в течение определенного восстановленного периода времени.
В целом, в рамках настоящего изобретения считается, что источник энергии встроен в офтальмологическую линзу. В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство имеет зрительную зону, через которую пользователь устройства может видеть. Компоненты и источник энергии могут находиться снаружи относительно зрительной зоны. К другим вариантам осуществления может относиться такая компоновка, при которой проводящий материал и один или несколько источников энергии имеют настолько малый размер, что они не влияют на зрение пользователя контактных линз и, следовательно, могут располагаться внутри или снаружи относительно зрительной зоны.
Как правило, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, источник энергии устанавливают вовнутрь офтальмологической линзы.
Устройство на основе офтальмологической линзы с энергопитанием
На фиг. 4 показано поперечное сечение линз с энергопитанием 400. На изображении представлено поперечное сечение основной части офтальмологической линзы 440. Внутри основной части 440 находятся источник энергии 420, например тонкопленочная батарея, и подложка, на которой она сформирована. В направлении вверх относительно подложки может располагаться катодный слой 422, который может быть окружен электролитным слоем 423, который затем может быть покрыт анодным слоем 424. Слои могут быть заключены в инкапсулирующий слой 421, который герметично закрывает слои батареи от окружающей среды. В некоторых примерах вариантов осуществления в линзу также встраивают оптическое устройство с электронным управлением 410, удерживаемое на месте при формовке линзы с помощью слоя связующего.
На фиг. 1 показана система форм для литья, предназначенная для формовки офтальмологических линз в соответствии с принципами настоящего изобретения. В этом примере гидрогелевый материал в системе деталей формы для литья 100 образует офтальмологическую линзу, в гидрогелевый материал 110 которой встроен источник энергии 109. В соответствии с принципами настоящего изобретения, в процессе формирования линз с энергопитанием 100 из гидрогелевого материала источник энергии 109 фиксируют в отливаемой детали при помощи слоя связующего 111. Источник энергии также может включать эффективные способы инкапсуляции и изолирования материалов, которые он содержит, от окружающей среды. Это иллюстрируется герметичным инкапсулирующим слоем 130.
Некоторые варианты осуществления включают источники энергии, содержащие литий-ионную батарею. Литий-ионные батареи, как правило, являются перезаряжаемыми. В соответствии с принципами настоящего изобретения, литий-ионная батарея находится в электрическом контакте с заряжающим устройством, а также с цепью управления электропитанием, при этом оба устройства встроены в линзу.
Кроме того, некоторые варианты осуществления могут включать связывание источника энергии 109, включающего батарею из тонкопленочного материала, с гибкой основой, служащей опорой тонкопленочному материалу. В настоящем изобретении источник энергии и/или гибкую основу фиксируют на месте в процессе нанесения реакционной смеси и полимеризации реакционной смеси в офтальмологическую линзу.
Под формой для литья в настоящей заявке понимается форма 100 с полостью 105, в которую можно поместить линзообразующую смесь для получения офтальмологической линзы желаемой формы после реакции или затвердевания линзообразующей смеси. Формы для литья и их сборки 100, составляющие предмет данного изобретения, содержат более одной части формы 101-102. Части формы 101-102 могут быть сближены друг с другом таким образом, что между частями формы 101-102 образуется полость 105, в которой может быть сформирована линза. Описанное сочетание частей формы 101-102 предпочтительно является временным. После формирования изготавливаемой линзы части формы 101-102 могут быть снова разъединены для извлечения готовой линзы.
По меньшей мере одна из частей формы 101-102 имеет по меньшей мере одну часть своей поверхности 103-104 в непосредственном контакте со смесью для формирования линзы, так что при протекании химической реакции или при полимеризации смеси для формирования линзы 110 данная поверхность 103-104 обеспечивает требуемую форму и геометрию той части изготавливаемой линзы, с которой она находится в непосредственном контакте. В некоторых вариантах осуществления это относится по меньшей мере к одной из двух частей 101-102, а в некоторые другие варианты входит линза с открытой формируемой поверхностью, которую формируют с использованием только одной части формы путем полимеризации мономерной смеси в каверне.
Так, например, в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения сборку формы 100 собирают из двух частей формы 101-102, вогнутой части-матрицы (передней части) 102 и выпуклой части-пуансона (задней части) 101, между которыми образуется полость. Часть вогнутой поверхности 104, находящаяся в контакте с линзообразующей смесью, имеет рельеф передней поверхности офтальмологической линзы, изготавливаемой в сборной форме 100, и является достаточно гладкой и имеет такую форму, чтобы поверхность офтальмологической линзы, образующейся при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в контакте с вогнутой поверхностью 104, обладала приемлемыми оптическими свойствами.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения передняя часть литьевой формы 102 может также иметь круговой буртик, выполненный вместе с краем круглого углубления 108, окружающий его и отходящий от него в плоскости, нормальной к оси и проходящей через буртик (на чертеже не показано).
Линзообразующая поверхность может включать в себя поверхность 103-104 с поверхностным покрытием оптического качества, то есть достаточно гладкую и имеющую такую форму, чтобы поверхность офтальмологической линзы, образующейся при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в контакте с поверхностью формы для литья, обладала приемлемыми оптическими свойствами. Кроме того, в ряде вариантов осуществления настоящего изобретения формирующая линзу поверхность 103-104 может иметь геометрию, требуемую для придания поверхности изготавливаемой линзы требуемых оптических характеристик, включая, помимо прочего, коррекцию сферических, асферических и цилиндрических степенных аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговой оболочки и так далее, а также любые их сочетания.
Номером 111 обозначен слой связующего, на который могут помещать источник энергии 109. На слой связующего 111 могут накладывать гибкий материал или основу, на которой смонтирован источник питания 109, а в некоторых реализациях основа может также включать дорожки схемы, компоненты и другие полезные для использования источника энергии элементы. В некоторых вариантах осуществления слой связующего 111 может представлять собой прозрачный слой материала, введенного в линзу при ее формировании. Прозрачный слой может включать, например, пигмент, описанный ниже, мономер или другой биосовместимый материал. Различные реализации могут содержать источник энергии, помещаемый в зрительную и/или незрительную зону формируемых линз. В другие реализации может входить кольцеобразная вставка, на которую помещают источник энергии. Указанная кольцеобразная вставка может быть жесткой или эластичной и/или может окружать зрительную зону, через которую пользователь видит.
В некоторых вариантах осуществления слой связующего включает полимерное связующее, способное к образованию взаимопроникающей полимерной сетки с материалом линзы, при этом необходимость образования ковалентных связей между связующим веществом и материалом линзы для образования стабильной линзы устраняется. Стабильность линзы с источником энергии, помещенным в связующее вещество, обеспечивают захватыванием источника энергии в полимерном связующем и базовом полимере линзы. Полимерные связующие в рамках настоящего изобретения могут включать, например, полимеры, изготовленные из гомополимера или сополимера, либо их комбинации, и обладающие аналогичными параметрами растворимости, при этом полимерное связующее имеет параметры растворимости, аналогичные материалу линзы. Полимерные связующие могут содержать функциональные группы, которые делают полимеры и сополимеры способными к взаимодействию друг с другом. Функциональные группы могут включать группы из одного полимера или сополимера, взаимодействующие с противоположной группой способом, повышающим плотность взаимодействий, способствуя замедлению мобильности и/или захватыванию пигментных частиц. Взаимодействие между функциональными группами может быть полярным, дисперсионным или иметь характер комплекса с переносом заряда. Функциональные группы могут размещаться на главных цепях полимеров или сополимеров, или находиться в боковом обрамлении главной цепи.
