JP4326646B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical element and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4326646B2
JP4326646B2 JP33180099A JP33180099A JP4326646B2 JP 4326646 B2 JP4326646 B2 JP 4326646B2 JP 33180099 A JP33180099 A JP 33180099A JP 33180099 A JP33180099 A JP 33180099A JP 4326646 B2 JP4326646 B2 JP 4326646B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
silk fibroin
optical
light
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP33180099A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001147301A (en
Inventor
英明 町田
傳信 梁
武史 加田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TRI Chemical Laboratorories Inc
Original Assignee
TRI Chemical Laboratorories Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRI Chemical Laboratorories Inc filed Critical TRI Chemical Laboratorories Inc
Priority to JP33180099A priority Critical patent/JP4326646B2/en
Publication of JP2001147301A publication Critical patent/JP2001147301A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4326646B2 publication Critical patent/JP4326646B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00663Production of light guides
    • B29D11/00682Production of light guides with a refractive index gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Biological Depolymerization Polymers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レンズ、光導波路、光回折格子、光メモリ、あるいは光ファイバ等の各種の光学素子が知られているが、それらの光学素子を製造するにあたっては、素子を構成する光学材料の屈折率を制御することが極めて重要である。
【0003】
上記の、屈折率を制御する従来の方法として、光を照射する方法が良く知られている。これは、光化学活性な分子を含む材料に光を照射することによって、材料中に光化学反応を生起させ、それに伴う屈折率変化を得るものである。この技術は、照射する光を干渉させたり、リソグラフィの手法を応用することにより、屈折率のより微細な変化パターンを得ることができるので、特に、光導波路や光回折格子、あるいは光メモリ等への応用が盛んに研究されている。例えば、特開平7−92313号ではレーザー光を照射して屈折率を周期的に変化させた光回折格子が開示されている。
【0004】
上述の方法は、従来、屈折率が材料中で不連続に変化する、いわゆるSI型の光学素子を製造するために専ら用いられてきたが、本発明者らは、材料中で屈折率が連続的に変化する屈折率分布型(GRIN)素子の製造に応用できることを見出し、特開平9−178901号(特許第2914486号)において提案している。この方法は、材料に照射した光が吸収により徐々に弱くなることを利用し、照射に対して深さ方向に連続的な屈折率分布を付与するものである。これにより、GI型光ファイバやGRINレンズ等を得ることができる。
【0005】
一方、特開昭60−73602号(特許第1665354号)では、シアン化ビニリデン等からなる高分子膜に、部分的に熱処理を施して屈折率の異なる部分を生じさせ、光導波路を形成する技術が開示されている。
【0006】
ところで、近年、光学材料に利用可能な物質として、絹フィブロイン、コラーゲン、多糖類等の天然由来の物質が提案されている。例えば、特公昭1−60126号では、アシルキトサンとコラーゲンの混合物にエポキシを加え、ガンマ線により架橋させたコンタクトレンズが開示されている。また、特開平5−38728号では、絹の粉末とビニル系モノマーとを圧縮・加熱して固形化したコンタクトレンズが開示されている。さらに、特公昭55−5089号では、透明なコラーゲンのゲルにガンマ線を照射して架橋させ、タンパク質分解酵素により溶解処理を施したソフトコンタクトレンズが開示されている。その他、従来例として、特開平8−143632号、特開平9−316143号、特公昭58−27813号等が挙げられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の絹フィブロイン等からなる光学材料は、いずれも材料中の屈折率を制御したものではなく、そのため屈折率を任意に制御して各種の光学素子に応用する技術の開発が望まれていた。
【0008】
そこで本発明は、上記従来の課題に鑑み、絹フィブロイン等の天然由来の物質からなる材料の屈折率を任意に、かつ容易に制御することができる新規な光学素子の製造方法、及びそれにより製造される光学素子を提供するものである。本発明で得られる光学素子は、生体適合性に優れ、廃棄しても環境に悪影響を与えることがなく、また変化させた屈折率は安定性に優れている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究を行った結果、絹フィブロイン等の生体高分子に対し、特定の条件で光や熱を作用させることにより、屈折率を制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の光学素子の製造方法は、絹フィブロインまたはポリベンジルグルタメートを主成分として形成し、屈折率変化を誘起するように光を照射し、及び/又は加熱することを特徴とする。
【0011】
さらに本発明は、照射する光の波長を、200〜900nm、好ましくは250〜400nmとしたことを特徴とする。
【0012】
また本発明は、照射する光のエネルギーを、1〜500J/μm、好ましくは50〜200J/μmとしたことを特徴とする。
【0013】
