CN112558324A - 一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明基于等离激元超表面优良的透过波长选择性特征，公开了一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜及其制备方法，由外层、中间层和内层镜片组成，其中，外层镜片为保护覆膜，中间层为等离激元超表面膜，内层镜片为软质透明状裸片，该超表面隐形眼镜能有效改善视觉障碍患者的色彩识别能力，提高生活质量；所述的等离激元超表面膜是由银纳米粒子组成的正方形晶格阵列，通过真空沉积法制备，银纳米粒子的尺寸大小通过改变原子化器与喷嘴之间的距离，或改变充入惰性气体的气压来控制，纳米粒子的覆盖度和面间距分布由等效沉积速率和沉积时间控制，该方法易于加工，结构简单，抗菌性能优良，稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种隐形眼镜，特别涉及一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜及其制备方法。
背景技术
眼睛之所以能辨识颜色，是因为视网膜里面有一种叫锥细胞的细胞。一般人有三种锥细胞，分别可以感受不同的波长的光，包括蓝、绿、红，即光的三原色。当光进入到我们眼睛的时候，这些锥细胞就会根据光波长产生不同的兴奋，然后把信号传导到我们的大脑，让我们获得辨认颜色的能力。
色弱/色盲产生的原因就是其中一种/几种锥细胞的功能受到了影响，从而使患者对颜色的感应比一般人要差一些，存在多种类型。与正常个体相比，红色弱的个体对红光更不敏感，因此遭受光谱的红端变暗的影响。绿色弱的个体具有突变形式的绿色色素，其向光谱的红端移动，导致对光谱的绿色区域敏感度降低。与红色弱相似，绿色弱在识别光谱的红、橙、黄、绿区域的色调的微小差异时表现差。这种红绿色盲是这种状况的最常见的形式，由于绿锥感光器红移导致的红绿色弱，在这种情况下，绿光光谱区域的激发减弱，而红光光谱区域的激发更加明显，使得区分红色和绿色的难度增加。其他色盲个体是蓝色弱的，并且具有突变形式的蓝色色素，这引起向光谱的绿色区域移动。
表面等离激元是在金属与介质界面处传播的一种自由电子和光子相互作用形成的电磁波，表面电荷震荡与电磁波之间的相互作用使得表面等离激元具有很多独特的性质，超表面是由特殊排布的亚波长单元结构组成的人工表面。由于其特殊的电磁特性，超表面有望替代传统光学器件，成为调控自由空间光以及表面等离激元的一种最有效的手段。特别是在自由空间光全息成像研究中，采用超表面灵活操控出射电磁波的相位、幅值以及偏振，加之超表面由于具有易于加工，结构简单，低剖面以及损耗低的特点。当前，技术人员已经设计和应用了一系列基于超表面的新型器件，比如辐射波和表面波的转化器、表面波天线、基于人工超表面的极化转换器等。通过适当的设计，基于超表面的光学元件可以表现出超出常规折射和衍射元件的能力。迄今为止，已经证明了各种光学功能，包括波长和偏振选择滤波，光束整形和非线性光学操纵。然而基于等离激元超表面的优良的透过波长选择性特征来实现色觉缺陷的矫正却没有应用。
发明内容
本发明的目的在于基于等离激元超表面优良的透过波长选择性特征，提供一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，有效改善视觉障碍患者的色彩识别能力，提高生活质量，另一方面，提供一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，该方法易于加工，结构简单，抗菌性能优良，稳定性高。
第一方面，本发明提供一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，由外层、中间层和内层组成，其中外层镜片为保护覆膜，中间层为等离激元超表面膜，内层为软质透明状裸片，也可包含度数矫正或屈光矫正镀膜剂中的一种或多种。
进一步的，所述内层镜片的材质为水凝胶、硅凝胶、氟凝胶中的一种。
进一步的，所述隐形眼镜的直径为14-15mm。
进一步的，所述隐形眼镜的含水量为50％-75％。
进一步的，所述的等离激元超表面膜是由粒径为25nm的银纳米粒子组成的正方形晶格阵列，晶格参数为240nm。
进一步的，所述等离激元超表面膜通过热熔合或光学胶粘涂布于内层镜片上。
另一方面，本发明提供一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，主要包括如下步骤：