В качестве неограничивающего примера, мономер или смесь мономеров, которые образуют полимер с положительным зарядом, могут использоваться в сочетании с мономером или мономерами, которые образуют полимер с отрицательным зарядом, для образования полимерного связующего. В качестве более конкретного примера, метилакриловая кислота (MAA) и 2-гидроксиэтилметакрилат (HEMA) могут использоваться для получения сополимера MAA/HEMA, который затем смешивают с сополимером HEMA/3-(N,N-диметил)пропилакриламида для образования полимерного связующего.
В другом примере полимерное связующее может содержать гидрофобномодифицированные мономеры, включая, помимо прочего, амиды и эфиры следующей формулы:
3
2
x
2
CH(CH)-L-COCHR=CH,
1
6
.
причем L может представлять собой -NH или кислород, x может быть целым числом от 2 до 24, R может являться C-C алкилом или водородом и, предпочтительно, метилом или водородом. Примерами таких амидов и эфиров являются, помимо прочего, лаурилметакриламид и гексилметакрилат В качестве еще одного примера, для образования полимерного связующего могут использоваться полимеры карбаматов и карбамидов с вытянутой алифатической цепью.
Полимерные связующие, пригодные для связующего слоя, могут также включать статический блок-сополимер HEMA, MAA и лаурилметакрилат (LMA), статический блок-сополимер HEMA и MAA или HEMA и LMA, или гомополимер HEMA. Вес в процентах, основанный на полном весе связующего полимера, каждого компонента в этих вариантах осуществления, составляют от приблизительно 93% до 100% вес. HEMA, приблизительно от 0% до 2% вес. MAA и приблизительно от 0% до 5% вес. LMA.
peak
n
w
½
Молекулярный вес полимерного связующего может быть таким, что оно является частично растворимым в материале линзы и набухает в нем. Материал линзы диффундирует в полимерное связующее и подвергается полимеризации или сшивке. Однако в то же время молекулярный вес полимерного связующего не может быть таким большим, чтобы воздействовать на качество печатаемого изображения. Молекулярный вес полимерного связующего предпочтительно составляет приблизительно от 7 000 до 100 000, более предпочтительно - приблизительно от 7 000 до 40 000 и наиболее предпочтительно - приблизительно от 17 000 до 35 000 M, что соответствует молекулярному весу максимального пика, полученного при анализах методом эксклюзионной хроматографии размеров (=(M×M)).
В рамках настоящего изобретения молекулярный вес можно определить с помощью гельпроникающего хроматографа с рассеиванием света под углом 90° и рефрактометрическими детекторами. Используются две колонки PW4000 и PW2500, элюент метиловый спирт-вода в весовом соотношении 75/25, регулируемом до 50 мМ хлористого натрия, и смесь молекул полиэтиленгликоля и полиэтиленоксида с точно определенными молекулярными весами в диапазоне от 325 000 до 194.
Специалистам в данной области ясно, что путем использования переносчиков кинетической цепи при получении полимерного связующего, использования больших количеств инициатора, использования живой полимеризации, выбора подходящих концентраций мономера и инициатора, выбора количества и типов растворителя или их комбинаций можно получить необходимый молекулярный вес полимерного связующего. Предпочтительно, переносчик кинетической цепи используют совместно с инициатором, или, более предпочтительно, с инициатором и одним или несколькими растворителями для достижения нужного молекулярного веса. В альтернативном варианте небольшие количества полимерного связующего с очень большим молекулярным весом могут использоваться совместно с большими количествами растворителя для поддержания необходимой вязкости полимерного связующего. Предпочтительно, чтобы вязкость полимерного связующего составляла от приблизительно 4 до приблизительно 15 Па·с (от приблизительно 4000 до приблизительно 15 000 сантипуаз) при 23°C.
Переносчики кинетической цепи, способствующие образованию полимерных связующих, используемых в рамках настоящего изобретения, обладают значениями констант переносчиков цепи больше чем приблизительно 0,01, предпочтительно больше чем приблизительно 7, и более предпочтительно - больше чем приблизительно 25 000.
Могут использоваться любые пригодные инициаторы, включая, помимо прочего, ультрафиолетовые, видимого диапазона, термические и другие подобные инициаторы, а также их комбинации. Предпочтительно используют термический инициатор, более предпочтительно - 2,2-азобисизобутиронитрил и 2,2-азобис 2-метилбутиронитрил. Количество используемого инициатора составляет приблизительно от 0,1% до 5% вес. от полного веса состава. Предпочтительно 2,2-азобис 2-метилбутиронитрил используют с додекантиолом.
Слой полимерного связующего или другой субстрат может быть сформирован при помощи соответствующего процесса полимеризации, включая, помимо прочего, радикальноцепную полимеризацию, ступенчатую полимеризацию, эмульсионную полимеризацию, ионно-цепную полимеризацию, полимеризацию с раскрытием кольца, полимеризацию с переносом группы, полимеризацию с переносом атома и подобных процессов. Предпочтительно используют термоинициированную свободнорадикальную полимеризацию. Условия осуществления полимеризации известны специалистам в данной области.
Для получения полимерного связующего могут использоваться среднекипящие растворители с температурой кипения от приблизительно 120 до 230°C. Выбор используемого растворителя зависит от типа получаемого полимерного связующего и от его молекулярного веса. К числу подходящих растворителей относятся, помимо прочего, диацетоновый спирт, циклогексанон, изопропиллактат, 3-метокси-1-бутанол, 1-этокси-2-пропанол и т.п.
В некоторых вариантах осуществления слой полимерного связующего 111 настоящего изобретения может быть специально приспособлен в отношении коэффициента расширения в воде к материалу линзы, с которым он будет использоваться. Согласование или существенное согласование коэффициента расширения полимерного связующего с коэффициентом затвердевшего материала линзы в уплотнительном растворе может содействовать предотвращению развития напряжений в линзе, которое приводит к плохим оптическим характеристикам и изменению параметров линзы. Кроме того, полимерное связующее может набухать в материале линзы, допуская набухание изображения, отпечатанного с помощью красящего вещества в рамках настоящего изобретения. Благодаря набуханию изображение оказывается захваченным в материале линзы, не оказывая воздействия на удобство пользования линзой.
