专利名称：形成包含导电材料的眼科镜片的方法
技术领域：
本发明描述了用于制造通电眼科镜片的方法和设备，更具体地讲描述了用于制造 具有包含能源的介质插入物的眼科镜片的方法和设备。
背景技术：
传统上，诸如隐形眼镜、眼内镜片或泪点塞的眼科装置包括具有矫正、美容或治疗 特性的生物相容性装置。例如，隐形眼镜可以提供如下作用中的一种或多种视力矫正功 能；增进美容；和治疗作用。每种功能由镜片的物理特性提供。具有折射特性的镜片可提供 视力矫正功能。在镜片中掺入颜料可增进美容。掺入镜片中的活性剂可提供治疗功能。无 需使镜片处于通电状态就能实现这些物理特性。最近，有理论表明有源元件可结合到隐形眼镜中。一些元件可包括半导体装置。一 些例子示出，在置于动物眼睛上的隐形眼镜中嵌入了半导体装置。然而，此类装置缺少独立 的通电机制。尽管可在镜片和电池之间连接电线以便为该半导体装置供电，但有理论表明 该装置可通过无线方式供电，不过目前尚没有此类无线供电机制可供利用。因此期望有另外的有助于形成眼科镜片的方法和设备，所述镜片通过无线方式通 电至适合给结合到生物医学装置(如眼科镜片)中的半导体装置供电的程度。
发明内容
因此，本发明包括用于形成具有通电部分的眼科镜片的方法和设备，其中通电部 分能对有源元件供电。在一些实施例中，眼科镜片将包括具有介质插入物的铸模有机硅水 凝胶，介质插入物包含能够无线接收能量并对电子元件供电的能量接收器。可通过(例如) 喷射方法或移印方法或自动放置来产生通电部分，在自动放置中将导电材料设置在被结合 到镜片中的介质上。另外的实施例包括形成眼科镜片的方法，该方法包括将包含能量接收器的介质沉 积到用于制作眼科镜片的模具部件中的步骤。可通过喷射(ink jet)、移印或机械放置将能量接收器沉积到介质上。将反应性单 体混合物置于第一模具部件和第二模具部件中的一者内。第一模具部件邻近第二模具部件 设置，从而形成镜片腔体，该镜片腔体内具有包含能量接收器的介质和至少一些反应性单 体混合物；并使反应性单体混合物暴露于光化辐射。通过控制反应性单体混合物所暴露的光化辐射来形成镜片。
图1示出了根据本发明的一些实施例的模具装配设备和介质。图2A示出了具有包含元件和能量接收器的介质的眼科镜片的俯视图。图2B示出了具有包含元件和能量接收器的介质的眼科镜片的侧视图。图3示出了用于将具有能量接收器的介质置入镜片模具中的设备。图4示出了根据本发明的一些实施例的方法步骤。图5示出了根据本发明的一些另外方面的方法步骤。图6示出了可用于实现本发明的一些实施例的处理器。
具体实施例方式本发明包括眼科镜片和制备眼科镜片的方法。具体地讲，本发明包括具有无线能 量接收器和信息处理元件的眼科镜片，无线能量接收器和信息处理元件是通过介质插入物 被施加到镜片或镜片模具部件。在一些实施例中，本发明包括水凝胶隐形眼镜，其包含介 质，而介质包含通常为环形的、围绕隐形眼镜视区的周围的能量接收器。另外的实施例可包 括能量接收器部分，其包括线圈图案或其他图案的导电材料，该导电材料被结合到眼科镜 片所包含的介质中。该图案可基于可通过无线方式传递至镜片的调谐能量波长。在一些实施例中，导电材料的图案可以位于镜片佩戴者据以进行观看的视区之 外，而在其他实施例中所包含的导电材料图案足够小而不会对隐形眼镜佩戴者的视觉产生 不利影响，从而可以位于视区之内或之外。通常，根据本发明的一些实施例，包含能量接收器的介质插入物被包含在眼科镜 片内。在一些实施例中，可通过喷印方法将能量接收器沉积到介质上，该喷印方法将接收器 材料放置在合宜的位置。相对于用于制作镜片的模具部件，通过机械方式将介质插入物放 置在适当的位置。在一些实施例中，将元件放置成与介质上所包括的接收器材料成电气连 通，使得接收器材料可提供电能为该元件供电。在放置介质插入物后，反应性混合物可通过 分别的模具部件成型，并聚合形成眼科镜片。^X如本文所用，“能量接收器”是指充当接收无线能量(例如通过无线电波传输)的 天线的媒介。如本文所用，“能量接收部分”是指生物医学装置(例如眼科镜片)中起到能量接 收器作用的部分。如本文所用，“喷射设备”是指将液体或熔化材料的小滴推射到介质上的设备。作 为非限制性例子，喷射设备可以包括以下设备中的一种或多种压电式喷射设备；热喷射 设备和连续喷射设备。如本文所用，术语“喷射(ink jetting) ”或“喷出”是指导致液体或熔化材料的小 滴被推射到介质上的操作。如本文所用，“镜片，，是指位于眼睛内或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可提供 光学矫正作用或可以起到美容的作用。