さらに本発明は、上記の方法により製造された光学素子からなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0015】
本発明は、ペプチドを主成分として用いる。また、ペプチドは透明であることが好ましいが、後述するように、他の光学ポリマーを副成分として用いる場合は透明でなくても良い。
【0016】
ここでペプチドとは、アミノ酸数が10以下のオリゴペプチド、10以上のポリペプチドの他に、分子量1万以上のいわゆるタンパク質を含むものとする。本発明のペプチドの具体例としては、後述の実施例1〜4に示す絹フィブロイン、実施例5に示すポリベンジルグルタメート、もしくはこれらの変性ペプチド、又はこれらの化学的に修飾したもの等を挙げることができる。
【0017】
上記のペプチドは、いずれかを単独で用いることもできるし、2つ以上のペプチドを組み合わせて用いることもできる。組み合わせることにより、それぞれのペプチドの特性をバランスして用途に適した光学素子を得ることができる。具体例として、絹フィブロインとコラーゲンとを併用する場合が挙げられる。この場合において、それぞれの割合は、目的の光学素子に要求される物性を考慮して適宜決定される。
【0018】
特に好ましく用いられる絹フィブロインは、カイコガから得られる生糸に、後述するような精練処理を施し、フィブロインを包んでいるセリシンを除去することによって得ることができる。絹フィブロインは、透明性に優れ、生体適合性を有しており、また生分解性なので廃棄しても環境に悪影響を及ぼすことがない。さらに、本発明により屈折率を制御した場合、得られる屈折率差が大きく、変化後の屈折率が安定であるので光学素子の材料として適している。
【0021】
次に、上記の生体高分子(ここでは、絹フィブロインまたはポリベンジルグルタメートをいうものとする、以下の全ての生体高分子について同じ。)を主成分として各種形状に成形する。成形は、従来知られた方法を適宜選択して行われる。ここで、成形物には生体高分子の他に、種々の副成分を含有することができる。副成分の具体例としては、他の光学ポリマー、光増感剤、架橋剤、重合開始剤、可塑剤等が挙げられる。上記の他の光学ポリマーは、生体高分子とブレンドさせても良いし、あるいは生体高分子と共重合させることもできる。また光増感剤は、屈折率の変化をより効率的に行うために用いられ、具体例として、ベンゾフェノン誘導体、フルオレン、フェナントレン、アントラセン等が挙げられる。
【0022】
成形過程の具体例として、絹フィブロインの場合について述べると、まず生糸を、沸騰した塩化カルシウム水溶液や室温の臭化リチウム水溶液で精練処理してセリシンを分離し、続いて透析により無機成分を取り除いて絹フィブロインの溶液とし、その溶液を乾燥させて絹フィブロインの粉末を得る。その後、粉末を溶融させて圧縮することにより所望形状に成形することができる。あるいは上記の絹フィブロインの溶液を乾燥させつつ成形しても良い。なお、上記の塩化カルシウム等の中性塩水溶液に代わり、塩酸等の酸やアルカリで加水分解させ溶解させることもできる。
【0023】
また別の方法として、上記の絹フィブロインの粉末とビニル系等のモノマーとを混合し、あるいは共重合して加熱圧縮することにより成形しても良い。さらに、絹フィブロインの溶液にビニル系等のモノマーを加えて共重合し、所望形状に成形した後に、成形物から無機成分を透析により除去することによっても得ることができる。上記モノマーとしては、光を照射し又は加熱しても変性し難いものであれば適用でき、具体的には、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレート、スチレン、アクリル酸等が挙げられる。
【0024】
また、絹フィブロインからなる成形物は、耐水性を向上させるために不溶化処理を施すことができる。具体的な不溶化処理の方法としては、成形物を70%エタノール等のアルコール中に浸漬したり、あるいは成形前の絹フィブロイン溶液に予めキトサン、アルギン酸等を加えておくことにより達成される。なお、不溶化は、ペプチド結合のNH基と、アルギン酸、キトサン、及びアルコールのOH基との間で水素結合を形成するためであると考えられる。
【0025】
さらに、絹フィブロインからなる成形物にはアルギン酸等の可塑剤を加えて結晶化度を低下させることにより、成形物を柔軟化させることができる。また可塑剤を加えることによりβシートの形成が進むため、成形物の強度等の機械的性質を向上させることもできる。また、上記の柔軟化は、絹フィブロインからなる成形物にタンパク質分解酵素を加えることによっても行うことができる。
【0026】
以上は絹フィブロインについて述べたが、ポリベンジルグルタメートであっても同様に、ポリベンジルグルタメートの粉末、あるいはその融液、もしくは溶液を作製し、光学ポリマー等の副成分を適宜加えて種々の方法により成形することができる。
【0027】
以上のように形成された生体高分子を主成分とする成形物に対して、屈折率変化を誘起するように光を照射し、又は加熱することにより各種の光学素子を得ることができる。
【0028】
照射する光の波長は、生体高分子が光化学反応を起こし、それに伴い屈折率が変化する波長であれば用いることができる。一般的には、200〜900nm、その中でも250〜400nmとすることが好ましい。200nm以下であると、生体高分子の分子鎖が切断されたり、副成分として用いる光学ポリマーの分子鎖が切断されて素子が破壊される恐れがあるため不適である。900nm以上の場合は、一般的に有機物質は反応せず、専ら分子を振動させるのみであって屈折率は変化し難いため不適である。また、使用する生体高分子の吸収波長に合わせた波長を選択すれば、より効率的に屈折率を制御することができ、得られる屈折率差も大きくなるため好ましい。
【0029】
また、照射する光のエネルギーは、生体高分子の種類、照射波長、成形物の大きさ等によって異なるが、一般的に1〜500J/μm、さらに50〜200J/μmとすることが好ましい。1J/μm以下では、十分な屈折率変化が得られず、また500J/μm以上では、屈折率の変化が飽和してしまい、むしろ黄変する等して光学特性が損なわれるため不適である。
【0030】
光源は、上記の波長を有する光源であれば用いることができ、具体例として、炭素アーク灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、各種レーザー光等を挙げることができる。また、照射にあたっては、干渉フィルター等の各種のフィルターを介して成形物に照射される波長を絞ることができる。これによって生体高分子をより選択的に反応させることができ、屈折率の精密な制御が可能となる。
【0031】
さらに、加熱する温度は、生体高分子が反応して屈折率が変化する温度であれば適用でき、一般的には40〜220℃、その中でも80〜200℃とすることが好ましい。なお、熱により生体高分子の屈折率が変化する機構は定かではないが、酸化による可能性が考えられる。
【0032】
また、加熱方法は、従来の一般的な方法が適用でき、具体的には成形物をホットプレート上や恒温槽中で加熱したり、赤外線レーザ、マイクロ波照射等により屈折率を変化させたい部位を局所的に加熱する方法等が適宜選択される。
【0033】