В некоторых вариантах осуществления красящие вещества могут быть включены в состав слоя связующего. Пигменты, используемые с полимерным связующим в красящих веществах настоящего изобретения, представляют собой органические или неорганические пигменты, пригодные для использования в контактных линзах, либо комбинации таких пигментов. Помутнение можно контролировать путем изменения концентрации пигмента и используемого опалесцирующего компонента, большие количества которого вызывают большее помутнение. Примеры органических пигментов включают, помимо прочего, фталоцианин голубой, фталоцианин зеленый, карбазол фиолетовый, кубовый оранжевый № 1 и тому подобные, а также их комбинации. Примеры неорганических пигментов включают, помимо прочего, черный железоокисный, коричневый железоокисный, желтый железоокисный, красный железоокисный, титановые белила и тому подобные, а также их комбинации. Помимо указанных пигментов могут также применяться растворимые и нерастворимые красители, включая, помимо прочего, красители на основе дихлортриазина и винилсульфонов. Соответствующие целям настоящего изобретения пигменты и красители доступны в продаже.
Цвета могут быть расположены в виде узора, скрывающего компоненты, присутствующие в линзе в соответствии с принципами настоящего изобретения. Например, непрозрачные цвета могут имитировать внешний вид обычного глаза и скрывать наличие деталей внутри линзы.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления слой связующего содержит один или несколько растворителей, способствующих нанесению слоя связующего на часть формы. Другое открытие в рамках настоящего изобретения состоит в том, что для содействия формированию слоя связующего, который не мигрирует и не течет по поверхности части формы, на которую он нанесен, желательно и предпочтительно, чтобы слой связующего имел поверхностное натяжение, не превышающее приблизительно 27 мН/м. Такое поверхностное натяжение может достигаться путем обработки поверхности, например поверхности формы для литья, на которую будет нанесен слой связующего. Обработку поверхности можно выполнять способами, известными специалистам, такими как плазменная обработки или обработка в коронном разряде, но не ограничиваясь ими. В альтернативном варианте и предпочтительно, чтобы необходимое поверхностное натяжение достигалось выбором растворителей, используемых в красящем веществе.
Соответственно, примеры растворителей, пригодных для использования в слое связующего, включают растворители, способные увеличивать или уменьшать вязкость связующего слоя и помогающие управлять поверхностным натяжением. Подходящими растворителями являются, помимо прочего, циклопентаноны, 4-метил-2-пентанон, 1-метокси-2-пропанол, 1-этокси-2-пропанол, изопропиллактат и тому подобные, а также их комбинации. Предпочтительно использовать 1-этокси-2-пропанол и изопропиллактат.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления в материале слоя связующего настоящего изобретения используют по меньшей мере три различных растворителя. Первые два из них, оба из которых являются среднекипящими растворителями, используют при получении полимерного связующего. Хотя эти растворители могут быть сняты с полимерного связующего после его образования, предпочтительно, чтобы они оставались. Предпочтительно, чтобы этими двумя растворителями были 1-этокси-2-пропанол и изопропиллактат. Дополнительный низкокипящий растворитель, представляющий собой растворитель с температурой кипения в диапазоне приблизительно от 75 до приблизительно 120°C, может использоваться для снижения вязкости красящего вещества по желанию. Подходящими низкокипящими растворителями являются, помимо прочего, 2-пропанол, 1-метокси-2-пропанол, 1-пропанол и тому подобные растворители, а также их комбинации. Предпочтительно использовать 1-пропанол.
Конкретное количество используемых растворителей зависит от ряда факторов. Например, количество растворителей, используемых при формировании связующего полимера, зависит от молекулярного веса нужного полимерного связующего и его составляющих, таких как мономеры и сополимеры, используемые в полимерном связующем. Количество используемого низкокипящего растворителя зависит от вязкости и поверхностного натяжения, необходимых для данного красящего вещества. Кроме того, если красящее вещество наносят на форму и отверждают вместе с материалом линзы, количество используемого растворителя зависит от используемых материалов линзы иформы и от того, подвергали ли материал формы какой-либо обработке поверхности с целью повышения его способности к смачиванию. Специалисты в данной области смогут определить точное количество используемого растворителя. В общем случае полный вес используемых растворителей составляет от приблизительно 40% до приблизительно 75% вес. растворителя, который будет использоваться.
В дополнение к растворителям пластификатор предпочтительно добавляют к слою связующего для уменьшения растрескивания в процессе сушки слоя связующего и усиления диффузии и набухания слоя связующего под действием материала линзы. Тип и количество используемого пластификатора зависит от молекулярного веса используемого полимерного связующего, а для красящих веществ, помещаемых на формы для литья, которые сохраняют перед использованием, - от необходимой стабильности при хранении. Подходящими пластификаторами являются, помимо прочего, глицерин, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, полиэтиленгликоль 200, 400 и 600 и тому подобные, а также их комбинации. Предпочтительно использовать глицерин. Количества используемого пластификатора обычно составляют от приблизительно 0% до 10% веса красящего вещества.
Специалистам в данной области ясно, что добавки, отличные от уже обсуждавшихся, также могут быть включены в состав слоя связующего в рамках настоящего изобретения. Подходящими добавками являются, помимо прочего, добавки, способствующие растеканию и равномерному распределению по поверхности, добавки, предотвращающие пенообразование, добавки для реологической модификации, и тому подобные, а также их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения слой связующего оказывается в материале линзы после его отверждения. Таким образом, слой связующего можно заделывать ближе к передней или задней поверхности линзы, на которую он наносится, сформированной в зависимости от поверхности формы для литья. Кроме того, один или несколько слоев связующего могут быть нанесены в любом порядке.
Хотя изобретение может использоваться для получения жестких или мягких контактных линз из любого известного материала линз или материала, подходящего для формирования таких линз, предпочтительно, чтобы линзы настоящего изобретения были мягкими контактными линзами с водосодержанием от приблизительно 0% до приблизительно 90%. Более предпочтительно, чтобы линзы изготавливали из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или обе эти группы, либо были изготовлены из содержащих силикон компонентов, таких как силоксаны, гидрогели, силикон-гидрогели или их комбинации. Материал, пригодный для формирования линз в рамках настоящего изобретения, может быть изготовлен путем реакции смесей макромеров, мономеров и их комбинаций в сочетании с добавками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящими материалами являются, помимо прочего, силикон-гидрогели, выполненные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Дополнительные варианты осуществления могут относиться к способам заключения внутренних компонентов в инкапсулирующий материал. Можно закрыть источник энергии так, чтобы два слоя инкапсулирующего материала были соединены швом. В альтернативном варианте инкапсулирующий материал можно нанести без образования швов, хотя следует отметить, что во многих вариантах осуществления требуется, чтобы у источника энергии были две отдельные изолированные контактные точки. Как известно специалисту в данной области, существуют и другие способы инкапсулирования источника энергии, которые могут соответствовать описанным в настоящем документе методикам.
К материалам детали формы для литья 101-102 могут относиться, например, полиолефин, представляющий собой одно или несколько из следующих соединений: полипропилен, полистирол, полиэтилен, полиметилметакрилат и модифицированные полиолефины. Другие формы для литья могут содержать керамический или металлический материал.
