CN107440831A - 用于增加高级眼科装置氧浓度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在所佩戴高级接触镜片下增加泪液中氧水平的方法和装置。该高级接触镜片可包括不渗透穿过其主体的流体的插入件。该增加方法可包括产生穿过所述插入件的孔，在该接触镜片主体的部分上产生通道，该主体包括吸收材料层，该材料层包括生成或释放氧的设备或在所述接触镜片下方移动泪液的部件。

Description

用于增加高级眼科装置氧浓度的方法和设备
技术领域
本文描述了用于增加高级眼科装置与使用者眼睛的界面处氧浓度的方法和设备。在一些实施方案中，用于增加氧浓度的方法和装置涉及形成非微扰的孔，以通过眼科装置成像。在一些实施方案中，涉及氧的存储。在一些实施方案中，含氧的流体运动提供了一种解决方案。在一些实施方案中，所述方法和设备的应用领域可包括采用了嵌入式插入装置的任何眼科装置或产品。
背景技术
近来，医疗装置的数量开始快速增长并且其功能不断完善。在眼科领域已取得重大进展，其中电活性功能正在被结合到眼科镜片中。这些装置的一些实施方案可包括诸如执行多种功能的半导体装置的部件。然而，此类半导体部件需要能量，因此，通电元件通常也可被包括在此类生物相容性装置中。生物相容性装置的形状和相对较小的尺寸为各种功能的限定产生了新的且具有挑战性的环境。在许多实施方案中，可能重要的是，提供包括插入装置的安全、可靠、紧凑和高性价比的机构，将电活性部件和通电元件包含在生物相容性装置内。这些插入装置可能需要防止各种材料扩散入其主体。净效应可为降低氧位于眼科装置下眼睛表面的固有能力。因此，需要高级眼科装置的新型实施方案以增加输送进入靠近眼睛表面区域的氧。
发明内容
因此，本文公开了用于增加存在于所佩戴眼科装置的后表面与使用者眼睛之间区域中的氧水平(其也可称为氧气或氧分子)的方法和装置。
角膜从空气和房水中接收氧。房水是血液滤液，其基本上为血液除去红细胞。房水是透明的，并为角膜和晶状体提供营养。睫状体通过睫状突提供房水。角膜前泪膜包括三层。最外层是浅表油层，最内层是粘液层，而占泪膜的百分之九十八的中间层为泪液或含水层。中间层负责氧摄取以维持角膜新陈代谢。基本上来自空气的氧会扩散到眼泪中，并通过渗透转移到角膜。
健康的角膜需要上述机制中的氧和营养物质。目前的有机硅水凝胶接触镜片提供从空气到眼泪到角膜的足够的氧传播。然而，诸如电子镜片的高级接触镜片包括可能限制氧输送的密封插入件。因此，本发明涉及用于确保足够的氧输送到角膜的各种手段。在一个实施方案中，封装的插入件主体内的扩散孔允许氧通过该插入件主体扩散。在另一个实施方案中，镜片可被设计成使用各种材料或通过储存或容纳容器在镜片的主体中储存增加的氧水平。在又一个实施方案中，可使用无源和有源的泵送机构来将富氧流体移动到眼睛周围的不同区域。
在一些示例中，提供了接触镜片，该接触镜片包括被模制成接触镜片形状的水凝胶裙边，在接触镜片的使用期间，弧形后表面邻近使用者的角膜放置。接触镜片还包括插入件，其中该插入件是不透气的，并且不渗透流过其主体的流体。插入件被封装在水凝胶裙边内。并且，该插入件包括安装在其上的一个或多个部件。接触镜片具有水凝胶裙边的第一区域，其中水凝胶裙边的第一区域为水凝胶裙边的在接触镜片的使用期间处于插入件的表面与使用者角膜之间的那部分。示例性接触镜片还包括接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件。
在一些实施例中，接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件至少包括插入件中的第一孔，其中该孔横穿插入件的主体。在一些示例中，该孔横穿位于插入件内腔室中的间隔件的主体。在一些示例中，该孔被含有机硅的材料反填充。在一些实施中，第一孔为多个孔中的一个，其中所述的多个孔横穿插入件的主体。在一些示例中，多个孔被含有机硅的材料反填充。
在一些示例中，接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件包括吸收材料层，其中吸收材料吸收氧气。在一些示例中，吸收材料包含血红蛋白。在一些示例中，吸收材料包含血蓝蛋白。在一些示例中，吸收材料包含卟啉基材料。在一些示例中，吸收材料包含金属有机框架分子物质。
在一些示例中，接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件包括嵌入式电活性释放结构，其中该结构根据电信号释放被存储在容器中的氧气。在一些示例中，该电信号引起电流，以熔化金属箔的覆盖物。
在一些示例中，接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件包括电活性氧发生器。在一些示例中，该电信号致使电活性氧发生器释放包括含氧化学物质的流体，从而与催化表面相互作用以放出氧气。在一些示例中，该电活性氧发生器包含过氧化氢。在一些示例中，该电信号引起电流，以熔化金属箔层。
