CN109154724A - 接触镜 - Google Patents

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Abstract

一种接触镜，其构造为限制镜片的至少一个区域的水传输率同时至少维持最小的氧传输率。水传输率最大值和氧渗透率最小值通过单一镜片材料的预定镜片厚度或通过使用两种以上的材料的层来实现。

Description

接触镜
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月22日递交的美国临时专利申请No.62/083,198的优先权，其整体作为参考并入本文中。
技术领域
本发明涉及光学镜片的一般领域，更具体地，涉及接触镜，其构造为限制镜片的至少一个区域的水传输率(water transmissibility)同时至少维持最小的氧传输率(oxygentransmissibility)。水传输率最大值和氧渗透率(oxygen permeability)最小值通过单一镜片材料的预定镜片厚度或通过使用两种以上的材料的层来实现。
背景技术
佩戴接触镜(contact lens)的消费者的眼睛的健康大大地依赖于传输通过镜片(lens)的氧的量。制成镜片的材料通常根据它们的氧渗透率来选择并且已经进行了很多研究来确定维持健康的角膜所需要的氧的最小量。
使用系数Dk从数学上说明透气性或与该讨论更相关的氧渗透率，其中D是扩散率(diffusivity)(cm2/sec)，是氧气移动通过材料有多快的量度，并且k是溶解度(ml O2/ml材料×mm Hg)，是材料中含有多少氧气的量度。氧传输率的系数(Dk/t或Dk/L)是通过将材料的氧渗透率除以材料的单位为厘米的厚度得到的。
对于公众市售镜片产品现在提供的最好的渗透性在Dk＝80至150×10-11(cm2/sec)(mL O2)/(mL×mm Hg)(Barrers)的范围内。这些镜片的材料通常为有机硅丙烯酸酯(silicone acrylates)或有机硅丙烯酸酯与亲水性单体的共聚物，由此产生有机硅水凝胶。前者典型地为硬性镜片而后者为软性镜片。这些镜片必须以薄的设计来提供，从而支持角膜健康，这会导致耐久性、操作性以及在水凝胶的情况下的脱水的问题。
脱水，水从镜片的内部的损失导致其中镜片的直径、厚度和曲率半径下降的镜片的几何结构(geometry)的改变，镜片的光学倍率/屈光度(optical power)的改变，并且镜片显示在镜片表面上的差的润湿。镜片收缩会导致眼睛上的镜片的缩紧(tightening)，如由眼球运动(eye movement)减少表明，而当眼睑在眨眼时经过镜片时，差的润湿导致不适。一般，脱水效果通过以下来解决：使镜片具有与下面的角膜的曲率相比较长的镜片的曲率的后部半径(posterior radius)。在这些情况下，镜片收缩仅用于使镜片与眼睛具有正确关系，同时维持镜片移动。为了防止不适，将镜片表面处理，以试图减小润湿角并转而维持泪液膜在镜片的正面，或使镜片预装填有润滑物质，所述润滑物质会渗出至表面上以维持佩戴期间的舒适性。
以上说明通常对于现今市售用途的全部镜片都是恰当的，除了一个重要的例外。该例外为由有机硅橡胶(交联聚二甲基硅氧烷，PDMS)制成的镜片。PDMS对于接触镜用途来说是有吸引力的，因为，第一，其对氧的渗透性非常高，为最高的可相比材料的渗透性的大于两倍；第二，PDMS为软性的并且在机械性上与人体组织相似；第三，PDMS具有作为移植物中的生物材料以及伤口敷料的长历史的安全用途；第四，PDMS容易地以高转印的设计特征而成形为最终镜片；并且最后，PDMS不为水凝胶，因而不经受细菌侵入。
不幸地，PDMS(近50年以前在接触镜中首次出现)尚未在一般的接触镜市场中取得成功。一个原因通常记载为"粘着(sticking)"的问题，其也记载为"镜片粘附(lensadherence)"。镜片的移动通常不能在施加后短如15分钟内观察到。事实上，早期经验包括镜片对角膜的实际粘附，导致在除去镜片时上皮的小斑块的损失。尽管是痛苦的，但此类现象不威胁视力，因为角膜相当迅速地自我修复；即使如此，角膜表面的任何损坏产生了感染的机会。
PDMS镜片失去了在一般的接触镜市场中的位置，除了儿科无晶状体缺陷(pediatric aphakia)的折射校正以外。未经治疗的婴儿的该状况使得无一例外地导致缺少内部晶状体的眼睛失明。对于儿科无晶状体缺陷用PDMS接触镜的折射处理是独特的，这是由于需要具有高的中央厚度的厚度分布的接触镜中对于极端光学倍率的要求。粘着问题在此类应用中难以观察到。已知厚的镜片由于在眨眼期间与眼睑的有力接触而促进镜片移动。另外，由于高的氧渗透率，儿科无晶状体缺陷用镜片具有对于长达30天的连续佩戴的管理批准；因此，不需要频繁地除去镜片，由此降低上皮脱离的可能性。
遵循使用具有厚中央的镜片的儿科成功的推论且使用改善晶片表面润湿的方法(典型地等离子处理)，使得早期尝试解决了镜片粘着问题。不能成功地开发与眼睛关系宽松的镜片与等离子处理的镜片结合的改造镜片几何结构设计。因为镜片几乎不包含水(典型地为小于0.2％)，镜片脱水似乎不是镜片粘附的可能原因。
PDMS接触镜具有高的氧的溶解度和大的氧的扩散率(内部通量率(rate ofinternal flux))(源自聚合物中的硅原子的极端迁移性)并且这些性能导致非常高的氧渗透率(Dk)。渗透率实际上为这两个性能的乘积。渗透物的扩散率，如对于氧的以上讨论，是一个性能。第二个性能是在所渗透穿过的材料中的渗透物的溶解度。具有关于特定渗透物的两个性能的高值的材料常常具有高的对该渗透物的渗透率。因为PDMS具有非常低的水的溶解度，通常假设的是，水可以以低的速度传输通过材料。遵循该假设，人们将会推断由于脱水导致的收缩是不可能的并且由渗透导致的水传输是最小的。使水传输最小的策略尚未作为解决"粘着"问题的可能方法而被认识到或被报道。