光照射、及び加熱処理はそれぞれ単独で行うこともできるし、あるいは併用して、加熱しつつ光照射を行うこともできる。一般的に、併用した方が、生体高分子の反応が加速され、屈折率を効率的に制御することができる。また、得られる屈折率差も大きくなる傾向があるため好ましい。また、屈折率は、光の照射時間、波長、強度、加熱する温度、加熱時間等によって連続的に変化するため、条件を選択して屈折率を任意に制御することが可能である。
【0034】
具体的な、個々の光学素子を製造する工程については、従来の技術と同様に行うことができる。例えば、光導波路は、生体高分子を主成分とする成形物に対し、マスクを介して、屈折率変化を誘起するように光照射することにより得ることができる。光照射の代わりに加熱によっても良い。
【0035】
また別の例として、光回折格子の場合は、生体高分子を主成分とする成形物に対し、屈折率変化を誘起するレーザー光を干渉させ、その干渉縞を照射することによって得ることができる。
【0036】
さらに別の例として、光メモリの場合は、生体高分子を主成分とする成形物を記録媒体とし、その表面及び内部に光を集束させて屈折率を変化させ、情報を書き込むことができる。
【0037】
さらには、生体高分子からコンタクトレンズ等のレンズを作製し、それに光照射し、又は加熱することによって屈折率の波長分散を変化させ、アッベ数を制御することによってレンズの収差を改善することができる。
【0038】
また、上記のような屈折率を不連続に変化させたSI型の光学素子のみならず、屈折率分布型(GI型)光学素子の作製にも応用できる。例えば、レンズの中心から周囲にかけて光の照射時間を徐々に長く(短く)することにより、GRINレンズを得ることができ、レンズの厚さを薄くすることが可能となる。
【0039】
さらに、作製した光学素子は生体適合性に優れるので、生体用、医療用の光学素子として好適に用いられる。具体的には、例えば、白内障治療のために眼内に埋め込むレンズ(人工水晶体)として用いることができる。すなわち、眼内レンズはできる限り薄くしてレンズの重量を軽くした方が手術後のレンズの位置安定性が良いので、本発明によりレンズの屈折率を制御し、薄く形成した眼内レンズはこの用途に特に適している。また、レンズを柔軟化し、いわゆるソフトタイプの眼内レンズを作製することにより、白内障手術の際に切開口をレンズ直径よりも小さく形成し、この切開口に眼内レンズをまるめて挿入することができるので患者への負担が少なく好ましい。その他の用途として、体内に埋め込む光ファイバ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0040】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
蚕の繭から得た生糸を、塩化カルシウムの飽和(50wt%)水溶液50mlに5g加え、沸騰させて1時間処理した。続いて4日間透析を行って塩化カルシウムを取り除き、その後風乾させて濃縮し、絹フィブロインの10wt%水溶液を得た。得られた水溶液をスピンコートして、石英ガラス上に厚さ3〜4μmの絹フィブロインからなる膜を作製した。
【0041】
上記の膜に、超高圧水銀ランプ(波長範囲250〜430nm、USHIO(株)製スポットキュア)を照射した。光強度は、254nmで52mW、365nmで140mWであった。
光照射に伴う膜のUV吸収スペクトルを図1に示す。図1より、光照射に伴い吸光度の増加が観測され、絹フィブロインが光化学反応を起こしたことが明らかとなった。反応機構は定かではないが、光酸化と考えられる。そして、図2に示すように、光照射に伴い膜の屈折率が1.540から1.551に上昇するのが観測された。なお、膜の屈折率はプリズムカップリング法により測定した。この結果より、光照射によって屈折率を制御できることが明らかとなった。得られた屈折率差は、最大で0.011であり、光導波路等の光学素子への応用に充分な値が得られた。
【0042】
(実施例2)
実施例1で用いた絹フィブロインの膜を130℃で加熱し、加熱に伴う屈折率変化をプリズムカップリング法で測定した。
その結果、図3に示すように、加熱時間の増加に伴って屈折率が上昇するのが観測された。これにより、加熱することによって屈折率を制御できることが明らかとなった。得られた屈折率差は最大で0.9%であり、十分大きな値が得られた。
【0043】
(実施例3)
実施例1で用いた絹フィブロインの膜を、130℃に加熱すると同時に、実施例1と同様の条件で光照射した。
その結果、図4に示すように、加熱及び照射時間の増加に伴って屈折率が上昇するのが観測され、屈折率を制御できることが明らかとなった。得られた屈折率差は最大で1.8%であり、大きな値であった。また、光照射と加熱処理を併用することにより、絹フィブロインをより効率的に反応させることができ、得られる屈折率差も大きくできることが明らかとなった。
【0044】
(実施例4)
図5に示すように、基板2の上に作製した絹フィブロイン膜1に、実施例1と同じ光源7を用いて紫外線8を照射した。なお、紫外線8はミラー5で反射させ、レンズ6により平行光線にし、干渉フィルタ4により単波長化して照射した。そして、絹フィブロイン膜1上にはフォトマスク3を配した。フォトマスク3は、一定間隔で平行に25本の直線が刻み込まれたパターンになっており、その線幅は0.4μmであった。120min照射後、絹フィブロイン膜に632.8nmのHe−Neレーザ光を導波させてプリズムカップリング法により観測したところ、露光部分に一定角で入射したときにレーザ光が反射されるのが確認され、グレーティング素子を作製することができた。
【0045】
(実施例5)
基板上に作製したポリベンジルグルタメート膜に、線幅1mm、曲率半径1000mmの曲線を刻み込んだフォトマスクを介して実施例4と同様に紫外線を照射し、パターニング処理を施した。ただし、照射時間は24時間とした。
照射後のベンジルグルタメート膜にレーザ光を導入したところ、露光部分に沿って光が曲がり、出射部から光が観測された。
【0046】
【発明の効果】
以上、本発明により、絹フィブロイン等の生体高分子を主成分とする材料の屈折率を任意に、かつ容易に制御することができ、また生体適合性に優れ、廃棄しても環境に悪影響を与えることがない種々の光学素子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における光照射に伴う膜のUV吸収スペクトルの変化を示すグラフである。
【図2】 実施例1における光照射に伴う膜の屈折率変化を示すグラフである。
【図3】 実施例2における加熱に伴う膜の屈折率変化を示すグラフである。
【図4】 実施例3における加熱及び光照射に伴う膜の屈折率変化を示すグラフである。
【図5】 実施例4における実験装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 絹フィブロイン膜
2 基板
3 フォトマスク
4 干渉フィルタ
5 ミラー
6 レンズ
7 光源