在一些示例中，接触镜片内增加与第一区域接触的流体内氧水平的部件至少包括泵，其中该泵引起水凝胶裙边的第一区域附近泪液的运动。在一些示例中，泪液在形成于水凝胶裙边内的通道中运动。在一些示例中，该通道成形为有利于沿第一方向流动通过通道。泵可包括电活性元件，在一些示例中该电活性元件可以是一个或多个基于压电的换能器或基于电活性聚合物的换能器。在一些示例中，该泵可包括与使用者眼睑相互作用以用于接合泵送作用的水凝胶裙边材料的凸起部分。
一个通常方面包括在使用者佩戴接触镜片时增加使用者角膜处氧水平的方法。该方法可包括形成穿过接触镜片插入件的孔。接下来，该方法可包括用含有机硅的聚合物反填充孔；以及提供包含接触镜片插入件的接触镜片，其中在接触镜片的使用期间，氧通过孔与含有机硅的聚合物扩散到接触镜片下方的泪液区域。
另一个通常方面包括在使用者佩戴接触镜片时增加使用者角膜处氧水平的方法。该方法包括在接触镜片的主体内形成氧吸收材料层。该方法还包括将接触镜片放置在具有高氧分压的环境中。接下来，该方法通过提供接触镜片来继续，其中在接触镜片的使用期间，氧从吸收材料扩散到接触镜片下方的泪液区域。
另一个通常方面包括在使用者佩戴接触镜片时增加使用者角膜处氧水平的方法。该方法包括在接触镜片主体中形成多个电活性含氧结构；以及提供该接触镜片，其中在接触镜片使用期间，电信号的编程为第一电活性含氧结构提供电信号，其中提供给该第一电活性含氧结构的电信号致使氧从电活性含氧结构扩散到接触镜片下方的泪液区域。
另一个通常方面包括在使用者佩戴接触镜片时增加使用者角膜处氧水平的方法。该方法包括在接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中形成多个通道。该方法还包括在接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中的第一放大通道的上方形成水凝胶裙边的凸起区域；并且提供接触镜片，其中在接触镜片的使用期间，使用者的眼睑迫使水凝胶裙边的凸起区域压缩在水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中的第一放大通道，其中该压缩使得泪液在接触镜片下方运动，其中接触镜片包括插入件，该插入件包括安装在插入件中的一个或多个部件。
另一个通常方面包括在使用者佩戴接触镜片时增加使用者角膜氧水平的方法。该方法包括形成电活性泵，该电活性泵包括固定地附接至接触镜片的镜片插入件的压电陶瓷材料层。该方法还包括在接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中形成多个通道。该方法还包括在接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中形成第一放大通道，其中该放大通道靠近电活性泵；以及提供接触镜片，其中在接触镜片使用期间，电信号的编程为电活性泵提供电信号，其中提供给电活性泵的电信号迫使电活性泵压缩在水凝胶裙边弧形后弯曲区域上的该第一放大通道，其中该压缩使得泪液在接触镜片下方运动。
附图说明
过对本发明的优选实施方案的以下更具体描述，如附图中所示，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。
图1A至图1B示出了具有插入件、电活性部件和通电元件的接触镜片的示例性方面。
图1C至图1D示出了使用者眼睛上的接触镜片的示例性方面，其横截面聚焦在使用者眼睛上方插入件下方的区域上。
图2A示出了插入件和水凝胶裙边内的两腔室电活动光学系统的示例性方面的横截面。
图2B示出了示出在示例性插入装置中切割示例性通孔的横截面。
图2C示出了示出在示例性插入装置中使用水凝胶示例性填充通孔的横截面。
图2D示出了示例性高级接触镜片的主体内通孔的示例性放置。
图2E示出了具有带通孔的多层插入件和水凝胶裙边的示例性横截面。
图3A示出了氧吸收材料在示例性高级接触镜片的主体内的示例性结合。
图3B示出了示例性高级接触镜片主体内的示例性电触发氧容纳元件。
图4A示出了示例性高级接触镜片主体内的示例性电活性泵送机构的横截面。
图4B示出了示例性高级接触镜片主体内的电活性泵送机构的示例性俯视图。
图5示出了可与眼睑闪烁相互作用以在示例性高级接触镜片下移动流体的示例性无源通道系统。
具体实施方式
本申请公开了用于增加存在于眼科接触镜片与使用者眼睛表面之间的区域中氧水平的方法和装置。在一些示例中，用于围绕电活性插入件并提供与电活性接触镜片相关的各种功能的水凝胶裙边本身可以是促进氧在与接触镜片相交的区域周围输送的良好介质。因此，在位于插入件主体周围的具有嵌入式插入件的接触镜片的区域中，可非常好地将氧从空气或周围环境输送到使用者眼睛表面。在一些示例中，水凝胶裙边的配方、厚度和设计的性质可有助于使得接触镜片实现在使用者眼睛表面上存在足够水平的氧。在其他示例中，接触镜片的其他特征对于在接触镜片的后表面和使用者眼睛的顶部表面之间区域中实现良好的氧水平而言可至关重要，其中居间区域还可包括来自使用者的泪液。