认识到的是，接触镜设计师的PDMS的低的水传输率的假定是错误的，并且水传输率本身是镜片粘着的主要原因，也是本发明的基础。虽然液态水在PDMS镜片内几乎检测不到，但水蒸汽分子能够自由地穿过材料。事实上尽管经由该材料的对氧的渗透率是令人印象深刻的，但对水蒸汽的渗透率为大于50倍以上。该量级的水渗透率能够以数分钟左右从镜片下方传输全部量的泪水。镜片后的泪膜和与上皮粘蛋白层(epithelial mucin layer)相关的水的消耗可以使得镜片和角膜的表面为疏水的，由此增加彼此吸引(attraction)。这样的疏水性表面的吸引将会不可避免地导致粘着和不移动。这些效果会不太可能通过表面处理或宽松适合的镜片设计策略来减缓。例如婴儿等暴露于该镜片的佩戴者会观察到一些改进：包括大于闭眼佩戴的标准持续时间。
最初想到的是，粘着的解决方法将会是寻找具有非常高的氧传输率但不具有迅速的水传输率的其它材料。当然，这样的材料将会要求具有适于接触镜的机械性能，相对便宜并且可以通过低成本方法例如自动铸塑成形的手段来制造，并且几乎不要求库存单位(stock keeping units)(SKU’s)来覆盖绝大多数病人。新材料将会必须为无毒且满意的生物相容的，同时易于安放(fit)、佩戴舒适且光学透明。这样的材料的研究已经进行了接近50年并且已经提出满足全部这些要求的材料。由气体可渗透的硬性材料制成的镜片已经为最接近的，但佩戴较不舒适、难以安放(fit)、制造昂贵且要求较多的库存单位。
Holden和Mertz建立了用于维持标准的角膜生理性的最小氧传输率的标准，以用于在睁眼下佩戴接触镜(日常佩戴)和在标准的整夜睡眠时间下佩戴镜片(延长佩戴或连续佩戴)。
Holden和Mertz研究了临界的氧水平以避免角膜水肿，并且在氧传输率和当量氧百分比方面限定它们。通过测量在36小时佩戴时间内由各种接触镜引起的角膜膨胀反应，对于日常和延长的接触镜佩戴二者，检测角膜水肿与水凝胶镜片氧传输率之间的关系。该关系得到在普通的年轻人群体中在日常和延长佩戴的情况下允许发生的平均水肿水平，其预计在±1.0％内。从所得的曲线获得避免日常和延长的接触镜佩戴的水肿所需的临界镜片氧传输率。Holden和Mertz发现，在日常佩戴条件下，氧传输率(Dk/t)为至少24.1±2.7×10-9(cm3O2)/(cm2·s·mmHg)或Barrers/cm、当量氧百分比(EOF)为9.9％的镜片不引起角膜水肿。
发明内容
本发明通过可选择的方法来解决问题；创造了至少满足Holden Mertz的氧传输率的最小标准同时显现不大于成功商业化的接触镜的水传输率的镜片。本发明公开了降低水传输率同时维持最小水平的氧传输率的手段。本发明的第一实施方案为具有预定厚度以将超高渗透性镜片材料的水传输率减低至最大可接受水平同时将氧传输率维持至最小可接受水平的镜片。本发明的第二实施方案为一种镜片，其至少包括两种材料，其中组合的材料构成为单一装置以将复合镜片的水传输率降低至最大可接受水平同时将氧传输率维持至至少最小可接受水平。
历史上，在称为混合(hybrid)或复合镜片的镜片中已经考虑看起来平行的方法，然而该方法(例如在Saturn Lens、Softperm Lens、Synergeyes Lens品牌的镜片中)不试图通过融合(merging)它们的性能而通过在不同的部位使用迥异的材料以呈现分开的功能(并排(side by side)、眼睛中央和眼睛周边)而使所包含的材料一起起作用。现有发明提供了依次显示它们的合计性能的材料以在镜片的相同部位和由此在眼睛的相同部位处获得期望的性能。现有发明使迥异材料构成为"三明治结构"或材料与镜片的轴平行和垂直，而不是与镜片的轴同轴的层状构成，如在上述复合或混合型镜片中。
现有技术还公开了具有前面的硬性层和后面的软性层的镜片，这是出于在与眼睛接触时提供镜片舒适性同时呈现硬性光学镜片的原因。这样的层叠体镜片没有解决平衡最大可接受的水传输率同时至少维持最小的氧传输率的问题。
另外的技术教导了具有气腔的镜片，并且该腔体填充有流体和凝胶材料，这没有解决将镜片限制为最大的水传输率同时维持最小的氧传输率的问题。现有技术还公开了在镜片中包括组分和元件，这没有解决平衡最大可接受的水传输率同时至少维持最小的氧传输率的问题。
本发明的目的是提供具有最小的氧传输率以维持用于佩戴接触镜的标准角膜生理性的接触镜。
本发明的另一目的是提供具有不大于其它成功地商业化的接触镜的水传输率的接触镜。
本发明的进一步目的是提供一种复合软性或硬性接触镜，该复合镜片的水传输率低于最大可接受的水平同时氧传输率为至少最小可接受的水平。
除非另有明确陈述，本文献中使用的术语和词组及其变化应当理解为与限制式相反的开放式的。作为前述的示例：术语“包括”应当理解为含义“包括但不限于”等；术语“实例”用于提供所讨论项目的示例性例子，而非其穷举或限制性的列出；术语“一”或“一个”应当理解为含义“至少一个”、“一个或多个”等；并且诸如“传统的”、“惯常的”、“常规的”、“标准的”、“已知的”等的形容词以及相似含义的术语不应当理解为将所述项目限制成给定时间段或可在给定时间获得的项目，而是应当理解为涵盖传统的、惯常的、常规的或标准的技术，该技术可以在现在或将来的任意时间是可获取或已知的。同样地，在本文献提及对本领域技术人员明显或已知的技术的情况下，该技术涵盖在现在或将来任意时间对本领域技术人员明显或已知的技术。
在一些例子中诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”等的宽泛词语和词组或其它类似词组的存在将不理解为如下含义：在可能缺少该宽泛词组的例子中意在或要求较窄的情况。另外，以示例性框图、流程图和其它图示的形式说明了本文陈述的各种实施方式。如在阅读本文献之后本领域技术人员将明显的，能够实施图示出的实施方式及其各种替换而不限于图示出的实例。例如，框图及其所附说明不应当理解为表示特定的结构或构造。
如本文中使用，接触镜由一层或多层膜、包括复合膜来制成。复合膜为由多个膜制成的膜，包括多层的膜。在一些实施方案中，虽然不必须是全部实施方案，但接触镜仅由复合膜制成，在此情况下术语可以可交换地使用。