例如，术语镜片可以指用于矫正或改进视力或用于 眼部机体美容(如虹膜颜色)而不会妨碍视力的隐形眼镜、眼内镜片、覆盖镜片、眼植入物、 光学植入物或其他类似的装置。在一些实施例中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成的软质隐形眼镜，其中水凝胶包括但不限于有机硅水凝胶和含氟水凝胶。如本文所用，术语“镜片形成混合物”或“反应性混合物”或“RMM” (反应性单体混 合物)是指可被固化并交联或可被交联而形成眼科镜片的单体或预聚物材料。各个实施例 可包括具有一种或多种添加剂的镜片形成混合物，例如UV阻挡剂、着色剂、光引发剂或催 化剂，以及人们可能想在眼科镜片(例如隐形眼镜或眼内镜片)中加入的其他添加剂。如本文所用，“镜片形成表面”是指用于模制镜片的表面。在一些实施例中，任何此 类表面103-104可以具有光学质量的表面光洁度，这表示它足够光滑并被成型为使得通过 聚合与模具表面接触的镜片形成材料而制作的镜片表面在光学上是合格的。此外，在一些 实施例中，镜片形成表面103-104可以具有给镜片表面赋予期望的光学特性所必需的几何 形状，包括但不限于球面、非球面以及柱面度数、波前像差矫正、角膜形貌学校正等，以及它 们的任何组合。如本文所用，术语“介质插入物”是指用于支承能量接收器的刚性、半刚性或柔性 的平台。如本文所用，术语“模具”是指可用于从未固化的配方形成镜片的刚性或半刚性物 体。一些优选的模具包括构成前曲面模具部件和后曲面模具部件的两个模具部件。如本文所用，“视区”是指眼科镜片佩戴者据以进行观看的眼科镜片区域。如本文所用，“从模具脱离”表示镜片完全与模具分离，或者只是松散地连接着，使 得可通过轻微搅动移出或用药签推出。现在参见图1，图中示出了用于眼科镜片的示例性模具100，该镜片具有能量接收 部分109。如本文所用，术语模具包括具有腔体105的构造100，可将镜片形成混合物110 分配到腔体105中，使得当镜片形成混合物反应或固化后产生期望的形状的眼科镜片。本 发明的模具和模具组件100由不止一个“模具部件”或“模具件” 101-102构成。可将模具 部件101-102组合在一起，这样在模具部件101-102之间形成腔体105，镜片可在此腔体内 形成。优选地，模具部件101-102的这种组合是暂时的。镜片形成后，可以再次分离模具部 件101-102，以取下镜片。至少一个模具部件101-102有其表面103-104的至少一部分与镜片形成混合物接 触，使得镜片形成混合物110反应或固化后，表面103-104给与其接触的镜片部分提供期望 的形状和形式。对于至少一个其他模具部件101-102也是如此。因此，例如，在一个优选实施例中，模具组件100由两个部件101-102形成，即凹形 件(前件)102和凸形件(后件)101，二者之间形成腔体。凹形表面104与镜片形成混合物 接触的部分具有要在模具组件100中生产的眼镜片的前曲面的曲率，而且足够光滑并被成 型为使得通过聚合与凹形表面104接触的镜片形成混合物而形成的眼科镜片的表面是光 学上合格的。在一些实施例中，前模具件102还可以具有围绕圆形周围边缘108并与其成一整 体的环状凸缘，且前模具件102在垂直于轴并从凸缘延伸的平面内从凸缘延伸(未示出)。镜片形成表面可以包括具有光学质量表面光洁度的表面103-104，这表示它足够 光滑并被成型为使得通过聚合与模具表面接触的镜片形成材料而形成的镜片表面是光学 上合格的。此外，在一些实施例中，镜片形成表面103-104可具有给镜片表面赋予期望的光
5学特性所必需的几何形状，包括但不限于球面、非球面以及柱面度数、波前像差矫正、角膜 形貌学校正等，以及它们的任何组合。在111处，示出了可通过(例如)喷射或移印将能量接收器设置到其上的介质。介 质111可以是任何在其上支承导电材料的接纳材料。在一些实施例中，介质111可以是在 镜片形成时可被掺入到镜片中的材料的透明涂层。透明涂层可包含(例如)如下所述的颜 料、单体或其他生物相容性材料。另外的实施例可包括包含插入物的介质，而插入物可以为 刚性的或可成形的。在一些实施例中，刚性插入物可包括提供光学性质(例如用于视力矫 正的那些性质)的光学区和非光学区部分。可将能量接收器沉积在该插入物的光学区和非 光学区中的一者或两者上。刚性插入物可包含任何与镜片材料相容的材料，且在各个实施例中，可包含不透 明或非不透明的材料。各个实施例还包括在将插入物放入用于形成镜片的模具部分之前先将能量接收 器喷射到该插入物上。插入物或其他介质111还可以包括一个或多个会通过能量接收器 109接受电荷的元件。