昆蟲翅膀也能做隱形眼鏡？方便美觀的隱形眼鏡，你了解多少？

在醫學上，角膜接觸鏡被認為是一種“非植入性人工器官”，因此，對角膜接觸鏡材料的基本要求是具有良好的生物相容性。

制造角膜接觸鏡的材料具有一定的透光率和透光均勻性，如果制造角膜接觸鏡的材料是水凝膠，則要求水凝膠材料從未水合狀態到水合狀態時，能夠保持其形狀和表面連續性，而不發生扭曲，透光率和分辨率應該保持連續。在配戴時，角膜接觸鏡不改變其外形及其在角膜表面上的位置。根據中華人民共和國國家標準，不著色硬性角膜接觸鏡透光率不低于88%，不著色軟性角膜接觸鏡的透光率不低于92%。?

角膜缺氧是隱形眼鏡佩戴者最常出現的不適反應，是由眼角膜無法得到足夠的氧氣引起的。角膜原本是靠直接從空氣中攝取氧氣來呼吸的，由于隱形眼鏡貼在眼球表面，雖然氧氣還能通過鏡片，但透過量明顯減少，因此眼角膜缺氧而引起的角膜新生血管增多，出現“紅絲”并增加眼睛感染的機會。

對于水凝膠角膜接觸鏡，由于氧氣是靠水凝膠中的水來傳送的，所以鏡片的透氧性能與鏡片的含水量高低以及鏡片的厚薄有關。ISO專為隱形眼鏡透氧性的檢測制定了檢測標準。其中ISO 9913-2適用于硬質鏡片材料以及非水凝膠軟質鏡片材料，測試量有氧氣流量——j、氧滲透性——Dk、氧透過率——Dk/t、試樣的厚度——t。一般用Dk值評價隱形眼鏡氧滲透性指標。

另外，角膜的獲氧狀態還與隱形眼鏡與佩戴者眼角膜是否匹配（配適狀態是否完美）有關，鏡片與眼角膜相匹配，它們之間存在的淚膜不斷流動，將氧氣帶給角膜，將廢物帶走，這樣佩戴的隱形眼鏡不會改變眼睛的正常生理狀況，不會損傷佩戴者的眼角膜。如果配戴的隱形眼鏡與眼角膜不匹配，即使佩戴的是高含水量、超薄的眼鏡，鏡片也會緊緊貼在角膜上，使得氧氣的流動只能依靠鏡片的含水量和鏡片的厚度。

水是氧通過接觸鏡到達角膜的載體，空氣中的氧氣溶解于水凝膠的自由水中，再傳輸到角膜，所以水凝膠角膜接觸鏡的透氧性能與含水量成正比，提高接觸鏡的含水量可以增加透氧性能。水凝膠角膜接觸鏡的含水量在30%~80%，含水量小于50%的稱為低含水量鏡片，含水量大于50%的稱為高含水量鏡片。軟鏡的含水量＝（鏡片中水的質量/ 鏡片總質量）×100%。?

美國食品和藥品監督管理局（FDA）將含水量低于50%的接觸鏡定為低含水量鏡片，含水量高于50%的接觸鏡定為高含水量鏡片，并根據含水量和離子化程度將角膜接觸鏡材料分為4類：Ⅰ類: 低含水非離子性材料；Ⅱ類: 高含水非離子性材料；Ⅲ類: 低含水離子性材料；Ⅳ類: 高含水離子性材料。大多離子性接觸鏡材料都帶有負電荷，易于吸收淚液中帶正電荷的物質，形成沉淀物。上述4類材料中，Ⅰ類的吸附性最低，Ⅳ類的吸附性最高，Ⅱ類與Ⅲ類介于兩者之間。

溶菌酶在鏡片沉淀物中所占的比例高，其原因是: 在生理的pH條件下，淚液中溶菌酶帶有較多的正電荷，因此，它與帶負電荷的鏡片材料親合力較大。帶負電荷的接觸鏡材料活性強，在酸性溶液中會使鏡片尺寸改變甚至降解。非離子性接觸鏡材料惰性大，與淚液成分反應性小，具有較強的抗沉淀性能。

彈性模量反映某種材料在受到力的作用時能夠保持其形狀的能力，彈性模量低的鏡片對壓力抵抗能力弱，而彈性模量高的鏡片則能更好地抵抗壓力，保持原形態，從而可以提供更好的視光效果。另外，彈性模量越大，制成的鏡片越硬，越不容易彎曲，該參數是確定材料生產時最小厚度的關鍵指標。