已经相当宽泛地概括本发明的更重要的特征，以便可以更好地理解其详细说明，并且以便可以更好地领会对现有技术的帮助。本发明的另外的特征将会在下文中说明并且将会形成所附权利要求的主题。本文中列出的特征和本发明的其它特征、方面和优势将会参考以下说明和所附权利要求而变得更好地被理解。
附图说明
附图并入且形成本说明书的一部分，图示本发明的实施方案，并且与说明书一起用于说明本发明的原则。该图不意在详尽的或使本发明限于所公开的精确形式。应该理解的是，本发明可以在改造和替换下实施，并且本发明不仅受权利要求和其等同物限制。
图1为依照本发明的所选实施方案的具有第一厚度和第二更大厚度的接触镜的截面图。
图2为依照本发明的所选实施方案的对氧和对水蒸汽的渗透率变化的具有两层的接触镜的截面图。
图3为依照本发明的所选实施方案的对氧和对水蒸汽的渗透率变化的具有多层的接触镜的截面图。
图4为依照本发明的所选实施方案的具有外部镜片材料层和内部材料层的接触镜的截面图。
图5为依照本发明的所选实施方案的外部镜片材料层、内部材料层和这些层间的粘接层的接触镜的截面图。
图6为依照本发明的所选实施方案的在接触镜的区域中置换外部镜片材料层和内部材料层的接触镜的截面图。
图7为在包括第二材料层和通过将初始材料层的部分厚度由第二材料的等同部分厚度层交换而改变为那些初始渗透率之前，随着由材料的仅一种的全部厚度最初表示的那些渗透率的分数变化的复合物对氧和水的渗透率的图，第二材料具有不同的对氧和水蒸汽的渗透率。
图8为其中氧渗透率比例(PO1/PO2)保持为常数的第一方案的图。
图9为其中氧渗透率比例(PO1/PO2)保持为常数的第二方案的图。
具体实施方式
本发明的很多方面可以参考以下示出的附图而更好地被理解。附图中的组件不必要地按比例绘制。相反地，重点放在清晰地表明本发明的组件。此外，类似的附图标记标出在附图中数个图的对应部分。
本发明的第一实施方案包括具有超高的对氧和水蒸汽的渗透率的单一的镜片材料。选择镜片的厚度分布以使水传输率减低至最大水平或低于最大水平同时使氧传输率保持在最小水平或高于最小水平。Fornasiero和同事们(2005)测量了水通过商业上成功的水凝胶和有机硅水凝胶镜片材料的稳定状态扩散，同时Rofojo(1980)测量了通过有机硅橡胶镜片材料的水传输性。虽然两个研究的度量报道为不同的，但该转换可以将水渗透率成为通用度量(common metric)。
平行地，商业上成功的镜片中的两个的镜片厚度分布是已知的。所得水传输率计算为水渗透率除以厚度。值得注意的是，水渗透率随着测量其时材料周围的湿度而变化。进一步，渗透率可以随着水凝胶材料脱水且变薄而变化。即使如此，出于本发明的目的，可以使用环境湿度的范围的平均值。
水渗透率可以报道为等于μg/μm cm2s-1或等于cm/μm并且可以转换为cm3/μgH2O和mmHG/Atm，其接着可以转换为Barrers。这样的转换使得传统水凝胶和有机硅水凝胶的水渗透率的测量值与有机硅橡胶材料的水渗透率的报道值可比较。以下表示出报道值用于比较：
表1
材料 流量* ％湿度 厚度** 水渗透率Barrers***
Polymacon 4.7 50 145 11110
Balafilcon 8.05 50 144 18964
Elastifilcon NA NA NA 40000
*10-6g·cm-2·s-1
**稳定状态
***10-11[cm3·cm]/[cm2·s·mmHg]
Polymacon的镜片厚度的历史报道包括范围为中央厚度值为0.04至0.18mm的商业化镜片。大多数镜片的中央厚度值在0.08与0.12mm之间或平均值为0.10mm。由polymacon制成的镜片已经显示大于50年的持久使用(sustained use)而没有镜片粘附的报道。Polymacon镜片的长期商业成功的研究和镜片粘附或"粘着"的报道的不存在说明水蒸汽传输率充分低，从而防止镜片后的泪层的消耗。值得注意的是，polymacon构成新的安放物的小百分比，因为其还具有低的氧渗透率且落在用于睁眼佩戴的对氧传递的Holden Mertz标准以下。
本发明提供了使用预确定的镜片厚度作为用于使水传输率降低至由polymacon镜片显示的大致水平同时使氧传输率维持在用于睁眼佩戴的Holden Mertz标准或标准以上的一个实施方案。本发明的镜片的设定为最小氧传输率(Dk/t)的Holden Mertz值为24.1±2.7×10-9(cm3O2)/(cm2·s·mmHg)。通过实例，已经报道了聚二甲基硅氧烷的一个变体的Dk＝340×10-11(cm2/sec)(mL O2)/(mL×mm Hg)。相同材料的其它变体可能具有更高或更低的Dk的测量值。
由Dk＝340×10-11(cm2/sec)(mL O2)/(mL×mm Hg)的材料制成的镜片的中央厚度可以高达0.141cm以维持Dk/t＝24.1×10-9(cm×ml O2)/(sec×ml×mmHg)。虽然这是大于商业化镜片的数量级，但会期望氧传输率满足睁眼(日常佩戴)要求。这样的厚度还将会使相同的镜片的水传输率降低至良好地低于由商业上成功的polymacon和有机硅水凝胶镜片显示的水平的水平。
因为厚度为1.41mm的镜片是过多的且空前的，本发明旨在于使厚度最小化以实现基本上相当于polymacon的水传输率。选择polymacon镜片的谐和的厚度值为0.08mm，从而产生限制本发明的最大的水传输率。通过实例的方式，转换为以Barrers计的渗透率的在50％湿度下的polymacon的水传输率为11,110。使用作为0.008cm的镜片的谐和厚度，发现镜片实例的水传输率(B/t)为13,887.5。继续通过实例，发现聚二甲基硅氧烷的变体的报道的渗透率值为40,000Barrers。为了实现本发明的镜片的一个实施方案，用水渗透率以Barrers计为40,000的材料来实现B/t＝3887.5的镜片厚度(t)计算为0.029cm，为由水凝胶和有机硅水凝胶材料制成的一般镜片(average lens)的大于3倍的厚度。在特别实施方案中，所述接触镜的平均厚度为大于0.4mm。在另一实施方案中，所述接触镜的平均厚度为大于0.3mm。在又一实施方案中，所述接触镜的平均厚度为大于0.2mm。