Предпочтительный алициклический сополимер включает два разных алициклических полимера и предлагается к продаже компанией Zeon Chemicals L.P. под торговым наименованием ZEONOR. Материал ZEONOR выпускается нескольких различных видов. Различные категории могут иметь температуру стеклования в диапазоне от 105 до 160°C. Для целей настоящего изобретения предпочтительным является материал ZEONOR 1060R.
Другие материалы для изготовления форм для литья, которые могут в сочетании с одной или несколькими добавками использоваться для изготовления форм для литья офтальмологических линз, включают, например, полипропиленовые смолы Zieglar-Natta (иногда называемые znPP). Например, полипропиленовая смола Zieglar-Natta выпускается под названием PP 9544 MED. PP 9544 MED - это очищенный статистический сополимер для чистого формования (в соответствии с требованиями рекомендации 21 Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, Свод федеральных правил, п. (c) 3.2), поставляемый ExxonMobile Chemical Company. Смола PP 9544 MED представляет собой статистический сополимер типа znPP с этиленовой группой (далее обозначаемый 9544 MED). К другим примерам полипропиленовых смол Zieglar-Natta относятся Atofina Polypropylene 3761 и Atofina Polypropylene 3620WZ.
Также в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения формы для литья могут содержать такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклической группой в основной цепи и циклические полиолефины. Подобная смесь может использоваться на любой из половин формы для литья или на обеих половинах одновременно, причем данная смесь предпочтительно используется для выполнения задней криволинейной поверхности, а передняя криволинейная поверхность содержит алициклические сополимеры.
В ряде предпочтительных способов изготовления форм для литья 100 в соответствии с принципами настоящего изобретения используется литье под давлением по известным способам, однако приемлемые варианты осуществления также могут включать формы, изготовленные иными способами, включая обработку на токарном станке, алмазную обточку или резку лазером.
Как правило, линзы формируют по меньшей мере на одной поверхности обеих частей формы 101-102. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления одна из поверхностей линзы может быть образована из части формы 101-102, а другая поверхность линзы может быть образована токарной обработкой или другими способами.
Обратимся к фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления линзы с энергопитанием 200 содержат источник энергии 210, имеющий две контактные клеммы 240. В некоторых вариантах осуществления контактные клеммы 240 имеют закрепленные на них две электропроводящие проволоки 230 для передачи энергии от источника энергии 210 к другому устройству 220.
Способ присоединения электрических проводов 230 к контактным клеммам 240 может определять несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления провода могут крепиться с использованием проводного соединения, позволяющего физически притереть провод к другому металлу на контактной площадке с образованием электрического контакта. Некоторые варианты осуществления могут быть связаны с нанесением расплава металла для контакта между проводом 230 и контактной клеммой 240, например, пайкой. В других вариантах возможно прикрепить соединительные провода 230 к контактным клеммам 240 осаждением из газовой фазы. В других вариантах для создания проводящего элемента 230 и присоединения его к контактным клеммам 240 могут использоваться проводящие эпоксидные смолы или краски. Специалисту в данной сфере известно, что многочисленные способы создания подключения к контактным клеммам источника энергии с целью передачи энергии к другому устройству или от него могут образовывать реализации, подпадающие в сферу действия настоящего изобретения.
Как было описано ранее, источник энергии 200 может включать в себя комбинацию двух или нескольких из описанных типов источников энергии. Например, источник энергии, представленный на фиг. 2, может содержать перезаряжаемую литий-ионную тонкопленочную батарею 210, сочетающуюся с устройством 220, например фотоэлементом. В соответствии с данной методикой, могут использоваться различные типы фотоэлементов, например, фотоэлектрическим устройством, подходящим для данного варианта осуществления, является устройство CPC1822, производитель Clare, Inc. (Беверли, штат Массачусетс, США), имеющее форму пластины размером 2,5×1,8×0,3 мм и способное генерировать постоянный электрический ток 4 В в условиях освещенности. В некоторых вариантах осуществления выход фотоэлектрического устройства может подаваться напрямую на батарею, как показано на фиг. 2. В альтернативном варианте повторное подключении батареи с помощью зарядного устройства любого типа может контролировать устройство управления питанием. Данный пример не ограничивает изобретение, поскольку возможны многочисленные варианты повторного подключения источника энергии на офтальмологической линзе с энергопитанием, подпадающие в сферу действия изобретения.
При использовании фотоэлемента Clare внешний источник света может подзаряжать еще один присоединенный к элементу источник энергии. Если свет имеет интенсивность порядка солнечной или выше, элемент выдает достаточный для зарядки ток. Возможны различные виды конфигурации вариантов взаимодействия системы повторного подключения с фотоэлектрическим устройством. В качестве примера, не ограничивающего настоящее изобретение, можно обеспечить подачу света подходящей интенсивности, когда офтальмологическая линза хранится в гидратирующем растворе.
Другие варианты осуществления повторного подключения источника энергии могут определяться альтернативными устройствами. Например, термоэлектрическое устройство для повторного подключения источника энергии может использовать тепловой градиент между разными частями офтальмологической линзы. В альтернативных вариантах осуществления внешний приток энергии может доставляться в офтальмологическую линзу с помощью внешнего радиочастотного сигнала и принимающего устройства, находящегося в линзе, с помощью внешнего электрического поля и устройства с емкостной связью в линзе, или с помощью механической энергии или энергии давления и пьезоэлектрического устройства. Как известно специалисту в данной области, может существовать множество способов повторного подключения источника энергии в офтальмологической линзе с энергопитанием.
Как было указано ранее, неподзаряжаемые источники энергии батарейного типа могут являться альтернативными вариантами осуществления описанного в настоящем документе изобретения. Такие варианты осуществления, хотя потенциально и лишенные некоторых преимуществ, которые дает перезарядка, могут, с другой стороны, иметь преимущества в отношении стоимости и возможностей реализации. Использование неподзаряжаемых инкапсулированных электрохимических элементов по аналогии с описанными в настоящем документе подзаряжаемыми источниками энергии считается попадающим в сферу действия настоящего открытия.
Различные источники энергии, являющиеся предметом настоящего изобретения, являются «встроенными» в офтальмологическую линзу источниками питания, которые могут использоваться в сочетании с электронными компонентами, соединительными подложками гибких схем, печатными электрическими соединениями, датчиками и/или другими специализированными активными компонентами. Эти разнообразные компоненты, на которые может подаваться энергия, могут обуславливать варианты осуществления, выполняющие широкий диапазон функций. В соответствии с примерами, не ограничивающими настоящее изобретение, офтальмологическая линза с энергопитанием может представлять собой электрооптическое устройство с обусловленной электропитанием функцией регулировки фокусных характеристик офтальмологической линзы. В других вариантах осуществления обусловленная энергопитанием функция может активизировать в офтальмологической линзе механизм насоса, закачивающего фармацевтические препараты или другие материалы. Другая обусловленная энергопитанием функция может быть связана с датчиками и коммуникационными устройствами внутри офтальмологической линзы. Специалисту в данной сфере известно, что существует широкий спектр вариантов осуществления, связанных с функциями, которые могут обуславливаться энергопитанием офтальмологической линзы.
