CN113534497A - 一种基于感光变色材料的人造虹膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于感光变色材料的人造虹膜，涉及生物医学工程技术领域，解决了现有技术中人造虹膜需要设置为多个放射状花瓣拼接结构，闭合程度不好且易出现误调节的技术问题。该人造虹膜包括由外至内依次设置的遮光区、至少两个光敏变色区和透光区，遮光区和光敏变色区均为与透光区进行同心设置的环状结构，多个光敏变色区的光强阈值由外至内逐个递增，本发明在遮光区和透光区之间增设多个光敏变色区，且能根据外界光强进行分区逐级透光，在不同的光强下，自动调整外界视觉环境中的光进入眼睛的总量，进而调制出适合视网膜的理想光强，从而减少了高次像差造成的成像模糊，能够对角膜缘进行保护并提高了病人视觉成像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其是涉及一种基于感光变色材料的人造虹膜。
背景技术
虹膜，其为眼球壁中层的扁圆形环状薄膜，位于角膜和晶状体之间。先天性或后天的无虹膜症和虹膜缺损是一种眼部疾病，患者多表现出畏光症状。人体的天然虹膜能够根据外界光强相对应的调控瞳孔大小，进而调整进入视网膜的透射光来控制我们的视觉。由于生理性或病理性的原因，导致的虹膜损伤，可能会对虹膜的光调节反应造成破坏甚至完全丧失。据统计，患有虹膜缺损，圆锥形角膜，以及干眼症症候群(DES)而导致的光敏性和畏光症的患者人数总计超过2000万。
目前对于虹膜缺失类疾病普遍采用的治疗手段包括固定虹膜的隐形眼镜、人造虹膜植入物以及透明度可变的隐形眼镜。然而，这些被动的解决方案无法自主的调节景深，并造成可视化区域的衰减与分散，使分辨率变低，同时视网膜区呈现出的画质也不可避免的受到影响。
例如，根特大学，马德里实验室和比利时微电子研究中心的研究人员在Scientific Reports发表论文“Artificial iris performance for smart contact lensvision correction applications”所述，通过将宾主型液晶显示器(后简称GH-LCD)嵌入同心圆中并通过电驱控制，使液晶连续不断的同步开/关状态以实现与自然虹膜相似的调节功能。研究结果实现了GH-LCD智能人工虹膜在不同外界光强条件下的视觉化仿真，同时通过进一步对虹膜缺失案例的真实数据的模拟，验证了智能自主式人工虹膜动态光衰减的可靠性和卓越的视觉化表现。该方案是一种智能隐形眼镜，需要在硬性隐形眼镜上植入电路和电池，且需要定期充电，严重影响了佩戴的舒适度和便捷程度。
芬兰坦佩雷理工大学的Arri Priimgi发表在《先进材料》杂志上的论文显示，该团队研制了可自身打开和关闭的人工光圈合成虹膜。他们从直径为14毫米的极薄碟状物入手，12个放射状“花瓣”从碟状物中间穿过，但没有到达边缘，碟状物由对热作出响应并改变形状的橡胶材料——聚合液晶弹性体制成。聚合液晶弹性体在热、光、电等的外界刺激下可以产生可逆的形状记忆效应，即会根据接收热量的不同进而改变自身的形状。当处于昏暗环境中，每个径向瓣会向上向外弯曲，从而在中间形成一个圆形空洞，增加光线进入量。同时，研究人员在液晶混合物当中添加了红色燃料，当蓝光或绿光照射在染料上便会产生热量，径向瓣会往回卷曲，关闭光圈。但是，目前，该人工虹膜存在开合速度慢，多个放射状花瓣结构关闭状态下，相邻花瓣结构间仍会存在间隙，该人工虹膜闭合程度不好，完全关闭的情况下，依然会漏进10％左右的光，造成患者体验感不好，而且，该聚合液晶弹性体不仅对光敏感，还会对热和电敏感，使用时极易受外界环境的影响出现误调节等多种问题，使用效果不好。
因此，如何解决现有技术中人造虹膜需要设置为多个放射状花瓣拼接结构，闭合程度不好且易出现误调节的技术问题，已成为本领域人员需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于感光变色材料的人造虹膜，解决了现有技术中人造虹膜需要设置为多个放射状花瓣拼接结构，闭合程度不好且易出现误调节的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的基于感光变色材料的人造虹膜，包括由外至内依次设置的遮光区、至少两个光敏变色区和透光区，所述遮光区和所述光敏变色区均为与所述透光区进行同心设置的环状结构，多个所述光敏变色区的光敏变色的光强阈值由外至内逐个递增。
优选地，包括用于与人体眼部相贴合的基片，所述遮光区、所述光敏变色区和所述透光区均设置于所述基片的内部。