8 紫外線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various optical elements such as a lens, an optical waveguide, an optical diffraction grating, an optical memory, and an optical fiber are known. In manufacturing these optical elements, the refractive index of the optical material constituting the element is controlled. It is extremely important to do.
[0003]
As a conventional method for controlling the refractive index, a method of irradiating light is well known. This is to irradiate a material containing photochemically active molecules with light to cause a photochemical reaction in the material and to obtain a change in refractive index associated therewith. This technology can obtain a finer change pattern of the refractive index by interfering with the light to be irradiated or by applying a lithography technique. In particular, this technology can be applied to optical waveguides, optical diffraction gratings, optical memories, etc. Applications are actively researched. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-92313 discloses an optical diffraction grating in which the refractive index is periodically changed by irradiating laser light.
[0004]
The method described above has heretofore been exclusively used to produce so-called SI-type optical elements in which the refractive index changes discontinuously in the material. Have been found to be applicable to the manufacture of a gradient index gradient type (GRIN) element, and proposed in JP-A-9-178901 (Japanese Patent No. 2914486). This method utilizes the fact that light irradiated to a material is gradually weakened by absorption, and gives a continuous refractive index distribution in the depth direction with respect to irradiation. Thereby, a GI type optical fiber, a GRIN lens, etc. can be obtained.
[0005]
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-73602 (Japanese Patent No. 1665354), a polymer film made of vinylidene cyanide or the like is partially heat-treated to generate portions having different refractive indexes, thereby forming an optical waveguide. Is disclosed.
[0006]
In recent years, naturally-occurring substances such as silk fibroin, collagen, and polysaccharides have been proposed as substances that can be used in optical materials. For example, Japanese Patent Publication No. 1-60126 discloses a contact lens in which an epoxy is added to a mixture of acylchitosan and collagen and crosslinked with gamma rays. Japanese Patent Laid-Open No. 5-38728 discloses a contact lens in which silk powder and a vinyl monomer are solidified by compression and heating. Further, Japanese Patent Publication No. 55-5089 discloses a soft contact lens in which a transparent collagen gel is irradiated with gamma rays to be crosslinked and subjected to a dissolution treatment with a proteolytic enzyme. Other conventional examples include JP-A-8-143632, JP-A-9-316143, and JP-B-58-27813.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, none of the optical materials composed of the above-mentioned silk fibroin or the like is a material in which the refractive index in the material is controlled, and therefore, development of a technique to be applied to various optical elements by arbitrarily controlling the refractive index is desired. It was.
