[隱形眼鏡的秘密]軟式隱形眼鏡材質種類 | 8分鐘破解8大軟式鏡片材質

軟式隱形眼鏡材質
最後更新日期:2023-11-17 11:01 上午

在材質中,可藉由兩種或多種材質中進行製造,形成的軟式隱形眼鏡就會有獨有的特性與問題,那麼,常規的軟式隱形眼鏡材料有那些呢?

本篇文章帶領玩家們認識軟式隱形眼鏡材質與破解以下問題:

  1. 軟式隱形眼鏡材質種類有哪些
  2. 聚合物是什麼與如何定義
  3. 軟式隱形眼鏡材質的優點與缺點
  4. 水凝膠是什麼
  5. 含矽的軟式隱形眼鏡有什麼特性

聚合物是什麼

聚合物(polymers),是由高分子量鏈所組成的固態材料,而高分子量鏈的組成是由重複的小單位所組成。

簡單來說,由眾多重複的小原子(小單位)形成了大分子(高分子量鏈),然而大分子(高分子量鏈)會依照不同的排序形成出聚合物。

該詞是源由古希臘語,意思是「很多組成」。在日常生活中被廣泛應用,被稱為「21世紀中的鋼鐵」。

所有的隱形眼鏡材質,均可定義為聚合物。

構成聚合物的種類、幾何排列,賦予了每種聚合物的化學特性。材質來源,可以完全天然、部分天然或是完全人工製成,舉例來說:

  1. 完全天然:纖維素
  2. 部分天然:醋酸纖維素
  3. 完全人工:PMMA

而市面上的隱形眼鏡材質,幾乎是完全人工製成的。

值得注意的是,軟式隱形眼鏡的材質,由水凝膠的材質所組成的。

水凝膠是什麼

水凝膠,屬於網狀的聚合物。

只要一提到軟式隱形眼鏡,腦中想到的是水凝膠這種材質。乃因它們能夠與因水膨脹交聯性或者是親水性的聚合物製成具有不錯的柔韌性與柔軟性。

而親水性(hydrophilic),該詞彙可以來表達它們喜歡水分的程度。

水凝膠的特性

眼睛對材質的要求相當地高,作為製成軟式隱形眼鏡的生物材料,需要達到以下幾點:

  1. 配戴鏡片感到舒適
  2. 配戴鏡片得到清晰、穩定的視力
  3. 鏡片舉有充足的耐用性與耐久性
  4. 需要充分的透氧性,讓角膜可以充分呼吸
  5. 允許離子能通過鏡片材質,為了保持眼睛運動
  6. 需要保持鏡片穩定,讓眼球表面形成連續的淚膜
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光學特性

水凝膠製成的隱形眼鏡必須是透明的,才能有清晰良好的矯正視力效果。

可以依照透明、半透明、不透明材料有不同的特性:

  1. 透明:可以直接透視
  2. 半透明:雖然不可以透視,不過光線依舊能夠穿透
  3. 不透明:不可以透視、光線也不能夠穿透

光學清晰度的標準,以能夠穿透90%以上可見光譜的光線。

另外,如果隱形眼鏡失去透明度的話,假設撇除掉外在因素,例如鏡片變形、蛋白質分泌物等問題,可能就是水分的微相分離,讓鏡片本身形成出不同的折射區域

物理性質

物理性質對水凝膠隱形眼鏡非常的重要,因為這對以下鏡片的特性有直接相關:

  1. 視覺性能
  2. 適配特性
  3. 可操作性
  4. 鏡片的耐久性
  5. 鏡片的舒適性
  6. 眼睛生理影響

在鏡片充滿水分的情況下(水合作用),大多數軟式隱形眼鏡具有柔軟彈性

不過反之,鏡片經過脫水作用,隱形眼鏡本身就會變得硬脆

不過不用擔心,水凝膠材質因親水性而吸水,因此可以在水中膨脹,使它們能夠變得柔軟且彈性。

備註:在實驗中,通常以水作為塑化劑。

水凝膠材質與完全彈性材質的差異

水凝膠本身是具有黏彈性,一般受到壓力就會改變形狀。

視情況下,會隨著時間慢慢地回復原本的形狀;如果受力過大,可能造成材質的永久性受損,簡單來說就是無法完全回復原本的形狀。

不過完全彈性纖維就不同了,該材質不論受到多大的力,都會恢復原本的形狀

表面特性

用於表達液體擴散到固體表面上的材質。

會直接影響到淚膜的相互作用,並且影響到生物相容性。

隱形眼鏡中的內部濕潤性,自身保有淚膜下,在隱形眼鏡表面上擴散的能力。

內部濕潤性,視臨床上的一種重要指標。所有隱形眼鏡的製成成功,與是否穩定淚膜的程度有關。

含水量

可以簡稱為EWC,可視環境中的因素,決定EWC的多寡。

因素可以是PH值張力溫度乾燥程度,都可以影響到EWC。

其中,溫度是重要的考慮因素,因為當要拿隱形眼鏡並且配戴在眼球時,鏡片的溫度會略為升高,這是常見的現象。

然而,當鏡片置入在不同的PH值或是滲透率的會有細微的變化,尤其在離子材質的鏡片會有顯著的效果。

軟式隱形眼鏡材質

既然玩家們已經認識了水凝膠材質與它的特性,那麼接下來要更加仔細的分類。

事實上,水凝膠屬於聚合物,然而等一下介紹的材質是屬於大分子,每一種大分子能讓隱形眼鏡本身具有不同的特性,例如光學品質好、高含水、鏡片本身穩定等優點。

相對地,加入了某些材質也會有某些缺點,例如容易吸附蛋白質、Dk值低、對PH值敏感等。

那麼,我們接下來認識隱形眼鏡的材質吧!

聚甲基丙烯酸乙脂

聚甲基丙烯酸乙脂(polyhydroxy ethylmethacrylate, pHEMA),是主要開發軟式隱形眼鏡的材質,能讓隱形眼鏡含水量高達38%、濕潤性也相當良好,是上一代的隱形眼鏡材質,PMMA再加上氫基(-OH)所形成的聚合物。

不只如此,pHEMA還可以與其他的大分子材質結合使用:

舉例來說,假設想要讓隱形眼鏡從55%高達到80%,那麼可以用MAA或是NVP做添加。

作為軟式隱形眼鏡的才要來說,是一種非常穩定的材料,因為不論是在PH值、溫度、張力的變化等,對含水量的影響都相對的小。

二甲基丙烯酸乙二醇脂

二甲基丙烯酸乙二醇脂(ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA),可以增加鏡片的穩定性,主要當作為交聯劑來使用。

不過作為交聯劑使用的話,那麼缺點就是使鏡片的含水量降低降低韌性

備註:鏡片韌性降低,就是鏡片不容易變形,延展性變差。

N-乙烯基毗咯烷酮

N-乙烯基毗咯烷酮(N-vinyl pyrrolidone, NVP),能夠與HEMA結合來增加鏡片含水量,可以讓氧氣更容易傳遞到角膜上。

是屬於中與高含水量的材料,甚至國外部分產品可高達驚人的90%的含水量,不只如此,含有NVP的鏡片通常也具有離子性(帶負電荷),這都說明NVP是非常親水且具濕潤性的材質。

不過鏡片材質與NVP材質結合後,就會失去原有的光滑感,變成相當於橡膠的型態以及會蒸發的可能性會變得更高。

該聚合物,會對溫度相當的敏感,隱形眼鏡參數可能有所改變,Helfilcon A便是屬於製作此聚合物的材料。

甲基丙烯酸甲脂

甲基丙烯酸甲脂(methyl methacrylate, MMA),與EGDMA一樣,主要是作為交聯劑使用。

MMA,對於隱形眼鏡的從事人員相當熟悉,因為該材質是硬式隱形眼鏡,PMMA的製作材料。既然可以製作硬式隱形眼鏡,那麼它的特性是光學品質佳、可增加鏡片的硬度韌性

是屬於惰性材質,因此會非常穩定,但是無法提高透氧度

MMA可以跟上一段的NVP形成聚合物,能夠製作出含水量60~85%的隱形眼鏡Lidofilcon就是它們的材質。

甲基丙烯酸

甲基丙烯酸(methacrylic acid, MAA),是另一種親水性的單體,只要加入到隱形眼鏡的製劑時,就會產生離子性(帶負電荷),這樣可以吸收更多的水分,MAA加入的愈多、水分吸收量也會愈多

舉例來說,在HEMA製成的隱形眼鏡中,只要加入1.5~2.5%的MAA,就可以讓隱形眼鏡的含水量增加到50~60%,而且透氧度也會跟著增加。

像這種可以增加含水量的製劑,MAA是對張力相當的敏感,因此,如果在低滲透壓的溶液,鏡片就會膨脹;反之如果在高滲透壓的溶液,鏡片就會收縮。這跟紅血球在不同濃度的食鹽水是一樣的原理。