В некоторых вариантах осуществления источник энергии внутри офтальмологической линзы может подавать питание для осуществления линзой функции контроля беспроводной управляемой активации другой обусловленной энергопитанием функции в офтальмологической линзе или другом гидрогелевом изделии. В соответствии с примером, не ограничивающим настоящее изобретение, источник энергии может содержать встроенную инкапсулированную тонкопленочную микробатарею, которая может иметь конечную, ограниченную максимальную допустимую нагрузку по току. С целью сведения к минимуму токов утечки или тока покоя, чтобы полностью заряженная тонкопленочная микробатарея сохраняла заряд как можно дольше, могут использоваться различные способы активации или электрического подключения микробатареи к другим компонентам в электрически активной линзе. В некоторых вариантах осуществления фотоэлектрический элемент (например, Clare CPC1822 в виде пластины) или фотоэлектрический датчик в заранее заданных условиях освещенности может активировать транзисторы или другие микроэлектронные компоненты внутри линзы, что приводит к активации соединения батареи с другими микроэлектронными компонентами в линзе. В другом варианте осуществления для активации батареи и/или других микроэлектронных компонентов в линзе в результате влияния северного или южного полюса магнита может использоваться датчик/переключатель на основе эффекта Холла, например A1172 производства Allegro Microsystems, Inc. (Ворчестер, штат Массачусетс, США). В других вариантах осуществления для активации батареи и/или других связанных с ней электронных компонентов, находящихся в офтальмологической линзе с энергопитанием, могут использоваться физические контактные переключатели, мембранные переключатели, РЧ-переключатели, температурные датчики, фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы или оптические датчики.
В некоторых вариантах осуществления в офтальмологической линзе с энергопитанием источник энергии может быть встроен вместе с интегральными схемами. В примере осуществления такого типа монтаж плоских тонкопленочных микробатарей на кремниевой подложке может быть предусмотрен технологическим процессом изготовления полупроводниковых элементов. Такие подходы можно применять для создания отдельных источников питания для различных интегральных схем, которые могут встраивать в электроактивные линзы, являющиеся предметом настоящего изобретения. В альтернативных вариантах осуществления интегральную схему могут включать в линзу с энергопитанием в качестве отдельного компонента.
На фиг. 3 под номером 300 показано изображение примера осуществления линзы с энергопитанием. На этом изображении источник энергии 310 может содержать тонкопленочную перезаряжаемую литий-ионную батарею. Эта батарея может иметь контактные клеммы 370 для подключения компонентов. К контактным клеммам 370 могут быть присоединены провода, соединяющие батарею с фотоэлектрическим элементом 360, который может использоваться для повторного подключения источника энергии 310. Дополнительные провода могут соединять источник энергии 310 с гибкими схемами при помощи проволочных соединений со вторым набором контактных клемм 350. Эти контактные клеммы 350 могут являться составной частью гибкой соединительной подложки 355. Соединительной подложке может быть придана форма, приблизительно повторяющая форму типичной линзы, по аналогии с ранее описанным источником энергии. Для дополнительной гибкости на соединительной подложке 355 могут присутствовать дополнительные возможности придания ей определенной формы, например радиальные разрезы 345 по длине. К отдельным частям соединительной подложки 355 могут быть присоединены различные электронные компоненты, такие как интегральные схемы, дискретные элементы, пассивные компоненты и подобные устройства, обозначенные номером 330. Такие компоненты присоединяют проводами или другими способами под номером 340 к проводящим дорожкам соединительной подложки 355. В соответствии с примером, не ограничивающим настоящее изобретение, различные компоненты могут присоединять к гибкой соединительной подложке 355 различными способами, которые уже обсуждались в отношении присоединения батареи. Путем сочетания различных электронных компонентов можно создавать управляющий сигнал для электрооптического устройства, указанного под номером 390. Управляющий сигнал может подаваться по соединению 320. Данный вариант осуществления офтальмологической линзы с энергопитанием с функцией, обусловленной подачей энергии, приводится только в качестве примера. Данное описание ни при каких обстоятельствах не следует толковать как ограничивающее сферу действия изобретения, поскольку специалисту в данной сфере известно, что может существовать множество различных вариантов осуществления функции, конструкции, схемы соединений, схемы повторного подключения и общего использования концепций настоящего изобретения.
На фиг. 5, а также на фиг. 5a, 5b, 5c и 5d показано несколько примеров форм, которые может иметь источник энергии в офтальмологической линзе. Под номером 500 обозначен образец источника энергии, изготовленный из тонкопленочных материалов, которому для примера придана плоская форма. Если размер подобного объекта 500 составляет приблизительно один миллиметр или менее, то он может содержать источник энергии для офтальмологической линзы с энергопитанием. Под номером 510 показан пример трехмерной формы, в котором для гибкой подложки и инкапсулированной батареи предусмотрена форма полного кольца, которая в отсутствие гибких деформаций приблизительно повторяет форму, которую может принять недеформированная офтальмологическая линза. В некоторых вариантах осуществления радиус кольцеобразного объекта (предназначенного для офтальмологической линзы с энергопитанием) может составлять приблизительно восемь миллиметров. Такие же трехмерные характеристики могут использоваться в вариантах, предусматривающих форму четверти кольца 530, полукольца 520 и другую дугообразную форму. Специалисту в данной области известно, что альтернативные варианты осуществления, попадающие в сферу действия настоящего изобретения, включают множество различных форм, в том числе другие частично кольцеобразные формы. В некоторых вариантах осуществления среди объектов с полусферической геометрией каркаса, внедренных в офтальмологическую линзу, могут также быть прямоугольные и плоские объекты.
Другая совокупность вариантов осуществления в рамках настоящего изобретения относится к конкретным химическим характеристикам батарей, которые могут применяться в офтальмологической линзе с энергопитанием. Пример варианта осуществления, разработанного Oak Ridge Laboratories, содержит компоненты из литиевого или литий-ионного элемента. К традиционным материалам для изготовления анодов подобных элементов относятся металлический литий или, как вариант, в случае литий-ионного элемента используется графит. Примером альтернативного варианта осуществления подобных элементов является включение мелких силиконовых деталей, служащих анодом тонкопленочной батареи, встроенной в контактную линзу.
Катод батарей могут изготавливать из таких материалов, как оксид лития-марганца или оксид лития-кобальта, которые обладают соответствующими характеристиками для таких батарей. В альтернативном варианте аналогичную эффективность могут обеспечивать катоды из фосфида лития-железа, которые при этом могут иметь лучшие характеристики в плане зарядки. Кроме того, эффективность зарядки могут улучшить размерные характеристики этих и других материалов катодов: например, формирование катода из нанокристаллов различных материалов может существенно повысить скорость зарядки батареи.
Различные материалы, являющиеся составными частями источника энергии, могут быть предпочтительно инкапсулированы. Инкапсуляция источника энергии может быть предпочтительной для общей изоляции его компонентов от попадания в офтальмологическую среду. В альтернативном варианте различные аспекты офтальмологической среды могут отрицательно повлиять на эффективность источника энергии, если они не изолированы должным образом оболочкой. На выборе материалов могут основываться различные варианты осуществления изобретения.