模具部件101-102的材料可以包括以下一者或多者的聚烯烃聚丙烯、聚苯乙烯、 聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯，以及改性的聚烯烃。优选的脂环族共聚物包含两种不同的脂环族聚合物，由Zeon Chemicals L. P.以 商品名ZEONOR销售。存在几种不同等级的ZE0N0R。各种等级都可具有105°C至160°C范围 内的玻璃化转变温度。特别优选的材料为ZEONOR 1060R。可与一种或多种添加剂组合以形成眼科镜片模具的其他模具材料包括(例如) Zieglar-Natta聚丙烯树脂(有时称为znPP)。一种示例性Zieglar-Natta聚丙烯树脂以商 品名PP 9544MED出售。PP 9544MED为用于按照FDA法规21CFR(c) 3. 2进行清洁成型(clean molding)的澄清无规共聚物，由 ExxonMobile Chemical Company 提供。PP 9544MED 为具 有乙烯基的无规共聚物(znPP)(以下称9544MED)。其他示例性的Zieglar-Natta聚丙烯树 脂包括=Atofina聚丙烯3761和Atofina聚丙烯3620WZ。>在一些实施例中，本发明的模具还可以包含诸如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚 甲基丙烯酸甲酯、主链上含脂环部分的改性聚烯烃以及环状聚烯烃的聚合物。这种共混物 可用于任何一半或两半模具上，其中优选的是将这种共混物用于后曲面，而前曲面包含脂 环族共聚物。在根据本发明的制备模具100的一些优选方法中，按照已知的技术采用注射成 型，然而，各实施例也可以包括通过其他技术制作的模具，这些技术包括(例如)车床加工、 金刚石车削或激光切割。镜片通常在两个模具部件101-102的至少一个表面上形成。然而，在一些实施例 中，镜片的一个表面可由模具部件101-102形成，镜片的另一个表面可以用车床加工方法 或其他方法形成。縱现在参见图2A，其中示出了眼科镜片201、能量接收器109和元件203。如图所示， 能量接收器109可包含导电材料，例如碳纤维、碳纳米结构(包括碳纳米管)和金属材料。 合适的金属材料可包括(例如)金、银和铜。碳纳米结构可包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。能量接收器109可与元件203成电连通。元件203可包括能对电荷作出响应而发 生状态变化的任何装置，例如半导体型芯片、无源电气装置或光学装置(例如水晶透镜)。 在一些具体的实施例中，元件203包括蓄电装置，例如电容器、超级电容器、电池或其他蓄 电元件。蓄电元件203可包括(例如)位于视区之外、眼科镜片周边中的锂离子电池，它 可通过进入能量接收器(通过喷射法沉积)的射频和磁感中的一者或多者充电。其他蓄电 装置元件也可以通过能量接收器109接受电荷。其他示例性实施例可包括包含射频识别芯片(“RFID芯片”)的元件。元件203 也可包括多个装置或电路。为了简便描述起见，该一个或多个装置一般将以单数表示，如元 件 203。图2B进一步示出了能量接收器109可以图案109A的形式放置、喷射或移印到介 质111上。图案109A可用于增加存在于镜片中的能量接收器的电长度。另外，可将图案 109A调谐到无线波长，以促进或控制能量的高效无线传输。如图所示，在一些实施例中，能量接收器部分109和元件203位于视区202之外， 其中视区202包括镜片201的为镜片201佩戴者提供视线的那部分。其他实施例可包括位 于眼科镜片的视区部分中的能量接收器109。例如，此类实施例可包括由导电粒子形成的接 收器部分109，其中导电粒子非常小，单凭肉眼无法看见。在一些实施例中，优选的镜片类型可包括具有含有机硅的组分的镜片201。“含有 机硅的组分”是指在单体、大分子单体或预聚物中至少含一个[-Si-O-]单元的组分。优选 地，以含有机硅的组分的总分子量计，所有Si和所连接的0在含有机硅的组分中的含量大 于约20重量％，还更优选地大于30重量％。可用的含有机硅的组分优选地包含可聚合的 官能团，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基、N-乙烯基内酰胺、 N-乙烯基酰胺和苯乙烯基官能团。合适的含有机硅的组分包括由式I表示的化合物
R1 .ι R1-Si-