术语
在下文的说明和权利要求书中，可用到各种术语，它们将采用以下定义：
本文所用的“生物相容性”是指在具体的应用中以合适的宿主响应执行的材料或装置。例如，生物相容性装置对生物系统不具有毒性或有害作用。
如本文所用，“涂层”是指材料以薄的形式的沉积物。在一些用途中，该术语将指代基本上覆盖基底表面的薄沉积物，该沉积物在基底表面上形成。在其他更特殊的用途中，该术语可用于描述在表面的更小区中的小且薄的沉积物。
如本文所用，“通电的”是指能够提供电流或能够在其内储存电能的状态。
如本文所用，“能量”是指使物理系统做功的能力。通电元件的许多用途可涉及能够执行电动作的能力。
如本文所用，“能量源”或“通电元件”或“通电装置”是指能够提供能量或将逻辑或电气装置置于通电状态的任何装置或层。通电元件可包括电池单元。电池可由碱性类型的电池化学物质形成，并且可为固态电池或湿电池。
如本文所用，“膜”是指可充当覆盖物或涂层的材料薄层；在层合结构中，所述膜通常近似于具有顶部表面、底部表面和主体的平面层；其中主体通常比层的范围薄得多。
如本文所用，“模具”是指可以用于由未固化的制剂形成三维物体的刚性或半刚性物体。一些优选的模具包括两个模具部件，这两个模具部件彼此相对时限定三维物体的结构。
具有封装插入件的示例性生物医疗装置构造
可结合本发明的包括通电元件和电活性元件的插入件的生物医疗装置的示例可以是电活性调焦接触镜片。参见图1A，此类接触镜片插入件的示例可被示为接触镜片插入件100。在接触镜片插入件100中，可存在电活性元件120，该电活性元件可响应于控制电压来适应聚焦特性变化。用于提供这些控制电压信号以及用于提供其他功能(诸如控制对用于外部控制信号的环境的感测)的电路105可由通电元件诸如生物相容性电池元件110供电。如图1A所示，通电元件可作为多个主要件存在，在这种情况下是三个件，并且可包括各种元件构型。通电元件可具有各种互连特征结构，以将可示出为位于互连件区114下方的件接合在一起。通电元件可连接至电路元件，该电路元件可具有其基底111，互连特征结构125可位于该基底上。可为集成电路形式的电路105可电连接和物理连接至基底111及其互连特征结构125。
参见图1B，接触镜片150的剖面浮雕(cross sectional relief)可包括接触镜片插入件100及其所讨论的成分。接触镜片插入件100可被封装到接触镜片水凝胶155的裙边中，裙边可封装插入件并为使用者的眼睛提供与接触镜片150的舒适接触界面。
参见图1C，图1B的横截面图被示出为叠加在使用者眼睛170上。使用者眼睛表面上可存在可位于镜片区域下的包含插入件的区域，诸如区域190。而且，使用者眼睛表面上可存在可仅位于水凝胶裙边下的区域，例如区域180。在一些示例中，泪液和表面组织区域中的氧合水平在区域190中可比区域180中更少，这是由于氧被抑制从可位于接触镜片外部的环境气体扩散到使用者眼睛表面。在这些示例中，可保证具有封装的插入件的接触镜片的其他设计方面。
参见图1D，示出了插入件下方区域180的一部分的横截面放大图。示出了使用者眼睛181的表面或角膜。使用者眼睛181的表面上方可自然地出现支撑镜片的薄层泪液182。薄层泪液182的另一侧可以是水凝胶裙边183的一部分。靠近使用者角膜或眼睛的水凝胶裙边的形状可称为弧形表面，并且该表面也可被称为后表面或后曲线表面，因此它可以是弧形后表面或弧形后曲线表面。图1D的横截面被示出在镜片插入件184的边缘处。因此，示出了镜片插入件184上方的镜片裙边185的可变厚度层。插入件下方水凝胶裙边的区域和插入件下方泪液层的相关部分可以是氧水平降低的区域，这是由于镜片插入件184阻止通过其主体的氧扩散，并且使用者眼睛181消耗氧。泪液182也可具有降低的氧水平。
封装的插入件主体内的扩散“孔”。
参见图2A，示出了封装的插入件的横截面。在该示例中，可发现双腔室插入件。外层可形成插入件的顶部表面211。而且，另一个外层可以形成插入件的底部表面214。在一些示例中，这些插入件表面可具有与插入件结构的期望光学效果相关联的形状和形式，诸如被成形为增加插入件的镜片效果的功率。在具有多个腔室的示例中，诸如图2A所示，也可形成中间件217。以与外层同样的方式，中间件217可被成形为与镜片结构的光学效果相关。在一些示例中，腔室可具有可限定区域中腔室结构高度的内部结构。这些结构可称为间隔件。第一腔室212可具有第一腔室间隔件213，并且第二腔室215可具有第二腔室间隔件216。在一些示例中，间隔件的位置可彼此不相关，在所示的示例中，它们可对准，这样可允许在它们的中心形成孔，该孔穿过整个主体并从每个插入件表面出来。间隔件可位于腔室中位于眼科镜片的光学区域中的区域，其中光学区域是镜片的部分，其中光从物体通过其光程到达使用者的视网膜。如果间隔件位于光学区域中，则它可与通过形成图像的光线相互作用。因此，将间隔件保持在最小尺寸可能是重要的。在一些示例中，尺寸可小于100微米。在另外的示例中，尺寸可小于50微米。在另外的示例中，尺寸可小于20微米。
