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小小化学家·科学故事

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小小化学家·科学故事
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欢迎来到由元素咖啡出品的小小化学家,我是爱科学爱学习的LILY,今天我们来聊一个有趣的话题——隐形眼镜,还有达芬奇与他的故事~


隐形眼镜的发明经历了怎样的历程?

能零距离接触角膜的隐形眼镜是由什么特殊物质制成的?

硅谷创业公司Mojo Vision 制造了一款怎样的高科技隐形眼镜 ?



隐形眼镜,也叫角膜接触镜,是一种戴直接附在角膜表面泪液层上,用以矫正视力的特殊的眼镜。它不仅从外观上很难被人察觉,同时也给近视、远视等有视力问题的人们带来了视力的改善,所以隐形眼镜在现代生活中普及率很高。今天小小化学家给大家讲讲制造隐形眼镜的材料,以及围绕隐形眼镜的有趣故事。


隐形眼镜的发明历程,是怎样的呢?


早在500年前。1509年的一天,达芬奇把头伸进盛满水的半球型玻璃缸向外看,发现原本看不清的物体变得清晰了,于是萌生出了把镜片直接佩戴在眼球上这个跨时代的想法。


1887年,德国科学家阿道夫·菲克成功制造出第一只玻璃隐形眼镜,但由于其透氧率过低,易引发角膜炎等眼睛疾病,没有得到很好的普及,但是,这是人类隐形眼镜历史上的第一步,随后开启了人类研制隐形眼镜的加速模式。


1938年,德国的奥古斯特·穆勒使用聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA为材料,制造出第一副全塑胶隐形眼镜。


1963年,捷克斯洛伐克高分子化学家奥托·特勒研制了聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)材料,同时开发了这种材料制成的软性隐形眼镜。


1971年,博士伦公司软镜的专利技术获得美国FDA自由销售的许可,软镜以其舒适,容易适应深受配戴者的欢迎,从而迅即取代了硬镜,使隐形眼镜发生了历史性的更新换代。


能零距离接触角膜的隐形眼镜是由什么特殊物质制成的?


隐形眼镜的材质多种多样,根据材料的软硬它包括硬性、半硬性、软性三种 ,主要由:甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲脂、硅水凝胶,等材料制成,接下来给大家重点介绍几种常用的材料:


聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶,PHEMA

聚丙烯酸酯水凝胶因其优异的光学性能和生物相容性而广泛用作隐形眼镜材料。那么什么是聚丙烯酸酯水凝胶,为什么会这种材料可以用来制造隐形眼镜呢 ,这要从这种材料的性质说起:


研究人员发现,聚丙烯酸酯水凝胶,存在亲水性单体甲基丙烯酸羟乙酯与疏水性单体甲基丙烯酸甲酯的本体共聚行为,随亲水性单体含量从0增至100%时,所得水凝胶的平均透光率和平衡含水量增大,硬度减小,透光率提高至97%,含水量从16%升至64%,亲水性单体与疏水性单体质量比为90:10时,所以这种材料佩戴在眼球表面,会和眼部湿润的环境融合的很好,并且透光不影响视线,是软质隐形眼镜的材料。


聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA


聚甲基丙烯酸甲酯,英文名称 polymethyl methacrylate,简称PMMA,又称做亚克力或有机玻璃,也是一种常用的隐形眼镜材料,这种材料制作隐形眼镜,还有一个故事:


英国医生Harold Ridley在第二次世界大战期间,发现被飞机座舱盖的碎片溅人眼内的飞行员,没有发生异物反应,这启发了这位医生飞机座舱盖的材料与人体组织有非常好的相容性,是否可以用此材料制造人工晶体和隐形眼镜。


后来经过科学家的实验,证实聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 这种材料稳定、质轻、透明度好,屈光指数大,生物相容性好。它在组织内的稳定性也相当好,不仅是由于其本身的理化惰性,而且对机体的生物反应较轻,是硬质隐形眼镜的常用材料;


三、隐形眼镜佩戴需要注意的问题


首先,角膜需要氧气。白天眼镜的氧气大部分来自于空气和你的泪水之中,晚上眼睛闭起来之后,氧气来源就是你的泪水了,泪水是一种弱酸性的透明的无色液体,大部分是水,并含有少量无机盐、蛋白质、溶菌酶、免疫球蛋白A、补体系统等其他物质,对你的眼球是一个保护和湿润的作用。你戴上隐形之后就相当于把你的角膜与空气隔绝开来,所以要求隐形眼镜都是要高透氧的材质,否则你的眼睛会出现干涩,充血等现象就是缺氧的一个状态。