此外,MAA也對PH值相當敏感,如果泡在讓鏡片本身的PH值還要低的溶液中,不太會膨脹,而蛋白質容易吸附在鏡片表面,還有使用熱消毒時鏡片的尺寸會不太穩定

典型的MAA與HEMA所結合的聚合物像是MethafilconOcufilconEtifilcon

甲基丙烯酸脂

甲基丙烯酸脂(alyceryl meth acrylate),比HEMA更加親水,因為以分子世界來觀察,具有2個氫基,而且可讓鏡片濕潤性提高抗沉積能力效果提升。

不過,缺點就是含水量透氧程度偏低

以GMA的參與,可以製作兩種鏡片材質的聚合物,其一是GMA再加上MMA;其二是GMA再加上HEMA

軟式隱形眼鏡材質 甲基丙烯酸相關材質

甲基丙烯酸脂相關的材質其一

首先介紹前者,製成的材質,含水量落在30~42%之間,比pHEMA還要來得堅固,以這GMA與MMA組成的聚合物便是Crodilcon

甲基丙烯酸脂相關的材質其二

後者則是具有高含水非離子性的特性,可被美國的FDA定義為第二類的隱形眼鏡。

含水量可高達70%,是前者材質的兩倍,該鏡片可低脫水快速達成水合狀態,因此使用時,可以擁有良好的水平衡比例

此外,因為有GMA,所以抗沉積能力良好、在PH值變化的環境中相對穩定。

Hioxifilcon AHioxifilcon BHioxifilcon D均屬於該第二類材質。

聚乙烯醇

聚乙烯醇(polyvinyl alcohol),跟NVP、MAA一樣,屬於非常親水的材質,可增加鏡片的含水量Dk值

生物相容性高也具有抗沉積能力,還能增加鏡片的硬度韌性,經過檢測光學品質佳

像這種具有多數優點的材質,缺點就是難以製作,通常該材質的鏡片是需要訂製,為客人量身打造的,自然價格可能相比其他材質也相對昂貴。

軟式隱形眼鏡材質整理

材質優點缺點
pHEMA親水性好
濕潤性
延展性佳
材質柔軟
低透氧
EGDMA穩定性高低透氧
NVP具離子性
親水性好
濕潤性提高
對水吸附能力強
對PH值敏感
MMA硬度增加
光學品質好
材質穩定
不透氧
MAA具離子性
親水性好
對PH值敏感
GMA濕潤性高
抗沉積能力高
含水量低
低透氧
PVA抗沉積能力高
對水吸附能力強
難製作
老花隱形眼鏡種類

矽水膠隱形眼鏡材質

矽水膠(silicone hydrogel, SiHy),在研發鏡片材質的歷史中,是相對比較晚開發出的材質,約1988年。

簡單來講,就是水凝膠+矽材質所組成。

第一個以為基礎的隱形眼鏡,是由MMA再加上矽所組成,同時也為硬式隱形眼鏡的發展做一個基礎,將MMA的特性與增加透氧的矽元素結合。

另一種,是由MMA再加上矽酮丙烯酸脂(silicone acrylate, SA)所組成,該材質稱為三甲基甲矽烷氧基矽烷(trimethylsiloxy silicone, TRIS),是目前RGP的基礎材料之一。

含矽的聚合物會讓氧氣通過,而水則讓鏡片移動。原理是先將視角轉到分子的世界,鏡片的矽孔多,雖然能夠透氧但是不容易保濕

雖然已開發出與矽結合的聚合物可以增加保濕度,此鏡片依舊會有高含水、低透氧的特性。

不過含水量較低所以鏡片硬度較硬濕潤度不好而影響配戴的舒適度、容易形成乾點容易附著沉積物

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總結

軟式隱形眼鏡的材質可以說是相當多元,以上這些例子是在市面上相對常見的幾種。

現今,為了擁有更好的使用者體驗,軟式隱形眼鏡一直不斷地改良、進化。材料的組合與拆分,如何應用、應用在何處,這些都是讓隱形眼鏡的品質變得更加完善。

軟式隱形眼鏡材質介紹與它們的優缺點,在本篇文章已詳細描述,希望對玩家們繼續觀察。

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