本发明的特别实施方案提供了不管镜片度数如何、具有遍及角膜表面主体的预定厚度的镜片区域的镜片。这不同于由聚二甲基硅氧烷制成的所述镜片，其仅在镜片的几何中心处具有高厚度且由于前表面的凸面曲率在半径上小于镜片的后表面的凹面曲率和出于产生高倍屈光度(high plus dioptric powers)以校正无晶状体缺陷(aphakia)的目的而迅速变薄。通过实例的方式，不具有度数且具有平行面或具有用于折射率不正校正的通常度数的本发明的镜片包括用于造成水传输率不大于B/t＝13887.5Barrers/cm；同时造成氧传输率Dk/t大于或等于24.1±2.7×10-9(cm×ml O2)/(sec×ml×mmHg)的厚度。
接触镜设计和制造领域的技术人员应该认识到的是，高的水传输率伴随着高的氧渗透率的困境的最优选的解决方法将会是固有地拥有对这些组分的渗透率以致氧和水的传输二者按照生理性地要求的材料。当然，本领域技术人员应该意识到这样的材料将会还必须满足可接受的接触镜所必要的全部要求(生物相容性、良好的润湿性、适当的机械性能、无毒、耐久性和成本效率)。致力于该目标的工作持续到现在，然而即使在50年的研究之后，尚未报道这样的产品。
考虑到该事实，以上提出的实施方案提供了关于该困境的一个解决方法，而可选择的实施方案提供了不同的方法：在复合构造中采用各自满足镜片可接受性的一些要求的不同材料的方法，其中所组合的材料的各个限制通过在最终产品内布置组件的程度和或位置而减轻。例如，机械局限性可以通过在镜片中使用最小厚度来减轻，并且生物相容性或镜片后泪膜量可以通过在那些方面表现更好的材料的"三明治结构"内隔绝(sequester)这样的组件来减轻。
更具体地，本发明的可替换实施方案为由至少两个单独的层构成的镜片，所述至少两个单独的层以更可生物相容的层可以为与前面和后面的泪膜接触的元件方式的布置。拥有较不期望的机械性能或氧渗透性的元件将会布置为薄层。在三明治结构内的各个层的相对厚度将会根据各个材料的氧渗透率和水渗透率而施加。相对厚度的确定因素将会为它们对氧的合计渗透率和它们对水蒸汽的合计渗透率,同时试图保持最大的氧渗透率和最小的水蒸汽渗透率。重要的是注意到，其不是渗透率的数学加合；而是，在认识到该合计性能实际上表示与传输的允许量相反的耐渗透性的情况下的它们适当的合计性能。适当的数学表达式为：
等式1
其中P为复合物的对特定渗透物的渗透率并且Ei为第i层的厚度，Pi为第i层的对相同渗透物的渗透率并且Et为复合物的以mm计的总厚度。渗透率必须以相同单位表示，优选由相似的方法得出。因而，新的渗透率可以对于复合物关于所讨论的各渗透物而得出。进一步，对于各渗透物来说方便的是表示作为具有对该渗透物的最高渗透的材料的原始渗透率的分数的其修正渗透率。这通过将其与其它材料层夹层而表现对该渗透物的可接受的妥协。
在特定实施方案中，期望在镜片中维持夹持层的恒定厚度。在可替换实施方案中，在三明治结构内层的厚度会变化。通过实例的方式，本发明的接触镜会要求氧输送对于角膜更重要，而缺氧(oxygen deprivation)在超过角膜边界处会较不是问题，在这些位置一些氧通过下方的脉管系统(vasculature)来供给。相反地，从镜片下方的泪池的水损失同样地受通过镜片的周边而不是中央的水损失负面地影响。对于水损失的周边区域天然地大于镜片的中央区域。如果周边区域具备耐受水传输的较厚的夹持层，不管伴随氧传输的损失多少，泪池的总损失会基本上受影响，同时氧可得性的缩减将会通过较少的对氧的需要和在镜片的周边下的可替换来源的可得性而减轻。
还可以的是，三明治结构的制造要求各个层的粘接，以及在主层之间会要求粘接膜。选择这些粘接膜的渗透率，以致在粘接所需的非常薄的膜中，它们将会对复合物的总渗透率几乎不具有影响。然而，如果它们存在更大的影响，则它们也应该包括于复合物渗透率计算中。在极少情况下为了获得良好的粘接，会必须在主层之间插入薄的一致化层(thinconforming layer)，以致三明治结构由主层和次层制成，其中全部这样的层由粘接膜分开。再次，最终的复合物渗透率将通过以上给出的表达式来导出。在其它情况下，会不需要粘接剂，例如当主层固有地彼此粘合或内层简单地封装在最外层内，所述最外层轻微地延伸超过内层并且在这里由粘接剂在周长(perimeter)处结合，或事实上为在成形加工期间形成的最外层的单一包封层的扩展。
三明治结构的层的组成和厚度的选择过程最方便地使用以上给出的数学表达式的衍生物来进行。作为实例，考虑通过由一种材料的两个外层和另一材料的一个内层构成的三明治结构的氧和水的渗透。进一步考虑两种材料具有不同比例的对氧和水的渗透率，以致在一个材料中，水渗透率比例高度有利于水的传输而不是氧，并且在第二材料中，水的渗透率相对于氧的渗透率大幅下降。目标是制造两种材料的复合三明治结构，其中水的传输率相对于氧渗透率大幅下降并且总的结果为氧传输的残留水平下降，其保持在期望的镜片佩戴时间表可接受的水平内，而复合物的水渗透率与单独第1层相比降低。根据氧渗透率的原始量级，人们可以选择作为目标的原始氧渗透率的分数，并且计算水渗透率的残留分数。这些计算如下列举：
等式2
等式3
T为复合物的总厚度；f为具有最高的氧渗透率的材料所占据的复合物的厚度的分数；POC为复合物的氧渗透率；PO1为第一材料的氧渗透率；PO2为第二材料的氧渗透率；PWC为复合物的水渗透率；PW1为第一材料的水蒸汽渗透率；并且PW2为第二材料的水蒸汽渗透率。