S1：通过真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜；
S2：将所述超表面膜涂布于内层镜片上；
S3：将涂布有超表面膜的内层镜片在甲烷和润湿空气的混合气体气氛下进行等离子聚合处理；
S4：在非聚合性气体气氛下进行等离子处理，由此在超表面膜上表面形成一层外层覆膜。
通过所述等离子处理的形成的覆膜可以使得隐形眼镜形成光滑的表面，而不会在眼镜的表面的涂布膜上产生裂纹，也可经受住一定溶胀变化的柔软度、和水润湿性，提高隐形眼镜的使用寿命。
进一步的，所述真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面的具体步骤包括：
(1)在附有超薄有机物薄膜覆盖的衬底安装到纳米粒子束流沉积系统的高真空沉积室，使衬底处于纳米粒子束流的中心；
(2)对沉积室抽真空，冷凝室内充入惰性气体，原子化器通过磁控溅射或高温蒸发产生高密度银原子气，银原子气在冷凝室中的惰性气体中生长成为银纳米粒子，并随惰性气体通过喷嘴形成纳米粒子束流进入高真空沉积室内，形成高度定向的银纳米粒子束流；
(3)调节衬底与纳米粒子束流的入射角，调节溅射电源的输入功率控制银纳米粒子束流的等效沉积速率，控制沉积时间来调控纳米粒子在衬底上的数密度和面间距分布、覆盖度；实现对银纳米粒子点阵等离激元共振频率的调控；
(4)在入射光纤处引入紫外-可见光，通过探测接收光纤对透射光进行原位接收并接入分光光度计，实时检测银纳米粒子点阵的消光光谱。
进一步的，所述有机薄膜膜厚10-12nm；衬底为石英玻璃片。
进一步的，银纳米粒子的尺寸大小通过改变原子化器与喷嘴之间的距离，或改变充入惰性气体的气压来控制，纳米粒子的覆盖度和面间距分布由等效沉积速率和沉积时间控制。
进一步的，上述步骤(2)中,所述真空度优选为2×10-5Pa,充入的惰性气体的气压优选为200-350Pa。
进一步的，上述步骤(3)，银纳米粒子束流的等效沉积速率优选为0.03-0.05nm/s，所述沉积时间优选为5-8分钟。
由于红绿色弱是绿色感光器灵敏度的红移导致的，利用该制备方法获得的等离激元超表面隐形眼镜在红光波段有较强的消光作用，因此可以通过减弱过度刺激光谱区域的光感受器响应来实现色觉的矫正。
本发明与现有技术相比，有益效果包括以下方面：
1、利用等离激元超表面的优良的透过波长选择性特征，首创性地实现特定波段的消光以用于色觉缺陷的矫正，易于加工，结构简单，低剖面以及损耗低。
2、纳米粒子的尺寸可以通过改变原子化器与喷嘴之间的距离，或改变充入惰性气体的气压来控制，纳米粒子的覆盖度和面间距分布由等效沉积速率和沉积时间控制，制备具有不同等离激元共振特性的银纳米粒子薄膜，突破传统方法中小尺寸纳米粒子难以控制的限制，易于实现纳米级粒子密集银纳米粒子点阵的制备和等离激元调控，实现不同波段的消光特性以用于色觉缺陷矫正。
3、银纳米粒子点阵的超表面位于外层覆膜和内层镜片之间，眼睛的泪膜不会对其功能有明显的影响，且银纳米粒子还具有较强的光谱抗菌性，安全可靠，外层覆膜可以使得隐形眼镜经受住一定溶胀变化的柔软度、和水润湿性，提高隐形眼镜的使用寿命。
附图说明
图1为用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的结构示意图；
图2为用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法。
图中，1-覆膜，2-等离激元超表面膜，3-底层镜片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如说明书附图1所示，本实施例提供一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，由外层、中间层和内层镜片组成，其中外层镜片为保护覆膜1，中间层为等离激元超表面膜2，内层镜片 3为软质透明状裸片，也可包含度数矫正或屈光矫正镀膜剂中的一种或多种。
所述内层镜片3的材质为水凝胶、硅凝胶、氟凝胶的一种。
超表面所述隐形眼镜的直径为14-15mm。
所述超表面隐形眼镜的含水量为50％-75％。
所述的等离激元超表面膜是由粒径为25nm的银纳米粒子组成的正方形晶格阵列，晶格参数为240nm。
所述等离激元超表面膜通过热熔合或光学胶粘涂布于内层镜片上。
实施例2
如说明书附图2所示，一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，主要包括如下步骤：