所以隐形眼镜的透氧性,就成了衡量隐形眼镜好坏的重要参数和标准了。


首先是Dk值,也称透氧系数,是指氧气通过隐形眼镜材料的程度。D代表氧气在材料中的扩散系数,k代表溶解系数。如果这种材料含水量越高,Dk值也越高。

其次是 氧传导性 Dk/t ,是dk值和镜片厚度的比值,代表氧通过一定厚度特定镜片的实际速度。t表示厚度。日戴式Dk/t>24,长戴式Dk/t>87,所以作为分母的镜片厚度越薄,相对透氧性越好。

还有一个重要指标,叫等氧率,EOP,代表人活体上镜片与角膜之间的含氧百分率。EOP最大值是21%,日戴镜EOP>12%,长戴镜EOP>18%。



戴隐形眼镜最好不要睡觉,正常的角膜需要“呼吸”,睁眼时角膜氧供主要来自大气,闭眼时主要来自角巩缘和睑结膜血管,只占睁眼的1/3,故此时再戴镜,易致角膜缺氧。而且戴隐形眼镜不可以游泳哦,因为水池中的微生物引起镜片污染,有感染眼科疾病的风险。小孩子不建议佩戴隐形眼镜,出现视力问题需要尽可能早的到正规医院就诊,按照医生的专业指导进行恢复矫正。


硅谷创业公司Mojo Vision 制造了一款怎样的高科技隐形眼镜 ?


硅谷AR初创Mojo Vision宣布完成超5000万美元的A轮融资。而就在近日,这家公司又宣布完成5800万美元B轮融资,用以开发其AR平台“Invisible Computing(隐形计算)”。Mojo Lens采用医疗级别的RGP硬性隐形眼镜材质。


在带上Mojo Lens这款充满未来感的高科技隐形眼镜后,你在看一样东西的时候,可以通过AR眼镜直接为你在周围呈现信息,就像电影黑客帝国里的科幻场景一样。Mojo Lens目前处于研发阶段,还未公开发售,非常值得期待。


Mojo Lens使用的是硬性透氧性角膜接触镜RGP 制造这款高科技隐形眼镜,一方面硬质的材质本身便于搭载精密的元器件,另一方面RGP在透氧性、耐久性、生物兼容性上均有比较适合制造这种新型的消费电子产品,毕竟它不不能日抛啊。


RGP的制作材料主要包括以下几种:醋酸丁酸纤维素(CAB),硅氧烷甲基丙烯酸酯(SiMA),氟硅丙烯酸酯(FSA)以及氟多聚体。其中SiMA和氟多聚体最为常用。氟化物即能防止蛋白质沉淀堆积在镜片表面,氟化物有透氧作用,有助于输送氧气。


五、你知道么,隐形眼镜还会对环境造成污染


美国亚利桑那州立大学的研究显示,过去这些年,人们使用后抛弃的隐形眼镜的数量大大增加。在美国,每年抛弃的隐形眼镜约有20万公斤。研究发现有将近20%的人会将镜片扔到水槽或者马桶里,也就是说,最终大部分镜片会流入污水处理厂。


隐形眼镜不会在污水处理过程中降解,它们会夹杂在污水污泥中大部分污水中的物质会变成污泥散布在农田上,这些晶状体一旦干燥,就会变得非常脆弱,很可能会碎裂成非常小的颗粒。虫子吃了土壤,鸟又吃了虫子,隐形眼镜有可能会进入生物体内,成为人类食物链的一环,后果不堪设想。研究作者估计,大约1.3万公斤的隐形眼镜以这种方式堆积起来。根据我国最新的垃圾分类标准,隐形眼镜镜片属于干垃圾,所以防止隐形眼镜成为污染物,一定要把它们扔进家里的垃圾箱,而不是直接扔进水槽或者马桶中。


六、小动物也佩戴过隐形眼镜呢 


在2008年,英国一只名叫欧内斯特的猫在2岁时因为一场车祸受了伤,之后他被一家动物保护协会收养。在那次车祸之后,这只猫一直饱受疾病的困扰,后来它的眼部还受到感染,患上了近视,连日常生活都有问题。


因为欧内斯特年纪已经很大,如果做眼科手术的话很可能会出现风险,为使欧内斯特恢复视力,兽医专门为它打造了一款隐形眼镜。在使用该隐形眼镜后,欧内斯特就可以像其他的猫那样正常地生活了。所以,英国这只12岁的猫,成功的戴上了隐形眼镜,成为了世界上第一只戴隐形眼镜的猫。


好了,今天的小小化学家,就到这里,我是爱健康,热爱眼部健康的lily 。

让我们一起探索未知,拥抱科学吧!


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