使用厚度为1mm的聚二甲基硅氧烷和无定形特氟龙的对水和氧的渗透率的文献值，PO1为聚二甲基硅氧烷的氧渗透率；PO2为无定形特氟龙的氧渗透率；PW1为聚二甲基硅氧烷的水蒸汽渗透率；并且PW2为无定形特氟龙的水蒸汽渗透率。考虑到这些值，复合物可以维持大于纯PDMS的氧渗透率的80％，同时使水渗透率降低至稍大于纯PDMS的渗透率的10％。
图7为复合物对氧和水的渗透率的变化的图。在端点在图中表明的分数的绝对值通过两个组件的渗透率绝对值来控制的同时，这些值的其它非常重要的特征在该图中揭示。该特征为两个函数的非对称性(asymmetry)。虽然氧渗透率从不存在第二组件时的高点向仅存在第二组件时的低点相对线性地回归，但水渗透率函数的表现相当不同。在最初包括第二组件的甚至非常薄的层时，复合物的水渗透率与第一组件的水渗透率相比急剧地降低。这样的非对称性使得与第一材料相比复合物的水渗透率优异地提高而几乎没有对氧渗透率的影响。第二材料的非常薄的层足以极大地减小第一材料的过度的水渗透率，而使第一材料的优异的氧渗透率不受损。
在结果中作为该优选的非对称性的最大原因的用于该复合物中的渗透率的方面为第一材料的水渗透率相对于第二材料的水渗透率的比例(PWl/PW2)与第一材料的氧渗透率相对于第二材料的氧渗透率的比例(PO1/PO2)相比不一致(disparity)。该不一致越大，非对称性越大。在其中期望保留氧渗透率并且同时优选降低水渗透率的该特定情况下，选择使氧渗透率比例(PO1/PO2)保持小同时水渗透率比例(PWl/PW2)基本上较大的第二材料通过在第一材料中包括第二材料的非常薄的层导致水渗透率的成功的相对大的降低，而几乎没有降低氧渗透率。
图8示出第一方案的图，其中氧渗透率比例(PO1/PO2)保持为常数，但水渗透率比例(PWl/PW2)大于图7中。图9示出第二方案的图，其中氧渗透率比例(PO1/PO2)保持为常数，但水渗透率比例(PWl/PW2)小于图7。在其中氧渗透率比例(PO1/PO2)保持为常数的这两个图中，人们看到在两个可替换情况下，水渗透率比例(PWl/PW2)不同(一个较不正向(positive)并且一个更正向)。观察到的是，该比例越正向，函数中的优选的非对称性越大。
在特定实施方案中，在第一材料内的介质或第二组件或材料的水渗透率为小于10,000Barrers且氧渗透率大于200Barrers。另一实施方案提供了接触镜的测量为大于50平方毫米的复合膜的区域，具有提供低于例如13887.5Barrers/cm的最大值的水传输率同时提供高于例如24.1×10-9(cm×mlO2)/(sec×ml×mmHg)的最小值的氧传输率的介质厚度。
如上讨论，对特定渗透物的渗透率比例通过采取第一材料的对渗透物的渗透率(例如PO1)与(或超过)第二材料的对渗透物的渗透率(例如PO2)的比例来计算。在特定实施方案中，接触镜具有对两种渗透物不同的渗透率比例。如上示出，可以选择两种不同的层状材料的组成以使第二渗透物比率大于第一渗透物比率。例如，接触镜可以具有小于对渗透物水(或水蒸汽)的第二渗透物比率的对渗透物氧的第一渗透物比率。在特定实施方案中，选择层状材料的组成以使第一渗透物比率为5以下并且第二渗透物比率为10以上。在另一实施方案中，第一渗透物比率为3以下并且第二渗透物比率为20以上。在又一实施方案中，第一渗透物比率为2以下，并且第二渗透物比率为30以上。
复合接触镜的渗透物与层状材料的渗透率之间的差相对于层状材料可以表示为百分比差。在特定实施方案中，选择介质的组成和介质的层厚度以使复合接触镜的对第一渗透物例如氧的渗透率不小于主材料例如交联聚二甲基硅氧烷的对第一渗透物的渗透率的20％。在另一实施方案中，复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于主材料的对第一渗透物的渗透率的50％。在又一实施方案中，复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于主材料的对第一渗透物的渗透率的75％。在又一实施方案中，复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于主材料的对第一渗透物的渗透率的90％。在又一实施方案中，复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于主材料的对第一渗透物的渗透率的95％。
另一实施方案的复合膜的对第二渗透物例如水或水蒸汽的渗透率不大于主材料例如交联聚二甲基硅氧烷的对第二渗透物的渗透率的95％。在另一实施方案中，复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于主材料的对第二渗透物的渗透率的90％。在另外的实施方案中，复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于主材料的对第二渗透物的渗透率的75％。在又一实施方案中，复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于主材料的对第二渗透物的渗透率的50％。在进一步实施方案中，复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于主材料的对第二渗透物的渗透率的25％。在进一步实施方案中，复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于主材料的对第二渗透物的渗透率的10％。
现在参考图1，其描绘依照本发明的所选实施方案的接触镜100。出于使所完成的镜片的水传输率降低至本发明的限定的目的，接触镜100具有以第一前表面102为边界的接近于传统接触镜厚度的第一厚度101，和相同材料的另外的镜片厚度103。在特定实施方案中，第一镜片厚度101为主材料膜，并且另外的镜片厚度103为相同的主材料膜，其中至少部分地由包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物或Dk等于或大于200Barrers的可替换材料制成主材料膜。