[0008]
Therefore, in view of the above-described conventional problems, the present invention provides a novel optical element manufacturing method capable of arbitrarily and easily controlling the refractive index of a material composed of a naturally derived substance such as silk fibroin, and the manufacturing thereof. An optical element is provided. The optical element obtained by the present invention is excellent in biocompatibility, does not adversely affect the environment even when discarded, and the changed refractive index is excellent in stability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive research and found that the refractive index can be controlled by applying light or heat to biopolymers such as silk fibroin under specific conditions. The present invention has been completed. That is, the method for producing an optical element of the present invention is characterized in that silk fibroin or polybenzyl glutamate is formed as a main component, and light is irradiated and / or heated so as to induce a change in refractive index.
[0011]
Further, the present invention is characterized in that the wavelength of light to be irradiated is 200 to 900 nm, preferably 250 to 400 nm.
[0012]
Further, the present invention is characterized in that the energy of the irradiated light is 1 to 500 J / μm, preferably 50 to 200 J / μm.
[0013]
Furthermore, this invention consists of an optical element manufactured by said method.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0015]
In the present invention, a peptide is used as a main component. Moreover, although it is preferable that a peptide is transparent, as mentioned later, when using another optical polymer as a subcomponent, it does not need to be transparent.
[0016]
Here, the peptide includes a so-called protein having a molecular weight of 10,000 or more in addition to an oligopeptide having 10 or less amino acids and a polypeptide of 10 or more. Specific examples of the peptide of the present invention include silk fibroin shown in Examples 1 to 4 described later, polybenzylglutamate shown in Example 5 , or modified peptides thereof , or those chemically modified. Can do.
[0017]
Any of the above peptides can be used alone, or two or more peptides can be used in combination. By combining them, it is possible to obtain an optical element suitable for the application by balancing the characteristics of each peptide. As a specific example, a case where silk fibroin and collagen are used in combination can be mentioned. In this case, each ratio is appropriately determined in consideration of physical properties required for the target optical element.
[0018]
Silk fibroin that is particularly preferably used can be obtained by subjecting raw silk obtained from silkworm to a scouring treatment as described later to remove sericin enveloping fibroin. Silk fibroin is excellent in transparency, biocompatibility, and biodegradable, so it does not adversely affect the environment even when discarded. Furthermore, when the refractive index is controlled according to the present invention, the obtained refractive index difference is large and the refractive index after the change is stable, so that it is suitable as a material for an optical element.
[0021]
Next, the above-described biopolymer (here, silk fibroin or polybenzyl glutamate, which is the same for all the following biopolymers) is molded into various shapes. Molding is performed by appropriately selecting a conventionally known method. Here, in addition to biopolymers, the molded product can contain various subcomponents. Specific examples of the auxiliary component include other optical polymers, photosensitizers, crosslinking agents, polymerization initiators, plasticizers, and the like. The other optical polymers described above may be blended with biopolymers or copolymerized with biopolymers. The photosensitizer is used for more efficiently changing the refractive index, and specific examples include benzophenone derivatives, fluorene, phenanthrene, anthracene and the like.
[0022]
As a specific example of the molding process, silk fibroin is described. First, raw silk is scoured with boiling calcium chloride aqueous solution or room temperature lithium bromide aqueous solution to separate sericin, and then inorganic components are removed by dialysis. A silk fibroin solution is obtained and dried to obtain a silk fibroin powder. Thereafter, the powder can be melted and compressed to be formed into a desired shape. Or you may shape | mold, drying the solution of said silk fibroin. In addition, it can also be made to hydrolyze and dissolve with acids and alkalis, such as hydrochloric acid, instead of neutral salt aqueous solution, such as said calcium chloride.
[0023]
As another method, the above-mentioned silk fibroin powder may be mixed with a vinyl monomer or the like, or copolymerized and heat-compressed for molding. Furthermore, it can also be obtained by adding a vinyl monomer or the like to a silk fibroin solution and copolymerizing it to form a desired shape, and then removing the inorganic component from the molded product by dialysis. As the above-mentioned monomer, any monomer that is difficult to modify even when irradiated with light or heated can be applied. Specific examples include methyl methacrylate, glycidyl methacrylate, polyethylene glycol methacrylate, hydroxymethyl methacrylate, styrene, acrylic acid, and the like. It is done.
[0024]
In addition, a molded product made of silk fibroin can be insolubilized to improve water resistance. A specific insolubilization method can be achieved by immersing the molded article in an alcohol such as 70% ethanol or adding chitosan, alginic acid or the like in advance to the silk fibroin solution before molding. The insolubilization is considered to be due to the formation of a hydrogen bond between the NH group of the peptide bond and the OH groups of alginic acid, chitosan, and alcohol.
[0025]
Further, a plasticizer such as alginic acid is added to the molded product made of silk fibroin to reduce the crystallinity, thereby softening the molded product. Moreover, since the formation of the β sheet proceeds by adding a plasticizer, mechanical properties such as strength of the molded product can be improved. Moreover, said softening can also be performed by adding a proteolytic enzyme to a molding made of silk fibroin.
[0026]
Above has been described silk fibroin, as well a poly benzyl glutamate, powders poly benzyl glutamate, or to prepare the melt or solution, by a variety of methods by adding auxiliary components such as an optical polymer as appropriate Can be molded.