接觸鏡在日常使用過程中會受到清洗、揉搓、拉伸等機械作用力，所以接觸鏡需要具有較好的抗張強度。抗張強度是表示材料在拉伸斷裂之前所承受的最大拉力值。抗張強度越高，接觸鏡材料的耐久性越好；對于水凝膠角膜接觸鏡，含水量越高，則抗張強度越低。

一種透鏡材料的折射率是光在空氣中的傳輸速度與光通過該接觸鏡材料的傳輸速度之比，軟鏡材料的折射率與含水量有關，通常含水量越高，折射率越低。

角膜接觸鏡的表面潤濕性越大，所形成的淚膜也越均勻穩定，而均勻穩定的淚膜是配戴舒適、視力理想和防止沉淀物形成所必需的條件。

潤濕性的測量有兩種方法: 實驗室測量方法和在眼實驗方法。實驗室測量方法主要是液滴黏附實驗、Wilhelmy板法和氣泡法。在眼實驗方法主要是直接檢測人眼配戴鏡片時的淚液覆蓋情況，以覆蓋是否完整和均勻作為鏡片潤濕性高低的評估標準。還可以使用裂隙燈顯微鏡，評價鏡前淚膜破裂時間，評估鏡片保持完整淚膜的能力，如果完整的淚膜形成并且保持，淚液水分蒸發使得淚液脂質層彌散進入水質層，最后，脂質層侵入黏液層使鏡片表面出現干燥斑，于是淚膜出現局部破裂點。測試瞬目到淚膜破裂的時間，時間短則說明接觸鏡材料的潤濕性差。

水凝膠角膜接觸鏡仍是當今接觸鏡市場的主流，水凝膠角膜接觸鏡縱然有諸多優點，但也存在以下缺陷：傳統用的角膜接觸鏡材料聚甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、N－乙烯基吡咯烷酮（NVP）等單體都是合成的非天然高分子聚合物，在聚合過程中殘留而又未完全被去除的單體會對角膜等眼部組織造成潛在毒性。

當今，水凝膠角膜接觸鏡的透氧性能遠不能達到角膜正常代謝所需的氧氣量，為了提高其透氧性，必須提高含水量，這會導致水凝膠的強度下降，需要增大角膜接觸鏡的厚度，這又將導致透氧性的下降；另外，含水量高、帶有電荷的角膜接觸鏡，易使淚液中的蛋白質和類脂沉積，在角膜接觸鏡日常的清潔保養過程中，如果不能徹底清除沉積在鏡片上的蛋白質，則蛋白質既可作為致敏源使過敏體質者眼局部發生過敏反應，又有利于微生物的生長繁殖，實驗表明，日戴SCL結膜囊中共生的細菌增多，多為非致病菌；自SCL長戴者分離出的致病菌較日戴者多，RGP長戴亦可使結膜囊中潛在致病性微生物增多，若角膜劃傷使致病微生物更容易侵入角膜組織。戴鏡以后接觸鏡對角膜產生的異物作用、阻隔空氣和淚液與角膜的直接接觸、壓迫角膜緣的血液循環，戴摘鏡片時不慎對角膜的機械性損傷等因素都會增加角膜病變發生的機會。

環境污染的增加及大氣中臭氧層破壞導致的紫外線強度增加，使得人類患角膜病變的概率增加，另外，隨著人類自我防護意識的增加，眼部的紫外線輻射防護和皮膚的防曬一樣受到關注。

基于上述原因，角膜接觸鏡的研究方向，是開發天然高分子材料制備的角膜接觸鏡以及具有抗紫外線、可藥物緩釋等多種功效的角膜接觸鏡。

殼聚糖溶于0.1mol/L乙酸溶液，制得2%的殼聚糖溶液。將該溶液減壓脫泡后于模具中在不同溫度下蒸發，待膜干燥后再浸入2%（質量分數）的NaOH凝固液中以中和殘留酸，取膜，用水洗滌至中性，產物用不同濃度的檸檬酸鈉溶液浸泡交聯。以接觸鏡的透光率和表面光滑性能為指標設計一組正交實驗，實驗選取殼聚糖溶液的蒸發時間、交聯劑檸檬酸鈉溶液的濃度，浸泡交聯時間、浸泡交聯溫度為4個因素，每個因素有4個水平。