可通过第一腔室间隔件213和第二腔室间隔件216的覆盖物形成间隔柱。参见图2B，示出了孔221的切割。在一些示例中，孔可被激光源220切割。作为一个示例，可聚焦基于镱光纤的激光器，以在诸如尺寸小至10至20微米的材料(例如塑料)中钻孔。可使用任何激光钻孔型设备通过顶部表面211、第一腔室间隔件213、第二腔室间隔件216和底部表面214形成孔。在一些示例中，可利用其他产生孔的方法，诸如在一个非限制性示例中，可利用光刻工艺将光致抗蚀剂掩模成像，然后采用通过层的反应性离子蚀刻工艺。可使用通过插入件钻出小型孔的任何技术。
孔221可以是允许氧通过插入件从电活性镜片前部扩散到电活性镜片后部的路径。如果孔存在于封装的镜片中，则泪液通过孔与溶解在泪液中的氧一起的扩散可增加镜片插入件区域下方的使用者眼睛表面组织的氧水平(如图1C中的180所示)。在一些示例中，氧渗透可在水凝胶层中非常有效。参见图2C，用于封装镜片插入件的水凝胶层230也可在孔231中填充(或“反填充”)孔与水凝胶层。氧可通过泪液和水凝胶从前表面扩散通过镜片主体并进入镜片后表面的水凝胶层，并最终进入镜片与眼睛表面之间的泪液层，在该泪液层处其可扩散到眼睛的组织层。
参见图2D，示出了在各种位置穿过主体钻孔的镜片插入件的俯视图。如图所示，在一个示例中，在特征271、272、273、274和275处可具有五(5)个孔切入插入件装置。孔的实际数量可大于或小于所示的数量，这取决于许多因素，包括诸如通过存在的孔透过镜片成像的退化以及增加的氧水平与距孔距离的有效性等因素。可还存在其他因素影响孔的单独设计及其在插入件主体中的图案和数量。
可期望形成直径约为20微米数量级的孔。为了用水凝胶单体填充孔，可期望在将插入件周围的单体填充模具之前抽空孔中的气体。通过抽空孔周围和内部的气相，可得到更好的单体填充。
参见图2E，以横截面示出了示例性接触镜片。接触镜片裙边280的横截面和281后视图可围绕插入件。插入件可具有两个腔室，第一腔室283和第二腔室284。示出了通孔或孔，诸如示例性通孔282。如图所示，激光钻孔处理可得到在镜片表面附近具有较宽直径的凹槽的孔的轮廓。
氧吸收和解吸
在高级接触镜片和眼睛表面之间的空间中增加氧的另一种方式可为在镜片主体内存储增加的氧水平。通过在包装镜片之前将镜片存储在加压氧环境中，可将增加的水平赋予镜片。可向镜片中的层添加许多材料，这些材料可赋予其从加压气氛中储存氧的能力。理想情况下，储存氧的材料会随着附近氧水平的下降而解吸氧。在其他示例中，储存的氧可在诸如通过加热材料的影响下被解吸。
参见图3A，吸收材料层310可嵌入高级接触镜片内。插入件示例的一般结构如前面的描述所示，其包括顶部表面211、第一腔室212、第一腔室间隔件213、底部表面214、第二腔室215和第二腔室间隔件216。在一些实施例中，可存在通孔221。在一些示例中，吸收材料310可沉积在插入件的表面上。在其他示例中，其可以作为膜或如包埋的离散元件嵌入在水凝胶裙边层内。在一些示例中，吸收材料310可以是基于天然氧传输分子的合成有机金属部分，或者可以是生物氧传输分子，诸如血红蛋白、血蓝蛋白、另一种卟啉基物质或另一种金属有机框架分子物质。作为非限制性示例，吸收材料310可包括金属物质，诸如铁、铜和锆。这些有机金属物质可被整合到水凝胶层中，并且可将氧可逆地解吸到水凝胶层中。在一些示例中，可通过吸收材料层上的电作用来刺激解吸，诸如加热它们。由于使用环境的性质，这种加热可有时限于吸收材料的较小区域。可嵌入其他类似的有机分子以执行类似功能。
在其他示例中，吸收材料可包含吸收颗粒，诸如可充满氧气的沸石。颗粒可能在其周围保持平衡的氧水平。因此，当打开含有高级接触镜片装置的包装以供使用时，可发生氧的释放，并且吸收颗粒可开始解吸氧。在一些示例中，吸收材料可包括各种组成的沸石，诸如钠、铈、硅和铝。在其他示例中，吸收/吸附材料可包含吸收氧的聚合物和掺杂聚合物，诸如在主链中具有不饱和区或酚区的聚合物。聚合物可掺杂其他物质如铜，诸如在聚酯和聚丁二烯结构中。在高压、高浓度和/或高氧分压下，这些吸收颗粒的超饱和度可得到当环境中的氧水平下降时随时间释放低水平氧的材料。
参见图3B，示出了替代但相关的装置结构。插入件示例的一般结构如前面的描述所示，其包括顶部表面211、第一腔室212、第一腔室间隔件213、底部表面214、第二腔室215和第二腔室间隔件216。在一些实施例中，可存在通孔221。插入件的表面可形成为包括一系列显示为容器350的氧容纳或氧生成容器。在一些示例中，容器350可包含加压的氧。电可控释放特征360可形成于容纳加压氧的容器上，并且电信号可释放氧。在一些示例中，电信号可导致薄金属箔在释放所储存氧的过程中熔化。
在其他示例中，容器350可含有含氧化学物质(诸如过氧化氢)的分离区域。在这些情况下，电可控释放特征360可释放过氧化氢流入装置的另一区域，在该区域其可与催化表面(诸如沸石表面)相互作用，其中过氧化物可分解成水和放出的氧。在一些示例中，容器可被膜覆盖，该膜可允许氧扩散通过并同时容纳其他组分，诸如容器内的催化表面。
