專利名稱：一種薄膜型人工晶狀體的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種人工晶狀體，尤其涉及一種薄膜型人工晶狀體的制備方法及由該方法制備得到的產品，屬于光學領域。
背景技術：
光學薄膜如增透膜、增反膜、分光膜、濾光膜、偏振或者消偏振膜等是以光的干涉等特性為基礎設計出的光學器件。光學薄膜已被廣泛用于光學儀器、通信、建筑、醫療、空間技術等領域，而新工藝、新材料、新技術的不斷發展使其有著十分廣闊的應用前景。
人工晶狀體是白內障摘除手術后取代摘除的自身混濁晶體的材料，目前臨床對于人工晶狀體的關注主要是術后的光學成像功能。普通人工晶狀體不能對通過的光線進行控制或選擇，即不能根據患者的需要，控制所通過的光線具有一定的波長，一定的強度。例如，年齡相關性黃斑變性的病人的人工晶狀體如果能夠濾掉對視網膜RPE細胞有損害作用的藍光，對于病人視力的恢復和改善極有裨益，而這也正是普通人工晶狀體所不能夠實現的。
光學薄膜可以賦予人工晶狀體本身所不具有的光學、化學、機械性能。比如增透膜使某個波段的光減少反射，增加透射；增反膜使某個波段的光增加反射，減少透射。—各種膜的組合可以賦予人工晶狀體更多的特性。
目前沒有任何一種人工晶狀體使用光學薄膜技術增加人工晶狀體的增透、增反的光學特性。人工晶狀體作為眼內的光學器件，其與光學薄膜的結合必定能夠使人工晶狀體發揮更大的作用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種制備薄膜型人工晶狀體的方法。
本發明所要解決的技術問題是通過以下技術途徑來實現的一種制備薄膜型人工晶狀體的方法，包括利用常規的物理或者化學方法將光學薄膜材料鍍在人工晶狀體的表面，制成增透光學薄膜或增反光學薄膜；其中所制成增透膜的要求如下膜層的光學厚度nh＝(2k-1)×λ/4(n為光學薄膜的折射率，h為光學薄膜的厚度，k為任意正整數，λ為目標光的波長)，且為低膜(即n房水＝1.334＜n＜n2，n房水為房水的折射率，n為光學薄膜的折射率，n2為人工晶狀體的折射率)，膜層數為單層；其中所制成增反膜的要求如下膜層的光學厚度nh＝(2k-1)×λ/4(n為光學薄膜的折射率，h為光學薄膜的厚度，k為任意正整數，λ為目標光的波長)，且為高膜(即n房水＝1.334＜n＞n2，n房水為房水的折射率，n為光學薄膜的折射率，n2為人工晶狀體的折射率)，膜層數為任意層數。
目標光的波長決定光學薄膜的厚度[膜層的光學厚度nh＝(2k-1)×λ/4(n為薄膜的折射率，h為薄膜的厚度，k為任意正整數，λ為目標光的波長)]，所述的目標光是指七種可見光，即紅光、橙光、黃光、綠光、青光、藍光、紫光，這七種可見光的波長范圍分別如下紫光λ＝397-424nm，藍光λ＝424-455nm，青光λ＝455-492nm，綠光λ＝492-575nm，黃光λ＝575-585nm，橙光λ＝585-647nm，紅光λ＝647-723nm。目標光的選擇是由患者對光的要求決定的。例如，藍光與年齡相關性黃斑變性有關，對于年齡相關性黃斑變性患者，可以選擇藍光增反膜人工晶狀體濾掉藍光。綠光與視覺感受器細胞的損傷有關，對于視覺感受器細胞疾病的患者，可以選擇綠光增反膜人工晶狀體濾掉綠光。如果低視力患者對綠光敏感，可以選擇綠光增透膜人工晶狀體；對紅光敏感，則可以選擇紅光增透膜人工晶狀體。
