CN103941418A - 具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法，所述隐形眼镜中含有胶体光子晶体，所述胶体光子晶体作为色彩元素分布在所述隐形眼镜中，所述胶体光子晶体在所述隐形眼镜中形成结构色图案。本申请由于隐形眼镜中设有胶体光子晶体，胶体光子晶体作为色彩元素分布在隐形眼镜中，形成结构色图案，既能起到美化眼睛又能确保引入隐形眼镜中的色彩元素不会带来眼睛不适，更不会引发眼睛疾病的一种基于胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，避免使用传统的色素和颜料作为隐形眼镜的色彩来源，不仅更加美观大方，使得配戴者的眼睛看起来色彩艳丽，同时，其色彩是由胶体光子晶体独特的光干涉效应带来的结构色，生物相容性好，使用安全。

Description

具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法

技术领域

本申请涉及隐形眼镜，尤其涉及一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和生活水平的日益提升，人们对于实用、美观和安全的追求日趋强烈，而隐形眼镜在过去几十年的市场需求大力膨胀，挤占了传统框架眼镜的市场，渐渐成为一种时髦、便利的元素风靡全球。据不完全统计，在过去的30年里，全球配戴隐形眼镜的总人数增加了35倍，而这一数据还在与日俱增。

隐形眼镜不仅可以起到矫正视力的作用，同时在制备过程中添加一些色素或者颜料制备成具有特定颜色或图案的彩色隐形眼镜，还可以让眼睛看起来美观动人。但是，由于目前市场上的隐形眼镜不仅颜色较为单一，而且所添加的颜料或色素均易给配戴者带来不适，严重的甚至引发眼睛疾病。

发明内容

本申请提供一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，所述隐形眼镜中设有胶体光子晶体，所述胶体光子晶体作为色彩元素分布在所述隐形眼镜中，所述胶体光子晶体在所述隐形眼镜中形成结构色图案。

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，所述隐形眼镜中还含有反蛋白石结构光子晶体，所述反蛋白石结构光子晶体通过刻蚀所述胶体光子晶体后获得。

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，所述胶体光子晶体的形状包括自球形、半球形、椭球形、柱形和薄片中的一种或多种的任意组合。

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，所述胶体光子晶体的尺寸为50纳米至600微米之间。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括：

    制备胶体光子晶体颗粒；

对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜初片；

    将所述隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。    

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，所述对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，具体包括：

    将所述胶体光子晶体颗粒加入前聚体溶液，制得混合液，将所述混合液加入隐形眼镜模具中进行固化。

    上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，所述对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，具体包括：

    将所述胶体光子晶体颗粒分散于特定溶剂中，制得胶体光子晶体溶液；

    将所述胶体光子晶体溶液加入隐形眼镜模具中，使所述胶体光子晶体溶液的溶剂挥发，形成结构色图案；

    将前聚体溶液加入所述隐形眼镜模具内，使所述模具内的液体固化。    

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，步骤将所述隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜之前，还包括：

对所述隐形眼镜初片中的胶体光子晶体进行刻蚀，使所述隐形眼镜中形成具有纳米孔洞的反蛋白石结构。

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，所述胶体光子晶体由单分散微球通过重力沉降、静电力或毛细作用力自组装制得。

上述具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，所述单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银中的一种或多种的任意组合。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

⑴ 在本申请的具体实施方式中，由于隐形眼镜中设有胶体光子晶体，胶体光子晶体作为色彩元素分布在隐形眼镜中，形成结构色图案，既能起到美化眼睛又能确保引入隐形眼镜中的色彩元素不会带来眼睛不适，更不会引发眼睛疾病的一种基于胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，避免使用传统的色素和颜料作为隐形眼镜的色彩来源，不仅更加美观大方，使得配戴者的眼睛看起来色彩艳丽，同时，其色彩是由胶体光子晶体独特的光干涉效应带来的结构色，生物相容性好，使用安全。