角膜接觸鏡最重要的指標是具有良好的光學性能，即具有較高的透光率。上述方法制備的所有樣品的透光率都在92%以上，根據GB 11417.2-1989以及GB 11417.1-1989可以知道，殼聚糖角膜接觸鏡達到了軟性親水性角膜接觸鏡透光率不低于92%的要求。其中我們制備的最佳樣品的透光率達到96.9%。

角膜接觸鏡表面的光滑性能對于佩戴的舒適性非常重要，通過測定樣品在干濕狀態下對角膜接觸鏡標準鹽溶液的接觸角來表征它的表面光滑性能及其與淚液的附著能力。樣品在干燥的狀態下，接觸角越大表明樣品越光滑，對角膜的機械刺激越小。對于溶脹飽和狀態下的角膜接觸鏡樣品，則其與角膜接觸鏡標準鹽溶液的接觸角越小，越有利于淚液在角膜接觸鏡表面附著。淚膜是覆蓋于角膜前表面的淚液膜，在眼表面構成重要的屈光表面－淚膜－空氣界面。淚膜的穩定性和質量對于視力、眼舒適度、防止感染有著非常重要的作用。如果淚液不能在角膜接觸鏡表面均勻附著則會使佩戴不舒適。

圖1　殼聚糖角膜接觸鏡在可見光范圍內的紫外吸收光譜

圖1 是殼聚糖角膜接觸鏡在可見光范圍內的紫外吸收光譜，可以看出其可見光范圍內的平均透光率為93.2%，超過了國家標準對不著色軟性親水角膜接觸鏡的透光率的要求。用阿貝折射儀在25℃ 下測得的殼聚糖角膜接觸鏡樣品的折射率在1.377左右，這說明本實驗制備的角膜接觸鏡樣品滿足接觸鏡材料的光學要求。

殼聚糖角膜接觸鏡樣品的平均含水量為53.74%，高于HEMA材料制備的角膜接觸鏡38%的含水量，可以保證接觸鏡具有良好的透氧性能。

殼聚糖角膜接觸鏡的抗拉強度為10~23MPa，大于標準所要求的抗張強度，同時也大于HEMA-NVP水凝膠角膜接觸鏡的抗張強度（400~1000kPa）和有機硅水凝膠角膜接觸鏡的抗張強度是（700~1100kPa）。

角膜接觸鏡護理液與人眼淚液是等滲液，所以我們選擇了OPTI-FREE殺菌全護理液與空白樣做對比，發現角膜接觸鏡樣品在經過殺菌護理液處理后的透光率與未處理處理之前沒有太大變化，且透光率都在90%左右，說明殼聚糖角膜接觸鏡在護理液中具有相對的穩定性。

透氧系數（Dk）為O₂在材料中的擴散系數D和O₂在材料中的溶解系數k的乘積，是指在規定條件和壓力差作用下，氧分子通過單位面積、單位厚度鏡片材料的速率，反映在特定壓力下，則為單位體積材料中溶解氧在材料中的彌散速率，是描述鏡片材料對氧通透的物理指標，是接觸鏡材料的一個非常重要的屬性，是材料本身固有的性質，和鏡片厚度、后頂點度數（BVP）無關，Dk值越高，材料的氧通透性越好。Dk的單位是Barrer，1 Barrer=1（cm²/s）[mL（O₂）/（mL mmHg）]×10^-11。我們制備的殼聚糖隱形眼鏡的Dk值在15.57×10^-11，可以滿足安全性和佩戴的舒適性。

經過一系列的脫水實驗證明，我們制備的殼聚糖隱形眼鏡符合標準。

合理應用天然資源是有序社會、健康社會的一個基本要求，也是廣大科技人員的基本使命。考慮到天然資源極為廣泛，所以《基于天然資源的先進材料》主要介紹一些經常涉及的天然資源及利用它們加工形成的先進材料。這些天然資源主要是纖維素、木質素、半纖維素、殼聚糖、植物多酚、動植物油、加拿大一枝黃花、右旋糖酐、柿葉、軟木脂、環糊精和蠶絲，而所形成的先進材料涉及廣泛的材料領域，如智能材料、納米材料、功能材料、復合材料、醫用材料、環保材料、農用處理材料等。

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