所述的光學薄膜材料要求具有較好的透明性、生物相容性、光學特性、穩定性，與人工晶狀體材料表面有一定的結合力，具有與人工晶狀體材料相同或者不同的折射率。滿足上述要求的有機物材料或無機物材料都可用作本發明的光學薄膜材料。其中，有機物材料優選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，poly(methyl methacrylate))、硅凝膠(silicone)、水凝膠(hydrogel)、丙烯酸酯(acrylic)或聚碳酸酯(polycarbonate)或記憶體材料等，無機物材料優選為類金剛石或二氧化硅。此外，日常生活中的光學薄膜材料如多種氧化物、氟化物、硫化物等以及多種有機材料等具有很好的光學特性，如果具有很好的生物相容性，均可以用于這種人工晶狀體的生產，這些均應在本發明的保護范圍之中。
現將本發明中優選的光學薄膜材料作一具體介紹PMMA聚甲基丙烯酸甲酯是生產人工晶狀體最常用和觀察時間最長的材料。PMMA的透光率為92％，屈光指數為1.491。生物相容性好，無退行性變，質輕不易破碎，穩定性好，對環境變化具有抵抗性，并有抗酸、抗有機溶劑的優點。直接接觸角膜內皮對角膜內皮毒性大，不能高壓及加熱蒸汽消毒，可被YAG激光打碎。
硅凝膠主要成分是二甲基乙烯基硅氧基聚甲基硅氧烷，簡稱甲基乙烯基硅酮，即硅凝膠。硅凝膠比重低耐高溫高壓，在220-240℃不發生老化可進行高壓或高溫消毒。屈光指數為1.41、1.43、1.46不等，柔韌性較好，可以折疊；結構穩定，組織相容性好，可在眼內長期存留。但極易產生靜電，吸附空氣中的微粒及眼內新陳代謝產物，吸附在晶體表面的顆粒樣物質可以明顯影響其透明度，嚴重者可以形成膜樣物質包繞晶體。韌性差，抗拉力和抗撕力差，目前作為人工晶狀體材料得到了廣泛應用，比較有代表性的人工晶狀體有如AMO Array、Alcon Acrosof Natural、非球面人工晶狀體(Technis、Z-Sharp)、Toric(帶柱鏡度數)等。
水凝膠化學性質穩定，耐高溫，韌性好，不易斷，脫水后質硬，含水率38％-55％，可高達60％。屈光指數為1.43、1.47，干燥時折射率1.49，吸水率與屈光指數成反比。但富有滲水性可以使眼內新陳代謝排泄物進入內部而黏附污染，蛋白沉積，使其透明性降低。
丙烯酸酯丙烯酸酯多聚物是由甲基丙烯酸酯(MMA，又稱為苯乙基丙烯酸甲酯)、羥乙基甲基丙烯酸(HEMA，Hydroxyethylmethacrylate)及其它交聯體聚合而成的一類多聚物，簡稱丙烯酸酯。可被高度純化，性質穩定，透明性極佳，彈性較小，展開緩慢，屈光指數為1.48～1.55。疏水性丙烯酸酯材料作為人工晶狀體材料得到了廣泛的應用，有代表性的產品有Alcon Acrysof系列(如MA30BA、MA60BA、SA30AL、SA60AT等)，AMO AR40、Sensar等。
聚碳酸酯折射率＞1.59，制成的人工晶狀體光學面薄，質軟耐高溫，具有良好的可塑性，良好的彎曲疲勞度和抗張力度。不產生生物降解。能高壓消毒。
其他材料記憶材料為甲基丙烯酸甲酯、羥乙基甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯羥基苯酚及乙烯乙二醇二丙烯酸酯交聯聚合而成的三維網狀結構，低于25℃質硬，體溫加熱變軟，通過“記憶”恢復原狀。
類金剛石類金剛石薄膜作為新型的薄膜材料，具有優異的紅外光學、力學、電學、聲學、熱學等性能，具有廣闊的應用范圍。作為新一代的光學材料，它具有一系列優異性能紅外區透明、硬度高、耐磨擦、化學性能穩定、耐熱沖擊、熱膨脹系數小等，能滿足日益發展的軍用及民用光學儀器的需要。用類金剛石薄膜作窗口保護膜及紅外光學系統的紅外增透膜及保護膜，有著十分廣泛的應用前景。采用脈沖真空電弧離子鍍技術來鍍制類金剛石薄膜，具有膜層性能穩定、方法簡單等優點。
二氧化硅化學式SiO2，又稱硅石，在自然界分布很廣，如石英、石英砂等。無色或白色晶體，含鐵時呈淡黃色，密度2.20～2.66g/cm3，鱗石英熔點1670℃，方石英熔點1710℃，沸點均為2230℃，不溶于水和酸(除氫氟酸外)。熔點很高，硬度很大；化學性質穩定，不溶于水也不和水反應。能與熔融的堿反應。用于制玻璃、陶器、耐火材料等。
