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隐形眼镜,到底是什么?

很多人都佩戴过隐形眼镜,学名叫做角膜接触镜。薄薄的一层膜片,既清晰又美观,已经成为很多爱美人士的必备用品。但是很少有人知道隐形眼镜到底是个什么东西。今天就来简要介绍一下。

隐形眼镜:高分子科学家献给世界的礼物

角膜接触镜在19世纪就已经出现,开始的形式是质地较硬的硬镜。最初是由玻璃制作,佩戴起来非常不舒适,戴几个小时就得摘下来,到了20世纪三四十年代,高分子学科已经初步建立,市面上已经开始出现各种结构的高分子材料。其中,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)由于表面光滑度高、抗沉淀性强、透光性能好等优异性能成为了接触镜的首选基材。但整体来讲,硬镜戴起来还是很难受,并且透氧气性差,所以硬镜没有得到大范围的使用。

而到了上世纪50年代,软镜的出现,才革命性地改变了这一局面。捷克斯洛伐克高分子科学家Otto Wichterle对此有着不可磨灭的贡献。Wichterle当时在国家科学院的高分子化学所研究一种新型的聚合物——PHEMA(聚羟乙基甲基丙烯酸酯),后来慢慢意识到这种聚合物很有希望开发成软式接触镜。但是由于上级领导并不支持此项工作,Wichterle不得不将自己的研究地点搬到了自己家中,并最终取得了初步成功。美国某知名眼睛保健公司在此基础上改进了制作工艺并在1971年取得了PHEMA软镜的FDA许可证书。由于舒适度大幅提高,软镜开始流行。

软式接触镜的材质:五花八门

目前为止,可用于制成软镜的高分子材料种类已经变得丰富起来。这要求所使用的高分子具有如下特点:

  • 透明度高

  • 足够的透氧性(软镜里最重要的指标之一)、离子渗透性、透水性

  • 和人类角膜类似的折射率(1.37左右)

  • 尺寸稳定性高

  • 与眼部环境兼容

基于这些要求,现在的软镜基本做成水凝胶的形式。这里的水凝胶,是一种高分子链的三维交联网络,网络中间填充了大量的水分。原理上水分越多,透氧性越强。

在化学原理上,该类水凝胶的合成是利用自由基聚合将HEMA等单官能度单体与多官能度单体共聚。

虽然PHEMA是最早也是目前最成功、市场占有率最高的软镜材料,但它的透氧性并不是非常理想。改进方式就是共聚其他亲水单体,如NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)、AM(丙烯酰胺)等,以提高整体的含水量与透氧性。

但是,利用增加含水量来增加透氧性的方法是有瓶颈的,它的透氧性极限值只能满足日带需求,对于更长时间的佩戴,则需要全新的软镜材料,比如现在有部分软镜采用的有机硅高分子,如PDMS(聚二甲基硅氧烷)。但是正所谓鱼和熊掌不可兼得,这类聚合物虽然本身透氧性强,但是却是疏水的,一般也要共聚亲水单体或者表面进行亲水处理。总体来讲,这类软镜使用广泛程度依旧不如PHEMA类。

下图是提到的单体与聚合物结构。(注:为书写方便,不考虑聚合物的交联结构,聚合物按相应的线型结构。)

隐形眼镜护理液里都有啥?

护理液里,95%以上的含量都是——!而另外那5%大约包含了众多成分。

  • 最主要的:杀菌剂。有的杀菌剂采用双氧水(过氧化氢)。但是考虑到双氧水本身对眼睛具有刺激性,眼镜商在配套设施中提供了含有铂、钯、银等金属的器具,可在杀菌过程结束后清除双氧水。化学原理就是高中学过的:双氧水在某些金属催化下分解成水和氧气。

有的杀菌剂是采用了一些聚胍或聚季铵盐类高分子。这类高分子中的单体结构发挥着杀菌的作用,而高分子特殊的存在形式又使其不会轻易进入眼中。

  • 清洁剂:磷酸盐类\嵌段共聚物类表面活性剂,主要是清除沉积在镜片上的蛋白质。

  • 保湿剂:如纤维素\丙二醇\聚乙烯基吡咯烷酮

  • pH调节剂:主要是无机盐类,维持护理液一定的pH。

看完了这些,真是要好好感谢高分子科学家,是他们,让我们的双眼更加美丽!

参考文献:

1. Maldonado-Codina, Carole, and Nathan Efron."Hydrogel Lenses-Material and Manufacture: A Review." Optometry in Practice 4 (2003): 101-115.

2. Nicolson, Paul C., and Jürgen Vogt. "Softcontact lens polymers: an evolution." Biomaterials 22.24 (2001): 3273-3283.

3. 王桂珊, 陈树恩, 南俊民. 水凝胶角膜接触镜材料的研究进展[J]. 广州化工, 2010,38(12): 45-47.


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