⑵ 在本申请的具体实施方式中，由于隐形眼镜中还含有通过刻蚀所述胶体光子晶体获得的反蛋白石结构光子晶体，反蛋白石结构光子晶体具有纳米孔洞，使得本申请的隐形眼镜透氧率提高，是普通材质透氧率的五倍以上，将胶体光子晶体刻蚀掉后形成的反蛋白石结构光子晶体可以在隐形眼镜中增加很多纳米孔洞，既可以用来锁住水分保持隐形眼镜的水润，同时也可以促进氧气的通透，明显改善眼部缺氧状况，有效保障角膜长期健康。

附图说明

图1为本申请的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法在一种实施方式中的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本申请的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，隐形眼镜中设有胶体光子晶体，胶体光子晶体作为色彩元素分布在隐形眼镜中，胶体光子晶体在隐形眼镜中形成结构色图案。胶体光子晶体可分布于隐形眼镜的局部区域，也可以颁于隐形眼镜的全部区域。

在一种实施方式中，隐形眼镜中还可设有纳米孔洞，纳米孔洞通过刻蚀胶体光子晶体获得。隐形眼镜中的胶体光子晶体，可以刻蚀掉一部分，也可以全部刻蚀掉。

由于角膜也需要呼吸，角膜缺氧会出现水肿、血管增生的情况，而深入角膜的新增血管是无法消除的，严重更会视力减退。故此，透氧率是隐形眼镜的一个非常重要的参数。现市面上普通水凝胶材质透氧率较低，而硅水凝胶材料的隐形眼镜透氧率则是普通材质透氧率的五倍以上，将胶体光子晶体刻蚀掉后形成的反蛋白石结构光子晶体可以在隐形眼镜中增加很多纳米孔洞，既可以用来锁住水分保持隐形眼镜的水润，同时也可以促进氧气的通透，明显改善眼部缺氧状况，有效保障角膜长期健康。

胶体光子晶体的形状包括自球形、半球形、椭球形、柱形和薄片中的一种或多种的任意组合。其中薄片的形状可以是规则的，也可以是不规则的。胶体光子晶体的尺寸为50纳米至600微米之间。

本申请的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：

    步骤102：制备胶体光子晶体颗粒。

胶体光子晶体由单分散微球通过重力沉降、静电力或毛细作用力自组装制得。制得的胶体光子晶体的形状包括自球形、半球形、椭球形、柱形或薄片。

单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银中的一种或多种的任意组合。具体可以是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银的微球，也可以是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银的改性微球，或是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银的复合微球。

步骤104：对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜初片。

前聚体溶液包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种的混合。

其中，对胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，具体可以包括：

将胶体光子晶体颗粒加入前聚体溶液，使胶体光子晶体颗粒均匀分散于前聚体溶液，制得混合液，将混合液加入隐形眼镜模具中进行固化，形成胶体光子晶体结构色图案。具体可将模具置于烘箱中，或是通过紫外固化，待溶剂挥发部分后取出隐形眼镜初片，胶体光子晶体在隐形眼镜初片中呈无规则排列。

或是将胶体光子晶体颗粒分散于特定溶剂中，制得胶体光子晶体溶液，其浓度为0.001g/mL～0.5g/mL。该特定溶剂包括水、甲醇、乙醇、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二氯乙烷、甲苯、丙醇、异丙醇、丙酮中的一种或是多种的混合。将胶体光子晶体溶液加入隐形眼镜模具中，使胶体光子晶体溶液的溶剂部分挥发，形成咖啡圈图案。根据咖啡圈效应，溶剂挥发导致胶体光子晶体在模具内壁成咖啡圈状排列。再将前聚体溶液加入隐形眼镜模具内，使模具内的液体固化。具体可将模具置于烘箱中，或是通过紫外固化，待溶剂挥发部分后取出隐形眼镜初片。