本發明采用常規的物理或者化學方法將光學薄膜材料鍍在人工晶狀體的表面，可參照文獻(唐偉忠.薄膜材料制備原理、技術及應用.冶金工業出版社，2003年1月第二版；鄭偉濤等.薄膜材料與薄膜技術.化學工業出版社，2004年1月1日.)所述的鍍膜方法，也可參照如下所述的物理或化學方法進行鍍膜一、物理方法技術成熟，對沉積材料和基片材料沒有限制，但設備較復雜，價格相對化學反應較高。
1、真空蒸發只需要產生一個真空環境，在真空環境下，給待蒸發物提供足夠的熱量以獲得足夠的熱量以獲得蒸發所必需的蒸氣壓，是目前最為廣泛使用的技術，簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高，但形成膜與基片結合較差，工藝重復性不好。
2、濺射在某一溫度下，如果固體或液體受到適當的高能粒子(通常為離子)的轟擊，則固體或液體中的原子通過碰撞有可能獲得足夠的能量從表面逃逸，這種將原子從表面發射出去的方式稱為濺射。發展較晚，但在近現代得到了廣泛的應用。優點能做成靶材的任何待鍍材料都可以實現濺射；濺射所獲得的薄膜與基片結合較好；濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好；工藝可重復性好，膜厚可以控制，同時可以大面積基片上獲得厚度均勻的薄膜。但沉積速率低，基片由于受到等離子體的輻照等作用產生溫升。
3、離子束和離子助膜材料被離化，具有高能量的膜材料離子被引入到真空區，到達基片之前被減速以實現低能直接沉積。結合了真空蒸發和濺射的優點并克服了兩者的缺點，蒸發沉積速度快，蒸發得到的膜與基片結合好，厚度均勻。
4、外延膜沉積技術外延是指沉積膜與基片之間存在結晶學關系時，在基片上取向或單晶生長同一物質的方法。可以較好的控制膜的純度、膜的完整性以及摻雜級別。
二、化學方法技術成熟，薄膜材料是由反應氣體通過化學反應而實現的，化學反應可以由熱效應引起或者由離子的電致分離引起。但對于反應物和生成物的選擇有一定的局限性，沉積過程控制較為復雜，較為困難；同時化學反應要求反應溫度較高，基片所處的環境溫度一般較高，這樣就限制了基片材料的選擇。
1、熱生長充氣條件下，大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜可以通過加熱基片的方式獲得，不是常用技術，但在熱生長金屬和半導體氧化物的研究較為廣泛。
2、化學氣相沉積制備各種薄膜材料的一種重要和普遍使用的方法，可以在各種基片上制備元素及化合物薄膜。優點是可以準確控制薄膜組分及摻雜水平使其組分具有理想化學配比；可在復雜形狀的基片上沉積鍍膜；不需要昂貴的真空設備；高沉積溫度會大幅度改善晶體結晶完整性；可以大面積或多基片進行。缺點是需要高溫；反應氣體會與基片或設備反應；設備可能比較復雜，控制變量較多。
3、電鍍電流通過導電液(電解液)中的流動而產生化學反應，最終在陰極上(電解)沉積某一物質的過程。關注的是陰極反應，只適用于在導電的基片上沉積金屬和合金。
4、化學鍍不加任何電場、直接通過化學反應而實現薄膜沉積的方法，使用活性劑的催化反應也可視為化學鍍。不需要高溫，經濟實惠。
5、陽極反應沉積法與電鍍相反，氧化物生長在陽極表面，可以獲得非晶連續膜。
6、LB技術利用分子活性在氣液界面上形成凝結膜，將該膜逐次疊積在基片上形成膜的過程，多用于電子和太陽能轉換系統上。