电活性氧发生器或释放结构可被电编程以在使用周期开始之后的特定时间被释放。因此，大量此类特征可缓慢且区域地触发，以在使用周期内增加横穿高级接触镜片插入件下方区域的氧水平。
富氧流体运动以增加氧合作用
在使用过程中，高级接触镜片周围的一般环境具有足够的氧水平。然而，在一些情况下，通过密封插入件对穿过接触镜片扩散的抑制可与以下事实相结合，即接触镜片的水凝胶表面与眼睛表面之间的泪液薄层可不会显著移动以与插入件区域周边的更多氧合区域互换。在实践中，水凝胶层可提供从周边区域向插入件下方区域的氧的有效输送，但是那些区域中的组织可以显著速率消耗氧。因此，如果可需要增加氧输送，则可有助于增加泪液在插入件区域内进出该区域的运动。
参见图4A和图4B，电活性泵410可用于移动流体，更具体地讲是使用者眼睛表面附近的泪液。插入件示例的一般结构示于图4A中，如前面的描述所示，其包括顶部表面211、第一腔室212、第一腔室间隔件213、底部表面214、第二腔室215和第二腔室间隔件216。在一些实施例中，可存在通孔221。除了相关之外，如果泪液和水凝胶材料相对于其折射率匹配，则可能在水凝胶中产生可填充有泪液的通道420，但可不产生光学相互作用的结构。在一些示例中，当从上到下示出时，可形成通道以包括流动引导方面，诸如瓣阀或成型表面，其可有利于一个流动方向而非另一个。在一些示例中，该通道的高度可小于约20微米，并且宽度可为约20至50微米。在另外的示例中，该通道的高度可小于约5微米。在另外的示例中，该通道的高度可小于约1微米。在这些示例性量之外可存在许多高度和宽度的示例。
当从上到下示出时，示出了向内流动的通道430和向外流动的通道440。此外，非常小的特征可模制到水凝胶中以形成这些通道，并将流量止回阀的模拟物变成通道的形状。电活性泵410可包括在电信号上膨胀或收缩的部分，诸如压电陶瓷或基于压电陶瓷的换能器或电活性弹性体或基于电活性聚合物的换能器。通过收缩电活性主体411，附着的水凝胶特征412可移动在装置下腔室413中开口的体积。当该体积被打开时，流体可被吸入腔室413中。在相反的情况下，当电信号被去除或反向时，电活性主体411可膨胀、向下移动水凝胶特征412并使腔室413中的流体被推出通道。因此，含氧流体可从周边区域通过高级接触镜片的插入件区域下方的通道网络移动。在一些示例中，相对较慢且稳定的泵送动作可导致使用者在泵送动作期间不被物理地或光学地扰动。在一些其他示例中，泵送动作可被编程为间歇性的，并且可例如与眼睛闪烁的检测一致。
参见图5，示出了类似的基于通道的氧合流体的分布，其中泵送机构可为无源的，即可不涉及电活性泵。当使用者眼睑闪烁时，它可施加力以接合泵送机构。在一些示例中，力可压缩通道并允许流体从插入件511下方区域的通道中挤出到周边区域510。在盖移动之后，通道可再次从周边区域扩展拉出新的含氧流体。在另一个示例中，当使用者眼皮沿着它们在两个方向上时，在镜片周边区域中可存在被强制向下的突起520。在通道中具有适当水平的流动方向(即止回阀类型动作)，突起上向下的力及其对相邻区域的影响可沿着将流体从外部区域交换到内部区域的通道530的网络泵送流体。在一些示例中，通道530可形成为水凝胶封装裙边，并且在佩戴接触镜片时高度可为约50微米或更小，并具有保持通道存在的宽度。作为一个示例，通道530的宽度也可在尺寸为约50微米或更小。在一些示例中，突起可变得光滑且浅以提高使用者的舒适性，同时为接合泵送作用提供必要的强制相互作用。
用于镜片形成和镜片裙边的材料
显微注射模制实施例可包括，例如，聚(4-甲基戊-1-烯)共聚物树脂用于形成直径在约6mm至10mm之间且正面半径在约6mm至10mm之间，并且背面半径在约6mm和10mm之间且中心厚度在约0.050mm和1.0mm之间的镜片。一些实施例包括直径约8.9mm并且正面半径约7.9mm且背面半径约7.8mm并且中心厚度约0.200mm且边缘厚度约0.050mm的插入件。
可将图1A中所示的接触镜片插入件100放置在用于形成眼科镜片的模具部件中。模具部件的材料可包括例如以下物质中一种或多种的聚烯烃：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。其他模具可包括陶瓷或金属材料。
优选的脂环族共聚物含有两种不同的脂环族聚合物。脂环族共聚物的各种等级可具有105℃至160℃范围内的玻璃化转变温度。
在一些示例中，本发明的模具可包含诸如聚丙烯、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的一些优选方法中，按照已知的技术进行注射模塑；然而，示例性示例也可包括用其他技术成型的模具，所述其他技术包括例如：车床加工、金刚石车削、或激光切割。