S1：通过真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜；
S2：将所述超表面膜涂布于内层镜片上；
S3：将涂布有超表面膜的内层镜片在甲烷和润湿空气的混合气体气氛下进行等离子聚合处理；
S4：在非聚合性气体气氛下进行等离子处理，由此在超表面膜上表面形成一层外层覆膜。
通过所述等离子处理的形成的覆膜可以使得隐形眼镜形成光滑的表面，而不会在眼镜的表面的涂布膜上产生裂纹，也可经受住一定溶胀变化的柔软度、和水润湿性，提高隐形眼镜的使用寿命。
进一步的，所述真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面的具体步骤包括：
(1)在附有超薄有机物薄膜覆盖的衬底安装到纳米粒子束流沉积系统的高真空沉积室，使衬底处于纳米粒子束流的中心；其中，有机薄膜膜厚10-12nm；衬底为石英玻璃片。
(2)对沉积室抽真空至真空度为2×10-5Pa，冷凝室内充入气压为300Pa的惰性气体，原子化器通过磁控溅射或高温蒸发产生高密度银原子气，银原子气在冷凝室中的惰性气体中生长成为银纳米粒子，并随惰性气体通过喷嘴形成纳米粒子束流进入高真空沉积室内，形成高度定向的银纳米粒子束流；
(3)调节衬底与纳米粒子束流的入射角，调节溅射电源的输入功率控制银纳米粒子束流的等效沉积速率为0.03nm/s，沉积时间为5分钟；
(4)在入射光纤处引入紫外-可见光，通过探测接收光纤对透射光进行原位接收并接入分光光度计，实时检测银纳米粒子点阵的消光光谱。
实施例3
一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，主要包括如下步骤：
S1：通过真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜；
S2：将所述超表面膜涂布于内层镜片上；
S3：将涂布有超表面膜的内层镜片在甲烷和润湿空气的混合气体气氛下进行等离子聚合处理；
S4：在非聚合性气体气氛下进行等离子处理，由此在超表面膜上表面形成一层外层覆膜。
通过所述等离子处理的形成的覆膜可以使得隐形眼镜形成光滑的表面，而不会在眼镜的表面的涂布膜上产生裂纹，也可经受住一定溶胀变化的柔软度、和水润湿性，提高隐形眼镜的使用寿命。
进一步的，所述真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面的具体步骤包括：
(1)在附有超薄有机物薄膜覆盖的衬底安装到纳米粒子束流沉积系统的高真空沉积室，使衬底处于纳米粒子束流的中心；其中，有机薄膜膜厚10-12nm；衬底为石英玻璃片。
(2)对沉积室抽真空至真空度为2×10-5Pa，冷凝室内充入气压为200Pa的惰性气体，原子化器通过磁控溅射或高温蒸发产生高密度银原子气，银原子气在冷凝室中的惰性气体中生长成为银纳米粒子，并随惰性气体通过喷嘴形成纳米粒子束流进入高真空沉积室内，形成高度定向的银纳米粒子束流；
(3)调节衬底与纳米粒子束流的入射角，调节溅射电源的输入功率控制银纳米粒子束流的等效沉积速率为0.03nm/s，沉积时间为6分钟；
(4)在入射光纤处引入紫外-可见光，通过探测接收光纤对透射光进行原位接收并接入分光光度计，实时检测银纳米粒子点阵的消光光谱。
实施例4
一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，主要包括如下步骤：
S1：通过真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜；
S2：将所述超表面膜涂布于内层镜片上；
S3：将涂布有超表面膜的内层镜片在甲烷和润湿空气的混合气体气氛下进行等离子聚合处理；
S4：在非聚合性气体气氛下进行等离子处理，由此在超表面膜上表面形成一层外层覆膜。
通过所述等离子处理的形成的覆膜可以使得隐形眼镜形成光滑的表面，而不会在眼镜的表面的涂布膜上产生裂纹，也可经受住一定溶胀变化的柔软度、和水润湿性，提高隐形眼镜的使用寿命。
进一步的，所述真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面的具体步骤包括：
(1)在附有超薄有机物薄膜覆盖的衬底安装到纳米粒子束流沉积系统的高真空沉积室，使衬底处于纳米粒子束流的中心；其中，有机薄膜膜厚10-12nm；衬底为石英玻璃片。
(2)对沉积室抽真空至真空度为2×10-5Pa，冷凝室内充入气压为300Pa的惰性气体，原子化器通过磁控溅射或高温蒸发产生高密度银原子气，银原子气在冷凝室中的惰性气体中生长成为银纳米粒子，并随惰性气体通过喷嘴形成纳米粒子束流进入高真空沉积室内，形成高度定向的银纳米粒子束流；
(3)调节衬底与纳米粒子束流的入射角，调节溅射电源的输入功率控制银纳米粒子束流的等效沉积速率为0.05nm/s，沉积时间为6分钟；
(4)在入射光纤处引入紫外-可见光，通过探测接收光纤对透射光进行原位接收并接入分光光度计，实时检测银纳米粒子点阵的消光光谱。
采用上述实施例制备的超表面隐形眼镜对红绿色弱患者进行矫正前后颜色、视觉的比较分析，结果表明，该超表面隐形眼镜能使色盲患者的视觉认知与正常人相同，矫正后看到的图像在颜色和对比度上均与原图像无明显差异，极大地改善生活质量。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，其特征在于：由外层、中间层和内层镜片组成，其中，外层镜片为保护覆膜(1)，中间层为等离激元超表面膜(2)，内层镜片(3)为软质透明状裸片，也可包含度数矫正或屈光矫正镀膜剂中的一种或多种，所述的等离激元超表面膜(2)是由粒径为25nm的银纳米粒子组成的正方形晶格阵列，晶格参数为240nm。
2.根据权利要求1所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，其特征在于：所述内层镜片(3)的材质为水凝胶、硅凝胶、氟凝胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，其特征在于：所述超表面隐形眼镜的直径为14-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，其特征在于：所述超表面隐形眼镜的含水量为50％-75％。
5.根据权利要求1所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜，其特征在于：所述等离激元超表面膜(2)通过热熔合或光学胶粘涂布于内层镜片上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，包括如下步骤：
S1：通过真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜；
S2：将所述超表面膜涂布于内层镜片上；
S3：将涂布有超表面膜的内层镜片在甲烷和润湿空气的混合气体气氛下进行等离子聚合处理；
S4：在非聚合性气体气氛下进行等离子处理，由此在超表面膜上表面形成一层外层覆膜。
7.根据权利要求6所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，其特征在于：所述真空沉积法制备银纳米粒子点阵的超表面膜的具体步骤包括：
S11：在附有超薄有机物薄膜覆盖的衬底安装到纳米粒子束流沉积系统的高真空沉积室，使衬底处于纳米粒子束流的中心；
S12：对沉积室抽真空，冷凝室内充入惰性气体，原子化器通过磁控溅射或高温蒸发产生高密度银原子气，银原子气在冷凝室中的惰性气体中生长成为银纳米粒子，并随惰性气体通过喷嘴形成纳米粒子束流进入高真空沉积室内，形成高度定向的银纳米粒子束流；
S13：调节衬底与纳米粒子束流的入射角，调节溅射电源的输入功率控制银纳米粒子束流的等效沉积速率，控制沉积时间来调控纳米粒子在衬底上的数密度和面间距分布、覆盖度；实现对银纳米粒子点阵等离激元共振频率的调控；
S14：在入射光纤处引入紫外-可见光，通过探测接收光纤对透射光进行原位接收并接入分光光度计，实时检测银纳米粒子点阵的消光光谱。
8.根据权利要求7所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，其特征在于：S11中，所述有机薄膜膜厚为10-12nm；衬底为石英玻璃片。
9.根据权利要求7所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，其特征在于：S12中，真空度为2×10-5Pa，充入的惰性气体的气压为200-350Pa。
10.根据权利要求7所述的一种用于色弱矫正的超表面隐形眼镜的制备方法，其特征在于：S13中，银纳米粒子束流的等效沉积速率为0.03-0.05nm/s，沉积时间为5-8分钟。
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