Ri其中R1独立地选自一价反应性基团、一价烷基或一价芳基，上述任何基团还可以包含 选自羟基、氨基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰胺基、氨基甲酸根、碳酸根、商素或它们的 组合的官能团；和具有1至100个Si-O重复单元的一价硅氧烷链，其中重复单元还可以包 含选自烷基、羟基、氨基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰氨基、氨基甲酸根、商素或它们的 组合的官能团；其中b = 0至500，其中应当理解当b不为0时，b为众数(mode)等于设定值的分布；其中至少一个R1包含一价反应性基团，在一些实施例中，1至3个R1包含一价反
应性基团。如本文所用，“一价反应性基团”为可经历自由基和/或阳离子聚合反应的基团。
R1 O-SiH
R1
O-Si-R1
Λι h R
7自由基反应性基团的非限制性例子包括(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯基、乙烯基、乙烯基醚、 CV6烷基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、Cp6烷基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基内酰 胺、N-乙烯基酰胺、C2_12烯基、C2_12烯基苯基、C2_12烯基萘基、C2_6烯基苯基、C1^6烷基、0-乙 烯基氨基甲酸酯以及0-乙烯基碳酸酯。阳离子反应性基团的非限制性例子包括乙烯基醚 或环氧基以及它们的混合物。在一个实施例中，自由基反应性基团包括(甲基)丙烯酸酯、 丙烯酰氧基、(甲基)丙烯酰胺、以及它们的混合物。合适的一价烷基和芳基包括未取代的一价C1至C16烷基、C6-C14芳基，例 如取代的和未取代的甲基、乙基、丙基、丁基、2-羟丙基、丙氧基丙基、聚氧乙烯丙基 (polyethyleneoxypropyl)、它们的组合等。在一个实施例中，b为0，一个R1为一价反应性基团，至少3个R1选自具有1至16 个碳原子的一价烷基，在另一个实施例中，选自具有1至6个碳原子的一价烷基。在本实施 例中，有机硅组分的非限制性例子包括2-甲基2-羟基-3-[3-[l，3，3，3-四甲基-1-[(三 甲基甲硅烷基)氧基]二硅氧烷基]丙氧基]丙酯(“SiGMA”)、2-羟基-3-甲基丙烯酰 氧基丙氧基丙基-三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅 烷氧基)硅烷(“TRIS”)、3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷以及 3-甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷。在另一个实施例中，b为2至20、3至15，或在一些实施例中，为3至10 ；至少一个 末端的R1包含一价反应性基团，其余的R1选自具有1至16个碳原子的一价烷基，在另一 个实施例中，选自具有1至6个碳原子的一价烷基。在又另一个实施例中，b为3至15，一 个末端的R1包含一价反应性基团，另一个末端的R1包含具有1至6个碳原子的一价烷基， 其余的R1包含具有1至3个碳原子的一价烷基。该实施例中有机硅组分的非限制性例子 包括(单-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)-丙基醚封端的聚二甲基硅氧烷(分子量为 400-1000) ( “OH-mPDMS”)、单甲基丙烯酰氧基丙基封端的单正丁基封端的聚二甲基硅氧烷 (分子量为 800-1000) ( “mPDMS”)。在另一个实施例中，b为5至400或10至300，两个末端的R1均包含一价反应性 基团，其余的R1独立地选自具有1至18个碳原子的一价烷基，所述一价烷基在碳原子之间 可以具有醚键并且还可以包含卤素。在一个需要有机硅水凝胶镜片的实施例中，本发明的镜片将由反应性混合物制 成，其中按据以制备聚合物的反应性单体组分的总重量计，反应性混合物包含至少约20重 量％的含有机硅的组分，优选地在约20重量％至70重量％之间。在另一个实施例中，一至四个R1包含碳酸乙烯酯或如下式所示的乙烯基氨基甲酸式II
RO
,,_ ιμ