在一些示例中，优选的镜片材料包含含有机硅的组分。“含有机硅的组分”是在单体、大分子单体或预聚物中含有至少一个[-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O在含有机硅的组分中的含量大于约20重量％，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官能团，诸如丙烯酸酯、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。
在一些实施例中，围绕插入件的眼科镜片裙边(也称为插入件封装层)可由标准水凝胶眼科镜片制剂构成。具有可向多种插入件材料提供合格匹配特性的示例性材料可包括那拉菲康族(包括那拉菲康A和那拉菲康B)和依他菲康族(包括依他菲康A)。下文将对与本领域一致的材料性质进行更全面的技术讨论。本领域中的技术人员可认识到，除所讨论的那些材料之外的其他材料还可形成被密封和封装插入件的合格的封装件或部分封装件，并且应将其视为符合并包含在权利要求书的范围内。
合适的含有机硅的组分包括式I的化合物
其中
R1独立地选自一价反应性基团、一价烷基或一价芳基，任一前述基团还可包含选自下列的官能团：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、卤素或这些基团的组合；以及包含1个至100个Si-O重复单元的一价硅氧烷链，该一价硅氧烷链还可包含选自下列的官能团：烷基、羟基、氨基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰胺基、氨基甲酸根、卤素或这些基团的组合；
其中b＝0至500，当b不为0时，应当理解b为众数等于设定值的分布；
其中至少一个R1为一价反应性基团，并且在一些示例中，在一和三个之间的R1包括一价反应性基团。
如本文所用，“一价反应性基团”为可经历自由基和/或阳离子聚合的基团。自由基反应性基团的非限制性示例包括(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯基、乙烯基、乙烯基醚、(甲基)丙烯酸C1-6烷基酯、(甲基)丙烯酰胺、C1-6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、O-乙烯基氨基甲酸酯和O-乙烯基碳酸酯。阳离子反应性基团的非限制性示例包括乙烯基醚或环氧基团、以及它们的混合物。在一个示例中，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。
合适的一价烷基和一价芳基包括未取代的一价C1至C16烷基、C6-C14芳基，诸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、聚乙烯氧丙基、它们的组合等等。
在一个示例中，b为零，一个R1为一价反应性基团，并且至少3个R1选自具有1至16个碳原子的一价烷基，在另一个示例中，选自具有1至6个碳原子的一价烷基。该实施方案的有机硅组分的非限制性示例包括2-甲基-2-羟基-3-[3-[1,3,3,3-四甲基-1-[(三甲基甲硅烷基)氧基]二硅氧烷基]丙氧基]丙基酯(“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)甲基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷。
在另一个示例中，b为2至20、3至15，或在一些示例中为3至10；至少一个末端R1为一价反应性基团，并且剩余的R1选自具有1至16个碳原子的一价烷基，并且在另一个示例中选自具有1至6个碳原子的一价烷基。在又一个实施方案中，b为3至15，一个末端R1为一价反应性基团，另一个末端R1为具有1至6个碳原子的一价烷基，并且剩余的R1为具有1至3个碳原子的一价烷基。该实施方案中有机硅组分的非限制性示例包括(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”)、一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”)。
在另一个示例中，b为5至400、或10至300，两个末端R1均为一价反应性基团，并且剩余的R1独立地选自具有1至18个碳原子的一价烷基，这种一价烷基在碳原子之间可能有醚键，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，本发明的镜片将由这样的反应性混合物制成：按由其制成聚合物的反应性单体组分的总重量计，该反应性混合物至少包含约20重量％的含有机硅组分，优选地包含介于约20重量％和70重量％之间的含有机硅组分。
在另一个实施方案中，一至四个R1包括下式的乙烯基碳酸酯或氨基甲酸酯：
其中：Y代表O-、S-或NH-；
R代表氢或甲基；d为1、2、3或4；并且q为0或1。