优选地，所述基片为人造晶体或隐形眼镜。
优选地，所述隐形眼镜为软性透氧性巩膜隐形眼镜。
优选地，所述光敏变色区的材质为光致变色化合物。
优选地，所述光敏变色区的材质为螺吡喃类光变填料。
优选地，所述光敏变色区设置有两个，其由外至内依次为弱光光敏变色区和强光光敏变色区。
优选地，所述遮光区的直径范围为6.5-8毫米，所述弱光光敏变色区的直径范围为3.5-6.5毫米，所述强光光敏变色区的直径范围为2-3.5毫米，所述透光区的直径为2毫米。
优选地，所述透光区的材质与所述基片的材质相同，位于最内侧的所述光敏变色区的内侧边缘围设出所述透光区的透光区域。
优选地，所述遮光区为彩色的遮光材质绘制的图案层。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的人造虹膜，通过在遮光区和透光区之间增设多个同心结构的光敏变色区，当外界光强逐渐增强时，多个光敏变色区由外侧至内侧逐级由透明状态变为不透明状态，以减少本发明能够透光的区域面积，进而减少进入眼睛的光线量，减少外界强光对眼睛的刺激。当外界光强逐渐减弱时，多个光敏变色区由内侧至外侧逐级由不透明状态变为透明状态，以增加本发明的能够透光的区域面积，进而增加进入眼睛的光线量，从而使眼睛在弱光环境中也能更清楚地看清物体，本发明能够根据外界环境中的照射光强进行分区逐级透光，在不同的光强情况下，自动调整外界视觉环境中的光进入眼睛的总量，进而调制出适合视网膜的理想光强，从而减少了高次像差造成的成像模糊，能够对角膜缘进行保护并提高了病人视觉成像的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于感光变色材料的人造虹膜的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于感光变色材料的人造虹膜的正面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基于感光变色材料的人造虹膜的佩戴示意图；
图4是本发明实施例提供的螺吡喃类光变填料的变色机理示意图。
图中1-遮光区；2-光敏变色区；201-弱光光敏变色区；202-强光光敏变色区；3-透光区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明的目的在于提供一种基于感光变色材料的人造虹膜，解决了现有技术中人造虹膜需要设置为多个放射状花瓣拼接结构，闭合程度不好且易出现误调节的技术问题。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1：
参照图1-3，本发明提供了一种基于感光变色材料的人造虹膜，包括由外至内依次设置的遮光区1、至少两个光敏变色区2和透光区3，遮光区1和光敏变色区2均为与遮光区1进行同心设置的环状结构，多个光敏变色区2的光敏变色的光强阈值由外至内逐个递增，即具体地，多个光敏变色区2的最外侧可作为第1层，其由外侧至内侧共设置N层，其中，第i层的光强阈值选定为Aicd(坎德拉)，即外界环境中的光强超过Aicd，第i层的光敏变色区2便会从透明状态变为不透明状态，遮挡外界光线进入人体的眼睛，如此设置，当外界光强逐渐增强时，多个光敏变色区2由外侧至内侧逐级由透明状态变为不透明状态，以减少本发明能够透光的区域面积，进而减少进入眼睛的光线量，减少外界强光对眼睛的刺激。当外界光强逐渐减弱时，多个光敏变色区2由内侧至外侧逐级由不透明状态变为透明状态，以增加本发明的能够透光的区域面积，进而增加进入眼睛的光线量，从而使眼睛在弱光环境中也能更清楚地看清物体。即本发明作为一种非侵入式的光学手段，在遮光区1和透光区3之间增设多个同心结构的光敏变色区2，且能根据外界环境中的照射光强进行分区逐级透光，在不同的光强情况下，自动调整外界视觉环境中的光进入眼睛的总量，进而调制出适合视网膜的理想光强，从而减少了高次像差造成的成像模糊，能够对角膜缘进行保护并提高了病人视觉成像的质量，环状设计与眼睛形状相适应，对光线的调节过程更加均匀且快速，而且各层光敏变色区2均为仅对光敏感的感光变色材料进行紧密接触连接，极大减少了机械结构调节的调节间隙，且避免了外界环境的其他条件改变对光敏变色区2的影响，本发明为患有圆锥角膜或虹膜缺失等疾病的患者提供了新的无创便捷治愈手段，对偏头痛和脑损伤造成的视力障碍也有着很大的改善潜力，解决了现有技术中人造虹膜需要设置为多个放射状花瓣拼接结构，闭合程度不好且易出现误调节的技术问题。