    步骤106：将隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。 

盐水可以是质量分数0.89%氯化钠，0.1%无水磷酸二氢钠，或是0.6%无水磷酸氢二钠的水溶液。   

具体可将隐形眼镜初片置于pH7.3的盐水中浸泡12-24小时。本申请的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，在步骤104之后，步骤106之前，还可以包括以下步骤：

对隐形眼镜初片中的胶体光子晶体进行刻蚀，使隐形眼镜中形成具有纳米孔洞的反蛋白石结构光子晶体。刻蚀胶体光子晶体的刻蚀剂选自苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、氢氟酸、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸或醋酸。隐形眼镜中的胶体光子晶体，可以刻蚀掉一部分，也可以全部刻蚀掉。

实施例一：

1、胶体光子晶体颗粒的制备：

将10 mL直径为180纳米的单分散聚苯乙烯微球配置成质量浓度为4.0 wt%的乳液，然后分散到含有表面活性剂Hypermer 2296（质量分数为2.0 wt%）的100 mL的正十六烷中，于烘箱中50℃下自组装72小时，即可得到胶体光子晶体颗粒。然后将胶体光子晶体颗粒利用正己烷充分洗去正十六烷后干燥得到胶体光子晶体颗粒。将胶体光子晶体颗粒分散到甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液（摩尔比30:1）中，以Irgacure 2959（质量体积比为0.5%）为引发剂。

2、前聚体溶液的固化处理：

将100微升体积的上述混有胶体光子晶体颗粒的前聚体溶液加入用于隐形眼镜制备的模具内，0℃下紫外灯照射30分钟，固化得到隐形眼镜初片。

3、隐形眼镜的水化处理：

将隐形眼镜初片脱模后，浸入pH 7.3的盐水中12小时，然后取出再用pH 7.3的盐水浸泡12小时，反复三次，以洗去残余的单体和引发剂，最后在pH 7.3的盐水中放置直至隐形眼镜膨胀率稳定不变，最终获得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。

实施例二：

1、胶体光子晶体颗粒的制备：

将直径为180纳米、220纳米、320纳米的单分散二氧化硅微球分别通过提拉法自组装制备得到胶体光子晶体薄膜，轻敲薄膜即可得到很多细小胶体光子晶体碎片。然后将由不同尺寸微球组装成的胶体光子晶碎片混合分散到甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液（摩尔比30:1）中，以Irgacure 2959（质量体积比为0.5%）为引发剂。

2、前聚体溶液的固化处理：

将100微升体积的上述混有胶体光子晶体颗粒的前聚体溶液加入用于隐形眼镜制备的模具内，0℃下紫外灯照射30分钟，固化得到隐形眼镜初片。

3、隐形眼镜的水化处理：

将隐形眼镜初片脱模后，先浸入体积分数为5.0%的氢氟酸水溶液中24小时刻蚀掉二氧化硅颗粒，然后反复用超纯水洗涤多次，然后浸入pH 7.3的盐水中12小时，然后取出再用pH 7.3的盐水浸泡12小时，反复三次，最后在pH 7.3的盐水中放置直至隐形眼镜膨胀率稳定不变，最终获得具有多种颜色的胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。

实施例三： 

1、胶体光子晶体颗粒的制备：

将直径为180纳米、220纳米、320纳米的单分散二氧化硅微球分别通过微流体装置制备获得单分散光子晶体颗粒。

2、胶体光子晶体颗粒混合液的配置：

将上述光子晶体颗粒分散到乙醇中配成质量浓度为0.005%的混合液，且分散均匀。

3、胶体光子晶体在模具内的图案化：

取上述光子晶体碎片的混合液200微升加入到用于隐形眼镜制备的模具内，静止于80℃的加热板上5分钟，胶体光子晶体颗粒随着正己烷的挥发形成咖啡圈状的图案。

4、前聚体溶液的固化处理步骤：

将150微升的前聚体混合液,为甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺（摩尔比30:1），以Irgacure 2959（质量体积比为0.5%）为引发剂的混合溶液，加入到模具内，待充分浸润光子晶体后，将其置于紫外灯下固化30分钟，即可得到有咖啡圈状的隐形眼镜初片。