含有机硅的乙烯基碳酸酯或乙烯基氨基甲酸酯单体具体包含：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(三甲基甲硅烷氧基)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
在期望生物医疗装置具有约200以下的模量的情况下，仅一个R1将包括一价反应性基团，并且其余R1基团中不超过两个将包括一价硅氧烷基团。
另一类含有机硅的组分包括以下式的聚氨酯大分子单体：
式IV-VI
(*D*A*D*G)a*D*D*E1；
E(*D*G*D*A)a*D*G*D*E1或；
E(*D*A*D*G)a*D*A*D*E1
其中：
D代表具有6至30个碳原子的烷二基、烷基环烷二基、环烷二基、芳二基或烷基芳二基，
G代表具有1至40个碳原子而且可在主链中含有醚键、硫代键或胺键的烷二基、环烷二基、烷基环烷二基、芳二基或烷基芳二基；
*代表氨基甲酸酯或脲基键；
a至少为1；
A代表由下式表示的二价聚合基：
R11独立地代表具有1至10个碳原子的烷基或氟取代的烷基基团，其在碳原子之间可含有醚键；y为至少1；并且p提供400至10,000的部分权重；E和E1中的每个独立地代表由下式表示的可聚合不饱和有机基：
其中：R12为氢或甲基；R13为氢、具有1至6个碳原子的烷基或—CO—Y—R15基，其中Y为—O—、Y—S—或—NH—；R14为具有1至12个碳原子的二价基；X代表—CO—或—OCO—；Z代表—O—或—NH—；Ar代表具有6至30个碳原子的芳香基；w为0至6；x为0或1；y为0或1；并且z为0或1。
优选的含有机硅组分为聚氨酯大分子单体，其由下式表示：
其中R16是在去除异氰酸酯基团之后的二异氰酸酯的双自由基(诸如异佛乐酮二异氰酸酯的双自由基)。其他适宜的含有机硅大分子单体为由氟醚、羟基封端的聚二甲基硅氧烷、异佛乐酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸异氰基乙酯反应形成的式X的化合物(其中x+y为10至30范围内的数值)。
其他适合用于本发明中的含有机硅的组分包括含有大分子单体的聚硅氧烷、聚亚烷基醚、二异氰酸酯、聚氟代烃、聚氟醚和多糖基团；具有氟化接枝的极或包括附接到末端二氟代碳原子的氢原子的侧基团的聚硅氧烷；含有醚和硅氧烷键的亲水硅氧烷甲基丙烯酸酯和含有聚醚和聚硅氧烷基团的可交联单体。也可用前述聚硅氧烷中任一种作本发明中的含有机硅组分。
已经描述的裙边材料的配方可被配置成产生具有结构强度的裙边层，以在佩戴于使用者眼睛上时保持各种尺寸的通道。在一些示例中，通道可在其形成时被模制到裙边中。在其他示例中，可由模制材料切割或侵蚀通道。裙边材料也可被配置成使其具有与普通人类使用者的泪液密切匹配的光学折射率。因此，高级接触镜片的前述示例的光学区域中可存在的模制特征的存在可在被放置在使用者眼睛上之后填充泪液时变得非光学活性。如前所述，通道的各种形状和轮廓可形成用于不同的目的，诸如增加通道内流体的定向流动。
用于增加生物医学装置中靠近电活性部件的区域内氧合作用的方法和装置可被设计并结合到许多其他类型的生物医学装置中。生物医疗装置可为例如植入式电子装置诸如起搏器和微能量收集器、用于监测和/或测试生物功能的电子药丸、具有活性部件的外科装置、眼科装置等。
已经描述了具体示例以说明用于增加电活性生物医学装置使用者的组织区域中氧水平的生物相容性装置的形成、形成方法以及形成装置的实施方案。这些示例用于所述举例说明，而无意以任何方式限制权利要求书的范围。因此，本说明书旨在涵盖对于本领域的技术人员来说可显而易见的所有实施方案。

Claims (29)

1.一种接触镜片，包括：
水凝胶裙边，其中所述水凝胶裙边被模制成所述接触镜片的形状，在所述接触镜片的使用期间，弧形后表面邻近使用者的角膜放置；
插入件，其中所述插入件是不透气的，并且不渗透流过其主体的流体，其中所述插入件被封装在所述水凝胶裙边内；并且其中所述插入件包括一个或多个安装在其上的部件；
所述水凝胶裙边的第一区域，其中所述水凝胶裙边的所述第一区域为所述水凝胶裙边的在所述接触镜片的使用期间处于所述插入件的表面与使用者角膜之间的那部分；以及
所述接触镜片内增加与所述第一区域接触的流体内氧水平的部件。
2.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述接触镜片内增加与所述第一区域接触的所述流体内氧水平的所述部件至少包括所述插入件中的第一孔，其中所述孔横穿所述插入件的所述主体。
3.根据权利要求2所述的接触镜片，其中所述孔横穿位于所述插入件内的腔室内间隔件的主体。
4.根据权利要求2所述的接触镜片，其中所述孔被含有机硅的材料反填充。
5.根据权利要求4所述的接触镜片，其中所述第一孔为多个孔中的一个，其中所述多个孔横穿所述插入件的所述主体。
6.根据权利要求5所述的接触镜片，其中所述多个孔被所述含有机硅的材料反填充。
7.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述接触镜片内增加氧水平的所述部件包括吸收材料层，其中所述吸收材料吸收氧气。