H2C=C-(CH2)q-O-C-Y其中Y代表 0-、S-或 NH-，R代表氢或甲基，d为1、2、3或4;q为0或1。含有机硅的碳酸乙烯酯或乙烯基氨基甲酸酯单体具体包括1，3_双[4_(乙烯氧基羰基氧基)丁-1-基]四甲基-二硅氧烷、3_ (乙烯氧基羰基硫基)丙基-[三(三甲基甲 娃烷氧基)硅烷]、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基烯丙基氨基甲酸酯、3-[三 (三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基乙烯基氨基甲酸酯、碳酸三甲基甲硅烷基乙基乙烯 酯、碳酸三甲基甲硅烷基甲基乙烯酯，并且
权利要求
一种形成眼科镜片的方法，所述方法包括将能够通过无线电波接收能量的导电材料沉积到介质上；将反应性单体混合物沉积到第一模具部件中；将具有所述导电材料的所述介质布置成与所述反应性单体混合物接触；将所述第一模具部件布置成邻近第二模具部件，从而形成镜片腔体，所述介质和导电材料以及至少一些反应性单体混合物在所述镜片腔体中；以及将所述反应性单体混合物暴露于光化辐射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能够通过无线电波接收能量的导电材料通过 喷射方式沉积到所述介质上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述介质包括粘合剂层，并且所述方法另外包括 以下步骤将所述粘合剂层沉积到所述第一模具部件和所述第二模具部件之一上；以及 将所述导电材料喷射到所述粘合剂层上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述介质包括所述第一模具部件和所述第二模具 部件中的一者或两者。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电材料以这样的图案进行喷射，该图案邻 近所述眼科镜片的周边，且在当将所述眼科镜片放置在眼睛上时的视野之外。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量接收器包括导电纤维。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电纤维包括碳纳米管。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述导电纤维包括纳米结构。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述粘合剂层包含颜料。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述粘合剂层包含预聚物。
11.根据权利要求3所述的方法，其中所述粘合剂层包含反应性单体混合物。
12.—种将数据传入或传出包括电动元件的眼科镜片的方法，所述方法包括以下步骤将能量通过无线方式传输至所述镜片的能量接收器部分； 向所述元件提供充足的电能，使得所述元件能够输出数字数据；以及 从所述元件输出数字数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述生物医学装置包括眼科镜片。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述生物医学装置包括隐形眼镜。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述无线传输能量的步骤包括将无线电波传输 到调谐天线，所述调谐天线被喷射到构成所述镜片的介质上。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述无线传输能量的步骤包括将磁力传输到导 电材料，所述导电材料被喷射到构成所述镜片的介质上。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述生物医学装置另外包括传输元件，并且所 述方法另外包括以下步骤向所述传输元件提供充足的电能，使得所述元件能够传输至少一部分输出数字数据；和将来自所述元件的数字数据传到所述镜片的边界之外。
全文摘要
本发明公开了提供眼科镜片的方法和设备，所述眼科镜片具有包含能量接收器的介质。在一些实施例中，所述介质包括置于腔体中的插入物，该腔体被成形用来从反应性混合物铸模出眼科镜片。
文档编号B29D11/00GK101983122SQ200980112540
公开日2011年3月2日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年3月31日
发明者D·B·奥茨, R·B·皮尤 申请人:庄臣及庄臣视力保护公司