如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案可以具有另外的厚度103，其不限于在前表面处的位置，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜100的几何中心的中央位置。例如，可以对称地或不对称地采用另外的厚度，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括多个和多种厚度分布以提供所完成的接触镜100的期望的氧和水传输率。进一步，第一厚度101和另外的镜片厚度103可以为一个连续元件、或所封装的组件各自具有接触另一个的表面的两个独立的层。
图2描绘依照本发明的所选实施方案的接触镜200。出于使所完成的镜片的水传输率降低至本发明的限定的目的，接触镜200具有以第一材料界面202为边界的第一材料膜201和以前表面204为边界的第二材料膜203。在特定实施方案中，第一材料膜201为主材料膜，并且另外的镜片厚度203为层状次材料膜，其中至少部分地由包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物或Dk等于或大于200Barrers的可替换材料制成层状主材料膜或层状次材料膜中至少之一。
如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案可以具有次材料膜203，其不限于在前表面处的位置，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜200的几何中心的中央位置。例如，可以在主材料膜后部或前部采用次材料膜。可以对称地或不对称地采用次材料膜，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括主材料膜和次材料膜的多个和多种厚度分布以提供所完成的接触镜200的期望的氧和水传输率。进一步，第一厚度201和另外的镜片厚度203可以为一个连续元件、或所封装的组件各自具有接触另一个的表面的两个独立的层。
图3描绘依照本发明的所选实施方案的接触镜300的一部分的截面。多层接触镜300具有前层301、后层302、第一内层303、第二内层304和第三内层305。接触镜300在箭头306的方向上显示相关的水传输率，所述方向为从环境后部至后层302并且朝向环境前部至前层301。
继续参考图3，接触镜300在箭头307的方向上显示相关的氧传输率，所述方向为从环境前部至前层301并且朝向环境后部至后层302。如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案可以具有层，其不限制数量，不限于在镜片300内或表观相对深度(apparent relative depths)的局部位置，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜300的几何中心的中央位置。例如，可以采用较少或另外的层或者层的较深或较浅的布置，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括多个和多种层，并且层的厚度可以确定以提供期望的氧和水的传输率。
图4描绘依照本发明的所选实施方案的层状接触镜400的截面。层状接触镜400具有第一材料401和第二材料层402。接触镜400的第二材料层402具有可变的厚度分布并且放置在接触镜400的一个区域中。在特定实施方案中，第一材料401为层状主材料膜，并且第二材料层402为层状次材料膜。至少部分地由包含有机硅丙烯酸酯的聚合物制成层状主材料膜。选择性地，至少部分地由包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物或Dk等于或大于200Barrers的可替换材料制成层状主材料膜。层状次材料膜由水渗透率小于10,000Barrers的膜，例如含无定形或结晶性氟碳树脂的膜制成。选择性地，层状次材料膜由水渗透率小于10,000Barrers的含聚氨酯的膜制成。在又一可替换实施方案中，层状次材料膜至少由水渗透率为至少小于10,000Barrers的含有机硅的膜制成。
继续参考图4，第二材料402在其中央较厚且在其周边边缘较薄。接触镜400包括第一材料401的后层，其在第二材料层402后部且具有均匀的厚度。进一步，接触镜400包括第一材料401的前层，其在第二材料402前部且在其中央较薄且在前层的中周部(midperiphery)中较厚。如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案提供了如下的层，其不限制数量，不限于它们位置在接触镜400内的表观厚度处，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜400的几何中心的中央位置。例如，可以采用另外的层或者层的较深或较浅的布置，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括多个和多种层，并且层的厚度可以确定以提供期望的氧和水的传输率。
图5描绘依照本发明的所选实施方案的层状接触镜500的截面。层状接触镜500具有第一材料501、第二材料层502和粘接层503。接触镜的第二材料层502具有可变的厚度分布并且放置在接触镜500的一个区域中。
继续参考图5，第二材料502在其中央较厚且在其周边边缘较薄。接触镜500包括第一材料501的后层，其在第二材料层502后部且具有均匀的厚度。进一步，接触镜500包括第一材料501的前层，其在第二材料502前部并且在其中央较薄且在前层的中周部(midperiphery)中较厚。粘接层503围绕第二材料层502。在可选择的实施方案中，粘接剂503不会围绕第二层且可以施加于层的区域的仅一部分表面。