Соответственно, в некоторых вариантах осуществления материал линз может включать содержащий силикон компонент. Под «содержащим силикон компонентом» подразумевается любой компонент, имеющий по меньшей мере один [-Si-O-] фрагмент в составе мономера, макромера или преполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом содержащем силикон компоненте предпочтительно составляет более приблизительно 20% вес. и более предпочтительно - более 30% вес. полного молекулярного веса содержащего силикон компонента. Полезные для целей настоящего изобретения содержащие силикон компоненты предпочтительно имеют в своем составе полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатную, метакрилатную, акриламидную, метакриламидную, винильную, N-виниллактамовую, N-виниламидную и стирольную функциональные группы.
Пригодные для целей настоящего изобретения содержащие силикон компоненты включают в себя соединения Формулы I
где
1
R независимо выбран из моновалентных реакционно-способных групп, моновалентных алкильных групп или моновалентных арильных групп - любой из указанных групп, которая может дополнительно содержать функциональную гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбонатную, карбаматную группу, галоген или их сочетания; и моновалентные силоксановые цепи, содержащие 1-100 повторяющихся единиц Si-O, которые могут содержать дополнительные функциональные алкил, гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбаматную группу, галоген или их комбинации;
где b = от 0 до 500, причем подразумевается, что если b отлично от нуля, то b есть распределение с модой, равной указанному значению;
1
1
причем по меньшей мере один фрагмент R представляет собой моновалентную реакционно-способную группу, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения от одного до трех фрагментов R представляют собой моновалентные реакционно-способные группы.
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
Используемый в настоящей заявке термин «моновалентные реакционно-способные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Характерные, но не ограничивающие примеры свободнорадикальных реакционно-способных групп включают (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые эфиры, Cалкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, Cалкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, Cалкенилы, Cалкенилфенилы, Cалкенилнафтилы, Cалкенилфенил-Cалкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Характерные, но не ограничивающие примеры катионных реакционно-способных групп включают винилэфирные или эпоксидные группы, а также их смеси. В одном варианте осуществления настоящего изобретения свободнорадикальные реакционно-способные группы включают в себя (мет)акрилаты, акрилокси, (мет)акриламиды, а также их смеси.
1
16
6
14
Соответствующие целям настоящего изобретения моновалентные алкильные и арильные группы включают незамещенные моновалентные C-Cалкильные группы, C-C арильные группы, такие как замещенные и незамещенные метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, а также их различные комбинации и т.д.
1
1
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения b равно нулю, один фрагмент R представляет собой моновалентную реакционно-способную группу, и по меньшей мере три фрагмента R выбраны из моновалентных алкильных групп, содержащих от одного до 16 атомов углерода, и в другом варианте осуществления - из моновалентных алкильных групп, содержащих от одного до 6 атомов углерода. Характерные, но не ограничивающие примеры содержащих силикон компонентов в данном осуществлении настоящего изобретения включают в себя 2-метил-,2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (SiGMA),
2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропил-трис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 2 до 20, от 3 до 15, или, в некоторых вариантах осуществления, от 3 до 10. По меньшей мере один концевой фрагмент R представляет собой моновалентную реакционно-способную группу, а остальные фрагменты R выбраны из моновалентных алкильных групп, содержащих от одного до 16 атомов углерода, и в другом варианте осуществления - из моновалентных алкильных групп, содержащих от одного до 6 атомов углерода. В другом варианте осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 3 до 15, один концевой фрагмент R представляет собой моновалентную реакционно-способную группу, другой концевой фрагмент R представляет собой моновалентную алкильную группу, содержащую от одного до 6 атомов углерода, а остальные фрагменты R представляет собой моновалентные алкильные группы, содержащие от 1 до 3 атомов углерода. Характерные, но не ограничивающие примеры содержащих силикон компонентов такой реализации настоящего изобретения включают (полидиметилсилоксан (МВ 400-1000) с концевой моно-(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил)пропил эфирной группой) (OH-mPDMS), (полидиметилсилоксаны (МВ 800-1000) с концевыми моно-н-бутильными и концевыми монометакрилоксипропильными группами), (mPDMS).
1
1
В другом варианте осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых фрагмента R представляют собой моновалентные реакционно-способные группы, а остальные фрагменты R независимо выбирают из моновалентных алкильных групп, содержащих от одного до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные мостиковые группы между атомами углерода и могут также включать атомы галогенов.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда требуется сформировать линзу на основе силиконового гидрогеля, линзу, составляющую предмет настоящего изобретения, формируют из реакционной смеси, содержащей по меньшей мере приблизительно 20 и предпочтительно приблизительно от 20 до 70% вес. содержащих силикон компонентов в расчете на полный вес содержащих реакционно-способные мономеры компонентов, из которых изготавливают полимер.
1
В другом варианте осуществления настоящего изобретения от одного до четырех фрагментов R представляют собой винилкарбамат или карбонат следующей формулы:
Формула II
где Y обозначает O-, S- или NH-;
R обозначает водород или метил; d равно 1, 2, 3 или 4; q равно 0 или 1.
Более конкретно, винилкарбонатные или винилкарбаматные содержащие силикон мономеры включают 1,3-бис[4-(винилоксикарбонилокси)бут-1-ил]тетраметилдисилоксан; 3-(винилоксикарбонилтио)пропил-[трис(триметилсилокси)силан]; 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилаллилкарбамат; 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилвинилкарбамат; триметилсилилэтилвинилкарбонат; триметилсилилметилвинилкарбонат и
1
1
Если необходимы биомедицинские устройства с модулем упругости менее 200, только один из фрагментов R должен представлять собой моновалентную реакционно-способную группу, и не более двух из остальных фрагментов R должны представлять собой моновалентные силоксановые группы.
Другой класс содержащих силикон компонентов включает в себя полиуретановые макромеры со следующими формулами:
Формулы IV-VI
a
1
(*D*A*D*G)*D*D*E;
a
1
E(*D*G*D*A)*D*G*D*E или
a
1
E(*D*A*D*G)*D*A*D*E,
где:
D обозначает алкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 6 до 30 атомов углерода,
G обозначает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий от 1 до 40 атомов углерода, который может иметь в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминовые мостиковые группы;
* обозначает уретановую или уреидо-мостиковую группу;
a
равен по меньшей мере 1;
A обозначает дивалентный полимерный радикал следующей формулы:
11
1
R независимо обозначает алкильную или фтор-замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может содержать простые эфирные связи между атомами углерода; y равно по меньшей мере 1; p обозначает массу части молекулы от 400 до 10 000; каждая из групп E и E независимо обозначает способный к полимеризации ненасыщенный органический радикал, представленный формулой:
12
13
15
14
где R представляет собой водород или метил; R представляет собой водород, алкильный радикал, имеющий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R, где Y представляет собой -O-, Y-S- или -NH-; R представляет собой дивалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X обозначает -CO- или -OCO-; Z обозначает -O- или -NH-; Ar обозначает ароматический радикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода; w равно от 0 до 6; x равно 0 или 1; y равно 0 или 1 и z равно 0 или 1.