[0027]
Various optical elements can be obtained by irradiating or heating the molded article mainly composed of the biopolymer as described above so as to induce a change in refractive index.
[0028]
The wavelength of the irradiated light can be used as long as the biopolymer causes a photochemical reaction and the refractive index changes accordingly. In general, the thickness is preferably 200 to 900 nm, and more preferably 250 to 400 nm. If it is 200 nm or less, the molecular chain of the biopolymer may be cleaved, or the molecular chain of the optical polymer used as an accessory component may be cleaved to break the device, which is not suitable. In the case of 900 nm or more, generally, an organic substance does not react, only a molecule is vibrated, and the refractive index hardly changes. Moreover, it is preferable to select a wavelength that matches the absorption wavelength of the biopolymer to be used because the refractive index can be controlled more efficiently and the difference in refractive index obtained is increased.
[0029]
The energy of light to be irradiated varies depending on the type of biopolymer, the irradiation wavelength, the size of the molded product, and the like, but is generally 1 to 500 J / μm, more preferably 50 to 200 J / μm. If it is 1 J / μm or less, a sufficient change in the refractive index cannot be obtained, and if it is 500 J / μm or more, the change in the refractive index is saturated.
[0030]
As the light source, any light source having the above-mentioned wavelength can be used. Specific examples include a carbon arc lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a xenon lamp, and various laser lights. . In irradiation, the wavelength irradiated to the molded product through various filters such as an interference filter can be reduced. Thereby, the biopolymer can be reacted more selectively, and the refractive index can be precisely controlled.
[0031]
Furthermore, the heating temperature can be applied as long as the biopolymer reacts and the refractive index changes, and is generally 40 to 220 ° C, and preferably 80 to 200 ° C. Although the mechanism by which the refractive index of the biopolymer changes due to heat is not clear, the possibility of oxidation is considered.
[0032]
Moreover, the conventional general method can be applied to the heating method. Specifically, the molded product is heated on a hot plate or in a thermostatic bath, or the refractive index is changed by infrared laser, microwave irradiation or the like. The method etc. which heat locally are selected suitably.
[0033]
The light irradiation and the heat treatment can be performed alone or in combination, and the light irradiation can be performed while heating. Generally, the combined use accelerates the reaction of the biopolymer, and the refractive index can be controlled efficiently. Moreover, since the refractive index difference obtained tends to become large, it is preferable. Further, since the refractive index continuously changes depending on the light irradiation time, wavelength, intensity, heating temperature, heating time, etc., the refractive index can be arbitrarily controlled by selecting conditions.
[0034]
About the process of manufacturing a specific individual optical element, it can carry out similarly to the prior art. For example, the optical waveguide can be obtained by irradiating a molded product containing a biopolymer as a main component with light through a mask so as to induce a change in refractive index. Heating may be used instead of light irradiation.
[0035]
As another example, in the case of an optical diffraction grating, it can be obtained by causing a laser beam that induces a refractive index change to interfere with a molded product mainly composed of a biopolymer and irradiating the interference fringes. .
[0036]
As yet another example, in the case of an optical memory, information can be written by changing the refractive index by focusing light on the surface and the inside of a molded article mainly composed of a biopolymer.
[0037]
Furthermore, a lens such as a contact lens is manufactured from a biopolymer, and the wavelength dispersion of the refractive index is changed by irradiating or heating the lens, and the aberration of the lens can be improved by controlling the Abbe number. it can.
[0038]
Further, it can be applied not only to the SI type optical element in which the refractive index is changed discontinuously as described above but also to the production of a graded index type (GI type) optical element. For example, by gradually increasing (shortening) the light irradiation time from the center to the periphery of the lens, a GRIN lens can be obtained, and the thickness of the lens can be reduced.
[0039]
Furthermore, since the produced optical element is excellent in biocompatibility, it is suitably used as an optical element for living organisms and medical use. Specifically, for example, it can be used as a lens (artificial lens) that is implanted in the eye for the treatment of cataract. In other words, the intraocular lens is as thin as possible and the weight of the lens is reduced so that the positional stability of the lens after surgery is better. Therefore, the refractive index of the lens is controlled according to the present invention. Particularly suitable for applications. In addition, by softening the lens and producing a so-called soft type intraocular lens, an incision can be formed smaller than the lens diameter during cataract surgery, and the intraocular lens can be inserted into the incision in a rounded manner. This is preferable because it can reduce the burden on the patient. Other applications include, but are not limited to, optical fibers embedded in the body.
[0040]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1
5 g of the raw silk obtained from the silkworm cocoon was added to 50 ml of a saturated (50 wt%) aqueous solution of calcium chloride and boiled for 1 hour. Subsequently, dialysis was carried out for 4 days to remove calcium chloride, followed by air drying and concentration to obtain a 10 wt% aqueous solution of silk fibroin. The obtained aqueous solution was spin-coated to produce a film made of silk fibroin having a thickness of 3 to 4 μm on quartz glass.
[0041]
The film was irradiated with an ultra high pressure mercury lamp (wavelength range 250 to 430 nm, spot cure manufactured by USHIO Co., Ltd.). The light intensity was 52 mW at 254 nm and 140 mW at 365 nm.