如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案提供了一种或多种粘接剂，其具有相同或不同的相对渗透率且以堆叠方式或局域地施加。进一步，该层不会限制数量，不限于它们位置在接触镜500内的表观厚度处，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜500的几何中心的中央位置。例如，可以采用另外的层或者层的较深或较浅的布置，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括多个和多种层，并且层的厚度可以确定以提供期望的氧和水的传输率。
图6描绘依照本发明的所选实施方案的层状接触镜600的截面。层状接触镜600具有第一材料601、第二材料层602和第二材料602周围的第三材料603。第二材料602具有相对均匀的厚度分布并且放置在接触镜600的中央区域中。层602可以可选择地具有与层601相同的组成。第三材料603具有可变的厚度分布并且放置在接触镜600的中周部区域(mid-peripheral region)中。
继续参考图6，第二材料602的厚度相对均匀。第三材料603在其中央较厚且在其周边边缘较薄。接触镜600包括第一材料601的后层，其具有相对均匀的厚度且在第二材料层602和第三材料603后部。进一步，接触镜600包括第一材料601的前层，其在其中央较薄、在前层的中周部(mid periphery)较厚，并且在第二材料602和第三材料603前部。
如本领域技术人员将会理解的，本发明的特定实施方案提供了如下的层，其不限制数量，不限于它们位置在接触镜600内的表观厚度处，不限于对称构造，不限于均匀的厚度分布，且不限于相对于接触镜600的几何中心的中央位置。例如，可以采用另外的层或者层的较深或较浅的布置，或可以采用局部布置。以此方式，镜片可以定制化为包括多个和多种层，并且层的厚度可以确定以提供期望的氧和水的传输率。
各种制造方法可以用于制造本文中公开的复合膜和接触镜。例如，接触镜可以至少部分地通过包括铸塑成形和压缩成形的成形来制造。熔融加压和溶液铸塑也可以至少部分地实施以制造接触镜。另外地，接触镜可以至少部分地通过车床加工(lathing)来制造。
制成材料膜、复合膜和/或接触镜的不同材料可以具有不同的模量。材料的模量或更具体地为弹性模量为材料的耐受弹性变形的衡量。在特定实施方案中，主材料膜的模量大于次材料膜的模量。在可选择的实施方案中，主材料膜的模量小于次材料膜的模量。
除了提供具有渗透物氧的最小传输率的接触镜，接触镜还可以具有渗透物例如二氧化碳的最小传输率。在此情况下，材料膜的层和/或接触镜的厚度设定为最小的二氧化碳传输率，而不是最小的氧传输率或除了氧传输率以外。
以上讨论的相同的原则还提供了输送治疗剂。治疗剂输送装置包括复合膜，其中该复合膜包括一个或多个层状主材料膜和一个或多个层状次材料膜，其中该复合膜具有厚度、对第一渗透物的渗透率和对第二渗透物的渗透率；其中主材料膜和次材料膜各自具有厚度、对第一渗透物的渗透率和对第二渗透物的渗透率；其中复合物的厚度包括主材料层和次材料层的合计厚度，其中主膜的厚度和次膜的厚度为使得复合膜的对第一渗透物的渗透率与主材料膜的对第一渗透物的渗透率之间的差小于复合膜的对第二渗透物的渗透率与主材料膜的对第二渗透物的渗透率之间的差。在这样的实施方案中，第二渗透物为治疗物质。
应该理解的是，虽然本发明的各种实施方案在本文中更详细地描述，本发明仅通过实施例的方式表明，以及其变化和改变是可能的而不偏离在所附权利要求的范围内的主题、和其合理等同物，所述权利要求被认为是本发明。

Claims (39)

1.一种复合膜，其包括主材料膜和次材料膜，
其中所述复合膜具有厚度、对第一渗透物的渗透率、和对第二渗透物的渗透率；
其中所述主材料膜和所述次材料膜各自具有厚度、对第一渗透物的渗透率、和对第二渗透物的渗透率；
其中所述复合膜的厚度包括所述主材料膜和所述次材料膜的合计厚度，
其中所述主材料膜的厚度和所述次材料膜的厚度为使得所述复合膜的对第一渗透物的渗透率与所述的主材料膜的对第一渗透物的渗透率之间的差小于所述复合膜的对第二渗透物的渗透率与所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率之间的差。
2.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述次材料膜的厚度小于所述主材料膜的厚度。
3.根据权利要求1所述的复合膜，其中第一渗透物比率为所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率与所述次材料膜的对第一渗透物的渗透率的比率，其中第二渗透物比率为所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率与所述次材料膜的对第二渗透物的渗透率的比率，其中所述第二渗透物比率大于所述第一渗透物比率。
4.根据权利要求3所述的复合膜，其中所述第二渗透物比率为10以上且所述第一渗透物比率为5以下。
5.根据权利要求3所述的复合膜，其中所述第二渗透物比率为20以上且所述第一渗透物比率为3以下。
6.根据权利要求3所述的复合膜，其中所述第二渗透物比率为30以上且所述第一渗透物比率为2以下。
7.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率的95％。
8.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率的90％。
9.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率的75％。
10.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第一渗透物的渗透率不小于所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率的50％。