实施例2：
参照图1-3，本实施例在实施例1的基础上，对人造虹膜的结构进行进一步地限定。基于感光变色材料的人造虹膜包括用于与人体眼部相贴合的基片，基片可为球状表皮状结构，其与人体眼部形状相适应，佩戴更加舒适，并且生产人员可根据佩戴使用者的眼球大小，定做合适的基片，更加贴合。遮光区1、光敏变色区2和透光区3均设置于基片的内部，如此设置，基片能够对遮光区1、多个光敏变色区2和透光区3起固定和承载作用，以便将其稳定地安装佩戴在人体的眼部。
进一步地，基片为人造晶体或隐形眼镜，即遮光区1、多个光敏变色区2和透光区3能够设置于人造晶体内，然后通过手术，可在人体的眼睛内植入该人造晶体，能够长期佩戴使用，调节使用更加方便。或者，遮光区1、多个光敏变色区2和透光区3能够设置于隐形眼镜内，然后可通过日常的每天手动佩戴即可实现轻松治疗调节，使用方便。
进一步地，隐形眼镜为软性透氧性巩膜隐形眼镜，其质地柔软，使用者可轻松适应，减少了异物感，佩戴更加舒适。
实施例3：
参照图1-3，本实施例在实施例1的基础上，对光敏变色区2的材质进行进一步地限定。光敏变色区2的材质为光致变色化合物，光致变色化合物为能够在光作用下进行可逆地发生颜色变化的化合物，其中，正光色性物质其稳态是无色的，受强光激活转变为激发的亚稳态是有色体，即透明度降低。光致变色化合物根据其自身的化学成分分为两大类：有机光致变色化合物和无机光致变色化合物。有机光致变色化合物又分为偶氮苯类、螺吡喃类、俘精酸酐类、萘并萘醌类和双硫腙类等，无机光致变色化合物主要是一类具有光致变色性能的无机化合物材料和过渡元素氧化物，均能够具有良好地光致变色性。加工时，光致变色化合物能够嵌入填充在基片的内腔中，或是在基片生产时，可直接在其对应区域的材质中填加入光致变色化合物，以获得光致变色性。多个不同的光敏变色区2能够通过选用不同类型的光致变色混合物或是通过选用同一类型不同浓度的光致变色混合物，以使各个光敏变色区2获得不同的变色光强阈值，同时，使其能够对光强产生透明到遮光的变化，避免出现灰度的过渡状态。
进一步地，光敏变色区2的材质可选为螺吡喃类光变填料，其变色机理如图4所示。螺吡喃类光变填料的变色过程是通过键的异裂完成的。当紫外光和高强度可见光照射时，螺吡喃类光变填料分子中的碳氧键发生异裂化，螺吡喃开环体形成新的物质，最大吸收波长发生变化，颜色随之发生变化，即透明度降低；紫外光和高强度可见光照射停止后，螺吡喃类光变填料分子中键的异裂恢复成原有的状态，螺吡喃类光变填料随之恢复为原来的颜色，恢复时间约为10秒，螺吡喃类光变填料对光线穿透量的调节更加快捷高效灵敏，使用更加舒适。
实施例4：
参照图1-3，本实施例在实施例1的基础上，对光敏变色区2的数量进行进一步地限定。光敏变色区2设置有两个，其由外至内依次为弱光光敏变色区201和强光光敏变色区202，能够通过对光线进行两级调节，更加方便高效。
进一步地，根据以往的测试数据，人眼的瞳孔直径的变化范围一般为2毫米-7毫米，数据显示在自然光线下，瞳孔直径变化范围为2.68毫米-5.58毫米，在暗室下，瞳孔的直径变化范围为3.72毫米-7.1毫米。因此可以在数据的基础上，合理设置本发明结构中各区域的位置及区域范围。优选地，基片的外边缘的直径范围可为8毫米-15毫米，以便于使用者进行佩戴。遮光区1的直径范围为6.5毫米-8毫米，弱光光敏变色区201的直径范围为3.5毫米-6.5毫米，强光光敏变色区202的直径范围为2毫米-3.5毫米，透光区3的直径为2毫米，即透光区3与眼睛在最大极限光强情况下的瞳孔尺寸对应设置，以始终供光线通过，各个区域的直径在此范围内选值，与眼部结构相适应，且调节更加高效方便。可选地，强光光敏变色区202的面积可大于弱光光敏变色区201的面积，能够在遇到强光时，更加高效迅速遮挡光线。
需要说明的是，根据眼球的进光量P＝AπD2/4，其中，P为眼球进光量，A为光强，D为瞳孔直径，同时，D能够与透光区3、各个光敏变色区2以及遮光区1的直径相对应。由于每个人的对不同光强的敏感程度存在较大差别，可以定量测试不同光强对应的舒适的通光区域面积，进而确定本发明中各个区域对应的直径范围，从而合理设置各区域的直径。
作为本发明实施例可选地实施方式，透光区3的材质与基片的材质相同，位于最内侧的光敏变色区2的内侧边缘围设出透光区3的透光区域，设置方便，同时，透光区3的位置确定后，能够对其他区域的设置及确定进行有效定位。