本發明增反膜人工晶狀體，可以完全濾掉對視網膜RPE細胞有損害作用的藍光，對于年齡相關性黃斑變性的病人有一定的幫助。本發明增透膜人工晶狀體可以增加一定波長的光的透過，對于低視力患者有明顯幫助。眼科臨床中一般選擇中部波長550nm，可以滿足低視力患者的需要。同時，通過控制膜的厚度和層數，能夠實現控制通過人工晶狀體的光線，使得通過的光線具有一定的波長，一定的強度，這是目前臨床中所有人工晶狀體不能做到的。
以下通過實施例來進一步描述本發明的有益效果，應該理解的是，這些實施例僅用于例證的目的，決不限制本發明的保護范圍。
具體實施例方式增透膜人工晶狀體的制備以PMMA為主要材料的人工晶狀體(選用Alcon KC60BN+20D人工晶狀體，愛爾康(中國)眼科產品有限公司)(PMMA的折射率為1.491)，選用折射率為1.41左右的硅凝膠(或者水凝膠)為鍍膜材料，薄膜的光學厚度nh＝(2k-1)×135nm，n為膜的折射率，h為薄膜的厚度，k為任意整數，用離子束法將硅凝膠鍍在人工晶狀體表面，成單層膜；經檢測，所制備的增透膜人工晶狀體使綠光的透過率超過90％。
增透膜人工晶狀體的制備以丙烯酸酯為主要材料的人工晶狀體(選用Alcon ACRYSOFSA60AT+20D人工晶狀體，愛爾康(中國)眼科產品有限公司)，該人工晶狀體的折射率為1.48～1.55，選用折射率為1.41左右的水凝膠或者丙烯酸酯為鍍膜材料，薄膜的光學厚度nh＝(2k-1)×170nm，n為膜的折射率，h為薄膜的厚度，k為任意整數，用濺射法在人工晶狀體表面鍍上低于人工晶狀體折射率的單層膜；經檢測，所制備的增透膜人工晶狀體使紅光的透過率超過90％。
增反膜人工晶狀體的制備以PMMA為主要材料的人工晶狀體(選用Alcon KC60BN +20D人工晶狀體，愛爾康(中國)眼科產品有限公司)，該人工晶狀體的折射率為1.491；鍍膜材料選用折射率為1.60左右的聚碳酸酯作為高膜，選擇nh＝(2k-1)×110nm作為高膜的光學厚度，折射率1.491的PMMA作為低折射率材料，高膜和低膜間隔鍍膜以形成多個增反面，分別鍍上10層和20層光學膜；經檢測，鍍膜10層的增反膜人工晶狀體使藍光的透過率降低30％，鍍膜20層的增反膜人工晶狀體使藍光的透過率降低80％。
增反膜人工晶狀體的制備以折射率為1.41的硅凝膠為主要材料的人工晶狀體(選用AMO Array+20D人工晶狀體，AMO公司)，選用折射率為1.60左右的聚碳酸酯作為高膜的鍍膜材料，選擇nh＝(2k-1)×110nm作為高膜的光學厚度，高膜和低膜間隔鍍膜以形成多個增反面，分別鍍上10層和20層光學膜；經檢測，鍍膜10層的增反膜人工晶狀體使藍光的透過率降低40％，鍍膜20層的增反膜人工晶狀體使藍光的透過率降低90％，再增加高膜的鍍膜層數或者使用折射率更大的材料(常用的無機鍍膜物折射率更大，如氧化鈦折射率為2.3)作為高膜材料會使透過率進一步降低。選用氧化鈦作為鍍膜材料，鍍膜7層使藍光透過率降低50％以上，鍍膜19層透過率降低99.9％。
增反膜人工晶狀體的制備以折射率為1.41的硅凝膠為主要材料的人工晶狀體(選用AMO Array+20D人工晶狀體，AMO公司)，鍍膜材料選用折射率為1.60左右的聚碳酸酯作為高膜，選擇nh＝(2k-1)×140nm作為高膜的光學厚度，折射率1.41的硅凝膠或者折射率為1.43～1.47的水凝膠作為低折射率材料，高膜和低膜間隔鍍膜以形成多個增反面，分別鍍上10層和20層光學膜；經檢測，鍍膜10層會使綠光的透過率降低40％，鍍膜20層會使綠光的透過率降低90％，再增加高膜的鍍膜層數或者使用折射率更大的材料(常用的無機鍍膜物折射率更大，如氧化鈦折射率為2.3)作為高膜材料會使透過率進一步降低。選用氧化鈦作為鍍膜材料，經檢測，鍍膜7層使綠光透過率降低50％以上，鍍膜19層使綠光透過率降低99.9％。