8.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述吸收材料包含血红蛋白。
9.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述吸收材料包含血蓝蛋白。
10.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述吸收材料包含卟啉基材料。
11.根据权利要求7所述的接触镜片，其中所述吸收材料包含金属有机框架分子物质。
12.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述接触镜片内增加氧水平的所述部件包括嵌入式电活性释放结构，其中根据电信号释放被存储于容器中的氧。
13.根据权利要求12所述的接触镜片，其中所述电信号引起电流，以熔化金属箔的覆盖物。
14.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述接触镜片内增加氧水平的所述部件包括电活性氧发生器。
15.根据权利要求14所述的接触镜片，其中电信号致使所述电活性氧发生器释放包括含氧化学物质的流体，从而与催化表面相互作用以放出氧气。
16.根据权利要求15所述的接触镜片，其中所述电活性氧发生器包含过氧化氢。
17.根据权利要求16所述的接触镜片，其中所述电信号引起电流，以熔化金属箔层。
18.根据权利要求1所述的接触镜片，其中所述接触镜片内增加氧水平的所述部件包括泵，其中所述泵引起所述水凝胶裙边的所述第一区域附近泪液的运动。
19.根据权利要求18所述的接触镜片，其中所述泪液在形成于所述水凝胶裙边内的通道中运动。
20.根据权利要求19所述的接触镜片，其中所述通道成形为有利于沿第一方向流动通过所述通道。
21.根据权利要求20所述的接触镜片，其中所述泵包括电活性元件。
22.根据权利要求21所述的接触镜片，其中所述电活性元件包括一个或多个基于压电的换能器或基于电活性聚合物的换能器。
23.根据权利要求20所述的接触镜片，其中所述泵包括与使用者眼睑相互作用以用于接合泵送作用的水凝胶裙边材料的凸起部分。
24.根据权利要求18所述的接触镜片，其中所述泵包括与使用者眼睑相互作用以用于接合泵送作用的水凝胶裙边材料的凸起部分。
25.一种在使用者佩戴接触镜片时增加所述使用者角膜处的氧水平的方法，所述方法包括：
形成穿过接触镜片插入件的孔；
用含有机硅的聚合物反填充所述孔；以及
提供包含所述接触镜片插入件的接触镜片，其中在所述接触镜片的使用期间，氧通过所述孔与所述含有机硅的聚合物扩散到所述接触镜片下方的泪液区域。
26.一种在使用者佩戴接触镜片时增加所述使用者角膜处的氧水平的方法，所述方法包括：
在所述接触镜片的主体内形成氧吸收材料层；
将所述接触镜片放置在具有高氧分压的环境中；以及
提供所述接触镜片，其中在所述接触镜片的使用期间，氧从所述吸收材料扩散到所述接触镜片下方的泪液区域。
27. 一种在使用者佩戴接触镜片时增加所述使用者角膜处的氧水平的方法，所述方法包括：
在所述接触镜片的主体内形成多个电活性含氧结构；以及
提供所述接触镜片，其中在所述接触镜片的使用期间，电信号的编程为第一电活性含氧结构提供电信号，其中提供给所述第一电活性含氧结构的所述电信号致使氧从所述电活性含氧结构扩散到所述接触镜片下方的泪液区域。
28.一种在使用者佩戴接触镜片时增加所述使用者角膜处的氧水平的方法，所述方法包括：
在所述接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中形成多个通道；
在所述接触镜片的所述水凝胶裙边的所述弧形后弯曲区域中的第一放大通道上方形成水凝胶裙边的凸起区域；以及
提供所述接触镜片，其中在所述接触镜片的使用期间，所述使用者的眼睑迫使水凝胶裙边的所述凸起区域压缩在所述水凝胶裙边的所述弧形后弯曲区域中的所述第一放大通道，其中所述压缩使得泪液在所述接触镜片下方运动，其中所述接触镜片包括插入件，所述插入件包括安装在所述插入件内的一个或多个部件。
29.一种在使用者佩戴接触镜片时增加所述使用者角膜处的氧水平的方法，所述方法包括：
形成电活性泵，所述电活性泵包括固定地附接至所述接触镜片的镜片插入件的压电陶瓷材料层；
在所述接触镜片的水凝胶裙边的弧形后弯曲区域中形成多个通道；
在所述接触镜片的所述水凝胶裙边的所述弧形后弯曲区域中形成第一放大通道，其中所述放大通道位于所述电活性泵的附近；以及
提供所述接触镜片，其中在所述接触镜片的使用期间，电信号的编程为所述电活性泵提供电信号，其中提供给电活性泵的所述电信号迫使所述电活性泵压缩在所述水凝胶裙边的所述弧形后弯曲区域中的所述第一放大通道，其中所述压缩使得泪液在所述接触镜片下方运动。
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