Предпочтительно содержащий силикон компонент представляет собой полиуретановый макромер, представленный следующей формулой:
16
где R представляет собой бирадикал диизоцианата после удаления собственно изоцианатной группы, например бирадикал изофоронизоцианата. Другим содержащим силикон макромером, соответствующим целям настоящего изобретения, является соединение по формуле X (где x+y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), получаемое при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофоронизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.
Другими содержащими силикон компонентами, подходящими для использования в рамках настоящего изобретения, являются макромеры, содержащие полисилоксан, полиалкиленовый эфир, диизоцианат, полифторированный углеводород, полифторированные эфирные и полисахаридные группы; полисилоксаны с привитым полярным фторированным сополимером или боковой группой, содержащей атом водорода, связанный с конечным атомом углерода, имеющим два атома фтора в качестве заместителей; гидрофильные силоксанилметакрилаты, содержащие эфирные и силоксанильные связи, и способные образовывать поперечные связи мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. Любые из перечисленных выше полисилоксанов могут также использоваться в качестве содержащего силикон компонента в рамках настоящего изобретения.
Хотя изобретение может использоваться для получения жестких или мягких контактных линз из любого известного материала линз или материала, подходящего для формирования таких линз, предпочтительно, чтобы линзы настоящего изобретения были мягкими контактными линзами с водосодержанием от приблизительно 0% до приблизительно 90% вес. Более предпочтительно, чтобы линзы изготавливали из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или обе эти группы, либо были изготовлены из содержащих силикон компонентов, таких как силоксаны, гидрогели, силикон-гидрогели или их комбинации. Материал, пригодный для формирования линз настоящего изобретения, может быть изготовлен путем реакции смесей макромеров, мономеров и их комбинаций в сочетании с добавками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящими материалами являются, помимо прочего, силикон-гидрогели, выполненные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Дополнительные варианты осуществления связаны со способом заключения внутренних компонентов в инкапсулирующий материал. Можно закрыть источник энергии так, чтобы два слоя инкапсулирующего материала были соединены швом. В альтернативном варианте инкапсулирующий материал можно нанести без образования швов, хотя следует отметить, что во многих вариантах осуществления требуется, чтобы у источника энергии были две отдельные изолированные контактные точки. Как известно специалисту в данной области, существуют и другие способы инкапсулирования источника энергии, которые могут соответствовать описанным в настоящем документе способам.
Могут существовать различные варианты осуществления, связанные со способом формирования различных типов офтальмологических устройств с энергопитанием, описанных в настоящем документе. В одном наборе вариантов осуществления описанное в настоящем документе изобретение может включать производимую отдельными этапами сборку подкомпонентов для конкретного варианта осуществления офтальмологической линзы с энергопитанием. Автономная сборка имеющих подходящую форму тонкопленочных микробатарей, гибких схем, связующих элементов, микроэлектронных компонентов и/или электроактивных компонентов в сочетании с биосовместимым, инертным, конформным покрытием позволяет получить единый встраиваемый пакет, содержащий в себе все необходимое, который может быть включен в известные процессы производства контактных линз методом литья. К гибким схемам могут относиться схемы, изготовленные из плакированной медью полиимидной пленки или других подходящих субстратов.
К конформным покрытиям могут относиться, помимо прочего, парилен (классы N, C, D, HT и их сочетания), поли(п-ксилилен), диэлектрические покрытия, силиконовые конформные покрытия, полиуретановые конформные покрытия, акриловые конформные покрытия, жесткие полимеры, проницаемые для газов и любые другие эффективные биосовместимые покрытия.
К некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения относятся способы, связанные с геометрической конструкцией тонкопленочных микробатарей, геометрия которых допускает их встраивание и/или инкапсулирование в материалы офтальмологических линз. К другим вариантам осуществления относятся способы включения тонкопленочных микробатарей в различные материалы, например, без ограничения изобретения, в гидрогели, силикон-гидрогели, жесткие газопроницаемые (RGP) материалы контактных линз, силиконы, термопластические полимеры, термопластические эластомеры, термоотверждаемые полимеры, конформные диэлектрические/изолирующие покрытия и герметические барьерные покрытия.
К другим вариантам осуществления относятся способы стратегического размещения источника энергии в геометрической форме офтальмологической линзы. В частности, в некоторых вариантах осуществления источник энергии может представлять собой непрозрачное изделие. Поскольку предпочтительно, чтобы источник энергии не создавал препятствий для прохождения света через зрительную зону офтальмологической линзы, в некоторых вариантах осуществления способами компоновки может обеспечиваться отсутствие в зрительной зоне, занимающей 5-8 мм в центре линзы, непрозрачных частей источника энергии или вспомогательных схем и других компонентов.
В некоторых вариантах осуществления масса и плотность источника энергии могут обеспечивать такую компоновку, чтобы указанный источник энергии также мог обеспечивать стабилизацию линзы, находящейся в глазу (либо самостоятельно, либо в сочетании с другими зонами стабилизации линзы). Такие варианты осуществления могут быть полезны в целом ряде областей применения, включая, помимо прочего, коррекцию астигматизма, увеличение комфорта ношения линзы на глазу или постоянное/контролируемое расположение других компонентов в офтальмологической линзе с энергопитанием.
В дополнительных вариантах осуществления источник энергии может находиться на определенном расстоянии от наружного края контактной линзы для получения предпочтительной формы края контактной линзы, обеспечивающей удобство при ношении и сводящей к минимуму неблагоприятные последствия. К примерам неблагоприятных последствий могут относиться дугообразное окрашивание эпителия роговицы в верхней части лимба или гигантский папиллярный конъюнктивит.
В соответствии с примером, не ограничивающим настоящее изобретение, в некоторых вариантах осуществления катодные, электролитные и анодные части встроенных электрохимических элементов могут формировать путем печати подходящими пастами с образованием фигур, определяющих области катода, электролита и анода. Очевидно, что к батареям, формируемым таким способом, могут относиться как одноразовые элементы, основанные, например, на взаимодействии оксида марганца и цинка, так и перезаряжаемые батареи, основанные на взаимодействии с литием, подобным описанным выше тонкопленочным батареям. Специалисту в данной сфере известно, что множество разных способов осуществления офтальмологических линз с энергопитанием с разнообразными свойствами может быть связано с использованием печатных технологий.
Могут быть реализованы различные варианты осуществления, связанные с устройством, которое может использоваться для создания офтальмологических линз с энергопитанием с применением различных способов из числа рассмотренных. Базовый этап обработки может быть связан с разработкой различных компонентов, обеспечивающих источник энергии для офтальмологической линзы, в то время как вокруг таких компонентов отливают основную часть офтальмологической линзы. В некоторых вариантах осуществления источник энергии может крепиться к удерживающим точкам в форме для литья линзы. Крепление к удерживающим точкам может осуществляться таким же полимеризованным материалом, из которого будут формовать тело линзы. Специалисту в данной сфере известно, что многочисленные способы удержания различных источников энергии перед их внедрением в тело линзы образуют варианты осуществления, подпадающие в сферу действия настоящего изобретения.
Как было указано выше, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник энергии содержит электрохимический элемент или батарею. Варианты осуществления офтальмологических линз с электропитанием могут включать батареи различных типов. Например, одноразовые батареи могут быть изготовлены с использованием различных материалов для анода и катода. В соответствии с примерами, не ограничивающими настоящее изобретение, к таким материалам могут относиться цинк, углерод, серебро, марганец, кобальт, литий, кремний. Другие варианты осуществления могут основываться на использовании перезаряжаемых батарей. Такие батареи, в свою очередь, могут быть изготовлены по литий-ионной технологии, серебряной технологии, магниевой технологии или ниобиевой технологии. Специалисту в данной сфере известно, что в источнике энергии в различных вариантах осуществления офтальмологических линз с энергопитанием могут использоваться различные технологии создания одноразовых или перезаряжаемых токовых батарей.
Предпочтительность конкретных типов батарей перед другими типами может определяться физическими и размерными характеристиками контактных линз. Например, предпочтительными могут являться тонкопленочные батареи. Тонкопленочные батареи могут занимать меньше пространства, что необходимо для создания офтальмологических устройств для ношения людьми. Более того, их могут формировать на гибкой подложке, что позволяет свободно изгибать как тело линзы, так и встроенную батарею с подложкой.
В случае использования тонкопленочных батарей примерами могут являться как одноразовые, так и перезаряжаемые варианты. Перезаряжаемые батареи позволяют продлить срок службы изделия и, следовательно, дают возможность расходовать больше энергии. Значительная часть исследовательских работ посвящена технологии производства офтальмологических линз с электропитанием, оснащенных перезаряжаемыми тонкопленочными батареями. Тем не менее, изобретение не ограничивается этим подклассом изделий.
Перезаряжаемые тонкопленочные батареи доступны на рынке. Например, компания Oak Ridge National Laboratory производит различные виды таких батарей с начала 1990-х годов. К коммерческим производителям таких батарей в настоящее время относятся компании Excellatron Solid State, LLC (Атланта, штат Джорджия, США), Infinite Power Solutions (Литтлтон, штат Колорадо, США) и Cymbet Corporation, (Элк Ривер, штат Миннесота, США). В настоящий момент технология доминирует благодаря использованию плоских тонкопленочных батарей. Такие батареи могут применяться в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Однако в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения тонкопленочной батарее придают трехмерную форму, например, со сферическим радиусом кривизны. Специалисту в данной сфере известно, что различные конфигурации и формы таких трехмерных батарей подпадают под сферу действия настоящего изобретения.
Обратимся к фиг. 6. На нем изображено устройство для нанесения слоя связующего на часть формы для литья. Устройство содержит первый автомат 610, способный расположить аппликатор 611-612 слоя связующего вблизи одной или нескольких частей формы 614 и нанести слой связующего на одну или несколько частей формы. В некоторых вариантах осуществления аппликаторы 611-612 слоя связующего для приближения к одной или нескольким частям формы 614 перемещают в вертикальном направлении. Аппликатор слоя связующего может содержать один или несколько элементов: устройство для тампопечати и краскоструйный механизм. Способы нанесения покрытий, например, применяемые для нанесения красителя в контактные линзы или для другой косметической тонировки контактных линз, хорошо известны. В рамках настоящего изобретения способы и устройство для нанесения красителя в контактные линзы можно адаптировать для дополнительного внесения в часть формы слоя связующего, способного приклеивать источник энергии или другой компонент к части формы для литья.
Второй автомат 615 для установки одного или нескольких следующих элементов: источника энергии и других компонентов в часть формы для литья, также может располагаться вблизи части формы 614.
Обратимся к фиг. 7. На фиг. 7 показан вид сверху на образец варианта осуществления офтальмологической линзы 700 с источником энергии 710 и компонентами 712, 714 и 715. На рисунке источник энергии 710 показан в периферической части 711 офтальмологической линзы 700. Источник энергии 710 может содержать, например, тонкопленочную перезаряжаемую литий-ионную батарею. Источник энергии 710 может быть подключен к контактным клеммам 714 для присоединения других компонентов. К контактным клеммам 714 могут быть присоединены провода, соединяющие источник энергии 710 с фотоэлектрическим элементом 715, который может использоваться для повторного подключения батареи источника энергии 710. Дополнительные провода могут соединять источник энергии 710 с разъемом гибкой схемы при помощи проволочных соединений.
В некоторых вариантах осуществления офтальмологическая линза 700 также может содержать гибкую подложку, на которой монтируют источник энергии 710 и компоненты 712, 714 и 715. Гибкой подложке может быть придана форма, приблизительно повторяющая форму стандартной линзы, аналогично приведенному выше описанию. Также могут быть подключены различные электронные компоненты 712, такие как интегральные схемы, дискретные элементы, пассивные компоненты и подобные устройства.
Также на чертеже показана зрительная зона 713. Зрительная зона может быть оптически пассивной и не вызывающей оптических изменений или может иметь заданные оптические характеристики, например заданную оптическую компенсацию. В других вариантах осуществления зрительная зона содержит компонент с переменными оптическими характеристиками, изменяющимися по команде.
В некоторых вариантах осуществления со встроенным источником энергии 710 в офтальмологической линзе может сочетаться такой компонент, как процессор, используемый для выполнения логических операций и другой обработки данных в офтальмологической линзе.
На фиг. 8 показаны некоторые этапы способа изготовления, которые могут быть реализованы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Этапы способа приводятся в качестве примера и не ограничивают сферу действия изобретения, так как в изобретении, описанном в настоящей заявке, могут быть реализованы все этапы или лишь их часть. На этапе 801 на первую часть формы для литья наносят слой связующего. На этапе 802 слой связующего может быть подвергнут предварительной полимеризации для придания этому слою липкости. Липкость упрощает установку и закрепление источника энергии на слое связующего. На этапе 803 источник энергии приводят в контакт со слоем связующего, как правило, в пределах габаритных размеров первой части формы для литья. Таким образом, деталь приклеивают к первой части формы для литья слоем связующего. На этапе 804 реакционную смесь помещают на первую часть формы для литья.
На этапе 805 вторую часть формы для литья подносят к первой части формы и, таким образом, образуется полость, внутри которой располагается источник энергии и слой связующего и которую заполняет реакционная смесь, принимающая форму офтальмологической линзы. На этапе 806 реакционную смесь полимеризуют в форме для офтальмологической линзы, которую придала ей полость. Полимеризацию завершают, например, под воздействием актиничного излучения. На этом этапе источник энергии встраивают в полимеризованный материал линзы. На этапе 807 офтальмологическую линзу с встроенным источником энергии извлекают из частей формы для литья.
Вывод
Настоящее изобретение, описанное выше и определяемое ниже формулой изобретения, обеспечивает способы обработки офтальмологических линз и устройство для реализации таких способов, а также офтальмологические линзы, формируемые с их помощью.