11.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率的25％。
12.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率的50％。
13.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率的75％。
14.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率的90％。
15.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜的对第二渗透物的渗透率不大于所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率的95％。
16.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述第一渗透物为氧。
17.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述第一渗透物为二氧化碳。
18.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述第二渗透物为水或水蒸汽。
19.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述主材料膜为包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物。
20.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述主材料膜为包含有机硅丙烯酸酯的聚合物。
21.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述次材料膜为含无定形或结晶性碳氟化合物的膜。
22.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述次材料膜为含聚氨酯的膜。
23.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述次材料膜为含有机硅的膜。
24.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述主材料膜和所述次材料膜各自具有模量，其中所述主材料膜的模量大于所述次材料膜的模量。
25.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述主材料膜和所述次材料膜各自具有模量，其中所述主材料膜的模量小于所述次材料膜的模量。
26.一种接触镜，其包括复合膜，其中所述复合膜包括层状主材料膜和层状次材料膜，
其中所述复合膜具有厚度、对第一渗透物的渗透率和对第二渗透物的渗透率；
其中所述主材料膜和所述次材料膜各自具有厚度、对第一渗透物的渗透率和对第二渗透物的渗透率；
其中所述复合膜的厚度包括所述主材料膜和所述次材料膜的合计厚度，
其中所述主材料膜的厚度和所述次材料膜的厚度为使得所述复合膜的对第一渗透物的渗透率与所述主材料膜的对第一渗透物的渗透率之间的差小于所述复合膜的对第二渗透物的渗透率与所述主材料膜的对第二渗透物的渗透率之间的差。
27.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述接触镜的平均厚度为大于0.4毫米。
28.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述接触镜的平均厚度为大于0.3毫米。
29.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述接触镜的平均厚度为大于0.2毫米。
30.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述接触镜为软性接触镜。
31.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述接触镜为硬性接触镜。
32.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述第一渗透物为氧。
33.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述第二渗透物为水或水蒸汽。
34.根据权利要求26所述的接触镜，其中所述主材料膜为包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物。
35.一种接触镜，其包括：
远离眼睛的前表面；
面对眼睛的后表面；
位于所述前表面与所述后表面之间的中间体，其中所述中间体具有氧渗透率和水渗透率；
所述中间体的厚度提供小于最大值的水传输率同时提供大于最小值的氧传输率；
其中水传输率的最大值为13887.5Barrers/cm，并且其中氧传输率的最小值为24.1×10-9(cm×ml O2)/(sec×ml×mmHg)。
36.根据权利要求35所述的接触镜，其中所述中间体的水渗透率为小于20,000Barrers。
37.根据权利要求35所述的接触镜，其中所述中间体的氧渗透率为大于200Barrers。
38.根据权利要求35所述的接触镜，其中所述接触镜的测量为大于50平方毫米的中间体的区域具有提供小于最大值的水传输率同时提供大于最小值的氧传输率的所述中间体的厚度。
39.根据权利要求35所述的接触镜，其中所述中间体包括包含交联聚二甲基硅氧烷的聚合物。
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