增反膜人工晶狀體的制備以折射率為1.43～1.47的水凝膠為主要材料的人工晶狀體(選用Hydroview+20D人工晶狀體，美國博士倫公司)，鍍膜材料選用折射率為1.60左右的聚碳酸酯作為高膜，選擇nh＝(2k-1)×170nm作為高膜的光學厚度，折射率1.41的硅凝膠或者折射率為1.43、1.47的水凝膠作為低折射率材料，高膜和低膜間隔鍍膜以形成多個增反面，分別鍍上10層和20層光學膜；經檢測，鍍膜10層的增反膜人工晶狀體使紅光的透過率降低40％，鍍膜20層的人工晶狀體使藍光的透過率降低90％，再增加高膜的鍍膜層數或者使用折射率更大的材料(常用的無機鍍膜物折射率更大，如氧化鈦折射率為2.3)作為高膜材料會使透過率進一步降低。如選用氧化鈦作為鍍膜材料，鍍膜7層即可使紅光透過率降低50％以上，鍍膜19層透過率降低99.9％。
增反膜人工晶狀體的制備以折射率為1.48～1.55的丙烯酸酯為主要材料制備人工晶狀體(選用Alcon ACRYSOFSA60AT+20D人工晶狀體，愛爾康(中國)眼科產品有限公司)，鍍膜材料選用折射率為1.60左右的聚碳酸酯作為高膜，選擇nh＝(2k-1)×110nm作為高膜的光學厚度，折射率1.41的硅凝膠或者折射率為1.43～1.47的水凝膠作為低折射率材料，高膜和低膜間隔鍍膜以形成多個增反面，分別鍍上10層和20層光學膜；經檢測，鍍膜10層使藍光的透過率降低40％，鍍膜20層使藍光的透過率降低90％。選用氧化鈦作為鍍膜材料，鍍膜7層即可使藍光透過率降低50％以上，鍍膜19層使藍光透過率降低99.9％。
權利要求
1.一種制備薄膜型人工晶狀體的方法，包括采用常規的物理或者化學方法將光學薄膜材料鍍在人工晶狀體的表面，制成增透光學薄膜或增反光學薄膜；其中所制成增透光學薄膜的要求如下膜層的光學厚度nh＝(2k-1)×λ/4，其中n為光學薄膜的折射率，h為光學薄膜的厚度，k為任意正整數，λ為目標光的波長；并且1.334＜n＜n2，n2為人工晶狀體的折射率；膜層數為單層；所制成增反光學薄膜的要求如下膜層的光學厚度nh＝(2k-1)×λ/4，n為光學薄膜的折射率，h為光學薄膜的厚度，k為任意正整數，λ為目標光的波長；并且1.334＜n＞n2，n2為人工晶狀體的折射率；膜層數為任意層數。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于所述的光學薄膜材料選自有機物材料或無機物材料。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于所述的有機物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、硅凝膠、水凝膠、丙烯酸酯、聚碳酸酯或記憶體材料；所述的無機物材料為類金剛石或二氧化硅。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于所述的目標光選自紅光、橙光、黃光、綠光、青光、藍光或紫光。
5.一種薄膜型人工晶狀體，其特征在于由權利要求1-4任一一項所述方法制備得到的產品。
6.權利要求5的薄膜型人工晶狀體在醫學中的用途。
全文摘要
本發明公開了一種制備薄膜型人工晶狀體的方法及由該方法制備得到的產品。本發明采用常規的物理或者化學方法將光學薄膜材料鍍在人工晶狀體的表面，制成增透膜人工晶狀體或增反膜人工晶狀體。本發明方法通過控制鍍膜的厚度和層數，以控制通過人工晶狀體的光線，使得通過的光線具有一定的波長，一定的強度，能夠達到有針對性的改善使用人工晶狀體患者的視覺功能質量的目的。
文檔編號B29D11/00GK1799522SQ200510123310
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者陳曉勇, 王薇 申請人:陳曉勇, 王薇