5、隐形眼镜的水化处理：

将隐形眼镜初片脱模后，先浸入体积分数为5.0%的氢氟酸水溶液中24小时刻蚀掉二氧化硅颗粒，然后反复用超纯水洗涤多次，接着浸入pH 7.3的盐水中12小时，随后取出再用pH 7.3的盐水浸泡12小时，反复三次，以洗去残余的单体和引发剂，最后在pH 7.3的盐水中放置直至隐形眼镜膨胀率稳定不变，最终获得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。

具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的性能测试

1、透光性测试

选用以胶体光子晶体结构色的隐形眼镜作为测试对象，对其进行透光性测试，结果显示白光的透过率达到90%以上。

2、含水量测试

以移除二氧化硅微球的隐形眼镜进行含水量测试，结果显示其含水量高于60%。

4、透氧率测试

以移除二氧化硅微球的隐形眼镜进行透氧率测试，结果显示其透氧率高达180Dk/t（市面上较好的爱尔康舒视隐形眼镜的透氧率为138Dk/t）。

3、细胞毒性测试

由于细胞毒性测试能准备客观的反应测试样品的潜在毒性，采用常用的 IS09363-1测试方法，考察隐形眼镜的细胞毒性能准确的反应其安全性，在该方法中，将细胞毒性反应分成0-4级的等级，级数越低，被测试材料的安全性越高。将结构色隐形眼镜与市售的海昌超薄隐形眼镜做细胞毒性的对比测试，结果显示结构色隐形眼镜的细胞毒性和市售的海昌超薄隐形眼镜一样，均为0级，说明了镜片的安全性。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，其特征在于，所述隐形眼镜中含有胶体光子晶体，所述胶体光子晶体作为色彩元素分布在所述隐形眼镜中，所述胶体光子晶体在所述隐形眼镜中形成结构色图案。

2.如权利要求1所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，其特征在于，所述隐形眼镜中还含有反蛋白石结构光子晶体，所述反蛋白石结构光子晶体具有纳米孔洞，所述反蛋白石结构光子晶体通过刻蚀所述胶体光子晶体获得。

3.如权利要求1所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜，其特征在于，所述胶体光子晶体的形状包括自球形、半球形、椭球形、柱形和薄片中的一种或多种的任意组合。

4.如权利要求1所述的制备具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的方法，其特征在于，所述胶体光子晶体的尺寸为50纳米至600微米之间。

5.一种具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，包括：

    制备胶体光子晶体颗粒；

对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜初片；

    将所述隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜。    

6.如权利要求5所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，所述对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，具体包括：

    将所述胶体光子晶体颗粒加入前聚体溶液，制得混合液，将所述混合液加入隐形眼镜模具中进行固化。    

7.如权利要求5所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，所述对所述胶体光子晶体和前聚体溶液进行处理，并加入隐形眼镜模具进行固化，具体包括：

    将所述胶体光子晶体颗粒分散于特定溶剂中，制得胶体光子晶体溶液；

    将所述胶体光子晶体溶液加入隐形眼镜模具中，使所述胶体光子晶体溶液的溶剂挥发，形成结构色图案；

    将前聚体溶液加入所述隐形眼镜模具内，使所述模具内的液体固化。   

8.如权利要求5至7中任一项所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，步骤将所述隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜之前，还包括：

对所述隐形眼镜初片中的胶体光子晶体进行刻蚀，使所述隐形眼镜中形成具有纳米孔洞的反蛋白石结构。

9.如权利要求8所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，所述胶体光子晶体由单分散微球通过重力沉降、静电力或毛细作用力自组装制得。

10.如权利要求8所述的具有胶体光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，所述单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银中的一种或多种的任意组合。