The UV absorption spectrum of the film accompanying light irradiation is shown in FIG. From FIG. 1, an increase in absorbance was observed with light irradiation, and it became clear that silk fibroin caused a photochemical reaction. Although the reaction mechanism is not clear, it is considered photooxidation. And as shown in FIG. 2, it was observed that the refractive index of a film | membrane rose from 1.540 to 1.551 with light irradiation. The refractive index of the film was measured by a prism coupling method. From this result, it became clear that the refractive index can be controlled by light irradiation. The obtained refractive index difference was 0.011 at the maximum, and a value sufficient for application to an optical element such as an optical waveguide was obtained.
[0042]
(Example 2)
The silk fibroin film used in Example 1 was heated at 130 ° C., and the refractive index change accompanying the heating was measured by the prism coupling method.
As a result, as shown in FIG. 3, it was observed that the refractive index increased as the heating time increased. This revealed that the refractive index can be controlled by heating. The refractive index difference obtained was 0.9% at maximum, and a sufficiently large value was obtained.
[0043]
(Example 3)
The silk fibroin film used in Example 1 was heated to 130 ° C. and simultaneously irradiated with light under the same conditions as in Example 1.
As a result, as shown in FIG. 4, it was observed that the refractive index increased with increasing heating and irradiation time, and it became clear that the refractive index could be controlled. The obtained refractive index difference was 1.8% at maximum, which was a large value. Moreover, it became clear that silk fibroin can be made to react more efficiently by combining light irradiation and heat treatment, and the resulting refractive index difference can be increased.
[0044]
(Example 4)
As shown in FIG. 5, the silk fibroin film 1 produced on the substrate 2 was irradiated with ultraviolet rays 8 using the same light source 7 as in Example 1. The ultraviolet rays 8 were reflected by the mirror 5, converted into parallel rays by the lens 6, and irradiated with a single wavelength by the interference filter 4. A photomask 3 was disposed on the silk fibroin film 1. The photomask 3 had a pattern in which 25 straight lines were engraved in parallel at regular intervals, and the line width was 0.4 μm. After irradiation for 120 min, a 632.8 nm He—Ne laser beam is guided through the silk fibroin film and observed by the prism coupling method, and it is confirmed that the laser beam is reflected when it is incident on the exposed portion at a constant angle. As a result, a grating element could be fabricated.
[0045]
(Example 5)
The polybenzyl glutamate film produced on the substrate was subjected to patterning treatment by irradiating ultraviolet rays in the same manner as in Example 4 through a photomask in which a curve having a line width of 1 mm and a curvature radius of 1000 mm was engraved. However, the irradiation time was 24 hours.
When laser light was introduced into the benzyl glutamate film after irradiation, the light was bent along the exposed portion, and light was observed from the exit portion.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the refractive index of a material mainly composed of a biopolymer such as silk fibroin can be controlled arbitrarily and easily, and it is excellent in biocompatibility and has an adverse effect on the environment even when discarded. Various optical elements that could not be provided could be obtained.
[Brief description of the drawings]
1 is a graph showing changes in UV absorption spectrum of a film accompanying light irradiation in Example 1. FIG.
2 is a graph showing changes in the refractive index of a film accompanying light irradiation in Example 1. FIG.
3 is a graph showing a change in refractive index of a film accompanying heating in Example 2. FIG.
4 is a graph showing changes in the refractive index of a film accompanying heating and light irradiation in Example 3. FIG.
5 is a schematic diagram showing an experimental apparatus in Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Silk Fibroin Film 2 Substrate 3 Photomask 4 Interference Filter 5 Mirror 6 Lens 7 Light Source 8 Ultraviolet

Claims (4)

絹フィブロインまたはポリベンジルグルタメートを主成分として形成し、屈折率変化を誘起するように光を照射し、及び/又は加熱することを特徴とする光学素子の製造方法。 A method for producing an optical element, comprising forming silk fibroin or polybenzylglutamate as a main component, irradiating light so as to induce a change in refractive index, and / or heating. 照射する光の波長が、200〜900nm、好ましくは250〜400nmであることを特徴とする請求項1記載の光学素子の製造方法。2. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the wavelength of the irradiated light is 200 to 900 nm, preferably 250 to 400 nm. 照射する光のエネルギーが、1〜500J/μm、好ましくは50〜200J/μmであることを特徴とする請求項1又は記載の光学素子の製造方法。The method of manufacturing an optical element according to claim 1 or 2 , wherein the energy of the irradiated light is 1 to 500 J / µm, preferably 50 to 200 J / µm. 請求項1〜の製造方法のいずれかにより製造される光学素子。Optical elements more prepared to any of the method according to claim 1-3.