作为本发明实施例可选地实施方式，遮光区1为彩色的遮光材质绘制的图案层，即遮光区1的材质为不透光材质进行制作，并且遮光区1的外侧面能够在加工时设计为彩绘图案，以实现使用者的个性化追求，且使本发明更加美观。可选地，图案层可以但不限于为褐色、蓝色、绿色以及多色混合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，包括由外至内依次设置的遮光区(1)、至少两个光敏变色区(2)和透光区(3)，所述遮光区(1)和所述光敏变色区(2)均为与所述透光区(3)进行同心设置的环状结构，多个所述光敏变色区(2)的光敏变色的光强阈值由外至内逐个递增。
2.根据权利要求1所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，包括用于与人体眼部相贴合的基片，所述遮光区(1)、所述光敏变色区(2)和所述透光区(3)均设置于所述基片的内部。
3.根据权利要求2所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述基片为人造晶体或隐形眼镜。
4.根据权利要求3所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述隐形眼镜为软性透氧性巩膜隐形眼镜。
5.根据权利要求1所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述光敏变色区(2)的材质为光致变色化合物。
6.根据权利要求5所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述光敏变色区(2)的材质为螺吡喃类光变填料。
7.根据权利要求1所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述光敏变色区(2)设置有两个，其由外至内依次为弱光光敏变色区(201)和强光光敏变色区(202)。
8.根据权利要求7所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述遮光区(1)的直径范围为6.5毫米-8毫米，所述弱光光敏变色区(201)的直径范围为3.5毫米-6.5毫米，所述强光光敏变色区(202)的直径范围为2毫米-3.5毫米，所述透光区(3)的直径为2毫米。
9.根据权利要求2所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述透光区(3)的材质与所述基片的材质相同，位于最内侧的所述光敏变色区(2)的内侧边缘围设出所述透光区(3)的透光区域。
10.根据权利要求1所述的基于感光变色材料的人造虹膜，其特征在于，所述遮光区(1)为彩色的遮光材质绘制的图案层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110917140.5A CN113534497A (zh) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | 一种基于感光变色材料的人造虹膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110917140.5A CN113534497A (zh) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | 一种基于感光变色材料的人造虹膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113534497A true CN113534497A (zh) | 2021-10-22 |
Family
ID=78091488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110917140.5A Pending CN113534497A (zh) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | 一种基于感光变色材料的人造虹膜 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN113534497A (zh) |
-
2021
- 2021-08-11 CN CN202110917140.5A patent/CN113534497A/zh active Pending
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