JP33180099A 1999-11-22 1999-11-22 Optical element and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4326646B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33180099A JP4326646B2 (en) 1999-11-22 1999-11-22 Optical element and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33180099A JP4326646B2 (en) 1999-11-22 1999-11-22 Optical element and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001147301A JP2001147301A (en) 2001-05-29
JP4326646B2 true JP4326646B2 (en) 2009-09-09

Family

ID=18247790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33180099A Expired - Fee Related JP4326646B2 (en) 1999-11-22 1999-11-22 Optical element and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4326646B2 (en)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005026238A1 (en) * 2003-09-11 2005-03-24 Nikon Corporation Processing method of polymer crystal, processing system of polymer crystal, and observation system of polymer crystal
JP4881155B2 (en) * 2004-04-20 2012-02-22 日本新薬株式会社 Silk fibroin film
CN100417953C (en) * 2006-06-15 2008-09-10 四川省宜宾五粮液集团有限公司 Biodegradable grating sheet and product, and manufacturing method thereof
US20080001320A1 (en) 2006-06-28 2008-01-03 Knox Wayne H Optical Material and Method for Modifying the Refractive Index
JP2010509593A (en) 2006-11-03 2010-03-25 トラスティーズ オブ タフツ カレッジ Biopolymer sensor and manufacturing method thereof
EP2650112B1 (en) * 2006-11-03 2016-08-24 Trustees Of Tufts College Nanopatterned biopolymer optical device and method of manufacturing the same
WO2008118211A2 (en) 2006-11-03 2008-10-02 Trustees Of Tufts College Biopolymer photonic crystals and method of manufacturing the same
JP2010509644A (en) 2006-11-03 2010-03-25 トラスティーズ オブ タフツ カレッジ Biopolymer optical waveguide and manufacturing method thereof
EP2206017B1 (en) 2007-11-05 2019-02-20 Trustees Of Tufts College Fabrication of silk fibroin photonic structures by nanocontact imprinting
WO2009070438A1 (en) 2007-11-30 2009-06-04 Bausch & Lomb Incorporated Optical material and method for modifying the refractive index
US9060847B2 (en) 2008-05-19 2015-06-23 University Of Rochester Optical hydrogel material with photosensitizer and method for modifying the refractive index
US20110135697A1 (en) * 2008-06-18 2011-06-09 Trustees Of Tufts College Edible holographic silk products
EP2396276B1 (en) 2009-02-12 2016-08-31 Trustees Of Tufts College Nanoimprinting of silk fibroin structures for biomedical and biophotonic applications
JP2012533780A (en) 2009-07-20 2012-12-27 タフツ ユニバーシティー/トラスティーズ オブ タフツ カレッジ Implantable absorptive reflector made of protein only
WO2011026101A2 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Trustees Of Tufts College Silk transistor devices
EP2974673B1 (en) 2010-03-17 2017-03-22 The Board of Trustees of the University of Illionis Implantable biomedical devices on bioresorbable substrates
US20130243693A1 (en) * 2010-06-17 2013-09-19 Tufts University Silk optical particles and uses thereof
US10813791B2 (en) 2011-06-02 2020-10-27 University Of Rochester Method for modifying the refractive index of ocular tissues and applications thereof
US9144491B2 (en) 2011-06-02 2015-09-29 University Of Rochester Method for modifying the refractive index of an optical material
US9691873B2 (en) 2011-12-01 2017-06-27 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Transient devices designed to undergo programmable transformations
US10925543B2 (en) 2015-11-11 2021-02-23 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Bioresorbable silicon electronics for transient implants

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001147301A (en) 2001-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4326646B2 (en) Optical element and manufacturing method thereof
Huang et al. Silkworm silk-based materials and devices generated using bio-nanotechnology
CN113713179B (en) High-comprehensive-performance photocuring biological 3D printing composite hydrogel and preparation method and application thereof
US9771400B2 (en) Photoactive silk protein and fabrication of silk protein structures using photolithography
O'Halloran et al. Two‐photon polymerization: fundamentals, materials, and chemical modification strategies
CA2623314C (en) Intraocular lens
US5389698A (en) Process for making photopolymers having varying molecular orientation using light to orient and polymerize
US7857849B2 (en) Artificial corneal implant
AU548496B2 (en) Modified synthetic hydrogels
US5833890A (en) Method for making an elastic intraocular lens
CN107118359B (en) Photo-curing hydrogel and preparation method thereof
US20060287721A1 (en) Artificial cornea
JPH04502219A (en) Method for manufacturing a lens made of a transparent polymer with a modulated refractive index
HUT72406A (en) Material to be worn on the eyeball
JPS6323126A (en) Soft contact lens and its production
CN112835268B (en) Bio-based water-soluble negative photoresist and application thereof in femtosecond laser direct writing processing method
Humenik et al. Patterning of protein‐based materials
JP5525823B2 (en) Method for producing laminated collagen gel and laminated collagen gel
Elkhoury et al. Bioprinting the future using light: A review on photocrosslinking reactions, photoreactive groups, and photoinitiators
JP3074296B2 (en) Method of manufacturing lens made of transparent polymer having modulated refractive index
JP3208428B2 (en) Method for manufacturing intraocular lens
US20110184513A1 (en) Artificial corneal implant
WO2023197630A1 (en) Variable structural color contact lens, and preparation method therefor
KR102060138B1 (en) A method for the manufacturing of ocular microneedle
FI70232C (en) MJUKA KONTAKTLINSER OCH FOERFARANDE FOER DERAS FRAMSTAELLNING

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060510

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090610

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120619

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees