KR20170117888A - 개선된 안과용 디바이스를 위한 산소 농도를 향상시키는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
착용된 개선된 콘택트 렌즈 아래의 누액 중의 산소의 수준을 향상시키기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 개선된 콘택트 렌즈는 삽입체를 포함할 수 있는데, 삽입체는 그의 몸체를 가로지르는 유체 유동에 불투과성이다. 향상 방법은, 삽입체를 통하여 포어들을 생성하는 단계, 산소를 발생시키거나 방출하기 위한 디바이스들 또는 콘택트 렌즈 아래로 누액을 이동시키는 수단을 포함하는, 흡수 재료의 층들을 포함하는, 콘택트 렌즈 몸체의 부분들 내에 채널들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
개선된 안과용 디바이스의 사용자의 눈과의 인터페이스에서의 산소의 농도를 향상시키기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 일부 실시 형태에서, 산소 농도를 향상시키기 위한 방법 및 장치는, 안과용 디바이스를 통한 이미징에 대해 비-섭동형(non-perturbative)인 포어(pore)들을 형성하는 것을 수반한다. 일부 실시 형태에서, 산소의 저장이 수반된다. 일부 실시 형태에서, 산소를 함유하는 유체들의 움직임이 해결책을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 본 방법 및 장치에 대한 사용 분야는 매설된 삽입체 디바이스(insert device)를 이용하는 임의의 안과용 디바이스 또는 제품을 포함할 수 있다.
최근, 의료 디바이스들의 개수 및 그들의 기능이 빠르게 발전하기 시작했다. 전기활성 기능이 안과용 렌즈 내에 포함되어 있는 안과 분야에서 상당한 개선이 이루어졌다. 이러한 디바이스의 일부 실시 형태는 다양한 기능을 수행하는 반도체 디바이스와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 반도체 구성요소는 에너지를 필요로 하며, 이에 따라, 전형적으로는 동력공급 요소가 그러한 생체적합성 디바이스 내에 또한 포함될 수 있다. 생체적합성 디바이스의 형상 및 상대적으로 작은 크기는 다양한 기능의 정의를 위한 새롭고 도전적인 환경을 만들고 있다. 많은 실시 형태에서, 생체적합성 디바이스 내에 동력공급 요소 및 전기활성 구성요소를 포함하기 위한 삽입체 디바이스를 포함하는 안전하고, 신뢰할 수 있고, 콤팩트하고 비용 효율적인 수단을 제공하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 삽입체 디바이스는 그의 몸체 내로의 다양한 재료의 확산을 방지할 필요가 있을 수 있다. 순수 효과(net effect)는 안과용 디바이스 아래의 눈 표면 상에 위치되는 산소의 고유한 능력을 감소시키는 것일 수 있다. 따라서, 눈 표면에 근접한 영역 내로의 산소의 수송을 향상시키기 위한 개선된 안과용 디바이스의 신규한 실시 형태에 대한 필요성이 존재한다.
따라서, 착용된 안과용 디바이스의 후방 표면과 사용자의 눈 사이의 영역에 존재하는 산소(산소 기체 또는 산소 분자로도 불릴 수 있음)의 수준을 향상시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다.
각막은 수양액(aqueous humor) 및 공기로부터 산소를 수용한다. 수양액은 본질적으로 혈액에서 적혈구를 뺀 혈액 여과액이다. 그것은 투명하고, 각막 및 수정체 둘 모두에 영양분을 제공한다. 모양체(ciliary body)는 모양체 돌기를 통하여 수양액을 제공한다. 각막 앞의 누액막은 3개의 층을 포함한다. 최외각 층은 표면적인 유층이고, 가장 안쪽에 있는 층은 점액성 층이고, 누액막의 98%인 중간 층은 누액 또는 수성 층이다. 중간 층은 각막 대사(corneal metabolism)를 유지하기 위해 산소 흡수를 담당한다. 본질적으로, 공기로부터의 산소는 누액 내로 확산하고 삼투를 통해 각막으로 전달된다.
건강한 각막은 전술된 메커니즘으로부터 산소 및 영양분 둘 모두를 필요로 한다. 오늘날의 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 공기로부터 각막으로의 충분한 산소 투과를 제공한다. 그러나, 전자 렌즈와 같은 개선된 콘택트 렌즈는, 잠재적으로 산소 수송을 제한할 수 있는 밀봉된 삽입체를 포함한다. 따라서, 본 발명은 각막으로의 충분한 산소 투과를 보장하기 위한 다양한 수단에 관한 것이다. 일 실시 형태에서, 봉지된 삽입체의 몸체 내의 확산 포어들은 삽입체 몸체를 통한 산소 확산을 허용한다. 다른 실시 형태에서, 렌즈는 저장 또는 함유 용기들을 통하여 또는 다양한 재료들을 사용하여 렌즈의 몸체 내에 증가된 수준의 산소를 저장하도록 설계될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 눈의 상이한 영역들 주위로 산소가 풍부한 유체들을 이동시키기 위해 수동형 및 능동형 펌핑 메커니즘들이 이용될 수 있다.
일부 예에서, 콘택트 렌즈의 사용 동안 사용자의 각막에 근접하여 배치되는 아치형 후방 표면을 갖는 콘택트 렌즈의 형상으로 성형된 하이드로겔 스커트(hydrogel skirt)를 포함하는 콘택트 렌즈가 제공된다. 콘택트 렌즈는 또한 삽입체를 포함하고, 삽입체는 기체 불투과성이며 그의 몸체를 통한 유체 유동에 불투과성이다. 삽입체는 하이드로겔 스커트 내에 봉지된다. 그리고, 삽입체는 그의 위에 장착된 하나 이상의 구성요소들을 포함한다. 콘택트 렌즈는, 콘택트 렌즈의 사용 동안 삽입체의 표면과 사용자의 각막 사이에 있는 하이드로겔 스커트의 부분인 하이드로겔 스커트의 제1 영역을 갖는다. 예시적인 콘택트 렌즈는 또한, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단을 포함한다.
일부 예에서, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단은 적어도 삽입체 내의 제1 포어를 포함하고, 포어는 삽입체의 몸체를 가로지른다. 일부 예에서, 포어는 삽입체 내의 챔버 내에 위치된 스페이서(spacer)의 몸체를 가로지른다. 일부 예에서, 포어는 실리콘 함유 재료로 백필(back-fill)된다. 일부 예에서, 제1 포어는 삽입체의 몸체를 가로지르는 복수의 포어들 중 하나이다. 일부 예에서, 복수의 포어들은 실리콘 함유 재료로 백필된다.
일부 예에서, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단은 흡수 재료의 층을 포함하고, 흡수 재료는 산소 기체를 흡수한다. 일부 예에서, 흡수 재료는 헤모글로빈(hemoglobin)을 포함한다. 일부 예에서, 흡수 재료는 헤모사이아닌(hemocyanin)을 포함한다. 일부 예에서, 흡수 재료는 포르피린계(porphyrin based) 재료를 포함한다. 일부 예에서, 흡수 재료는 금속 유기 골격 분자종을 포함한다.
일부 예에서, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단은 매설된 전기활성 방출 구조물을 포함하고, 용기 내에 저장된 산소가 전기 신호 시에 방출된다. 일부 실시 형태에서, 전기 신호는 전류로 하여금 금속 포일의 커버를 용융시키게 한다.
일부 예에서, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단은 전기활성 산소 발생기를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 전기 신호는 전기활성 산소 발생기로 하여금 산소 함유 화학물질을 포함하는 유체를 방출하여 촉매 표면과 상호작용하여 산소 기체를 방출하게 한다. 일부 예에서, 전기활성 산소 발생기는 과산화수소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 전기 신호는 전류로 하여금 금속 포일 층을 용융시키게 한다.
일부 예에서, 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 콘택트 렌즈 내의 수단은 펌프를 포함하고, 펌프는 하이드로겔 스커트의 제1 영역에 근접하는 누액의 움직임을 야기한다. 일부 예에서, 누액은 하이드로겔 스커트 내에 형성된 채널들 내에서 이동한다. 일부 예에서, 채널들은 채널들을 통한 제1 방향의 유동에 유리하도록 형상화된다. 펌프는 전기활성 요소를 포함할 수 있는데, 일부 예에서, 전기활성 요소는 압전 기반 트랜스듀서 또는 전기활성 중합체 기반 트랜스듀서 중 하나 이상일 수 있다. 일부 예에서, 펌프는 펌핑 작용과의 연계를 위해 사용자의 안검과 상호작용하는 하이드로겔 스커트 재료의 융기된 부분(raised portion)을 포함할 수 있다.
하나의 일반적인 태양은 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법들을 포함한다. 본 방법은 콘택트 렌즈 삽입체를 통하여 포어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로, 본 방법은 포어를 실리콘 함유 중합체로 백필하는 단계; 및 콘택트 렌즈 삽입체를 포함하는 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 콘택트 렌즈의 사용 동안, 실리콘 함유 중합체를 갖는 포어를 통하여 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 산소가 확산한다.
다른 일반적인 태양은 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법들을 포함한다. 본 방법은 콘택트 렌즈의 몸체 내에 산소 흡수 재료의 층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 콘택트 렌즈를 높은 산소 부분압을 갖는 주변에 배치하는 단계를 포함한다. 다음으로, 본 방법은 콘택트 렌즈를 제공함으로써 계속되고, 콘택트 렌즈의 사용 동안, 흡수 재료로부터 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 산소가 확산한다.
다른 일반적인 태양은 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법들을 포함한다. 본 방법은 콘택트 렌즈의 몸체 내에 복수의 전기활성 산소 함유 구조물들을 형성하는 단계; 및 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 콘택트 렌즈의 사용 동안, 전기 신호들의 프로그래밍이 제1 전기활성 산소 함유 구조물에 대한 전기 신호들을 제공하고, 제1 전기활성 산소 함유 구조물들에 대한 전기 신호는 산소로 하여금 전기활성 산소 함유 구조물로부터 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 확산하게 한다.
다른 일반적인 태양은 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법들을 포함한다. 본 방법은 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내에 복수의 채널들을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내의 제1 확장된 채널 위에 하이드로겔 스커트의 융기된 영역을 형성하는 단계; 및 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 콘택트 렌즈의 사용 동안, 사용자의 안검은, 하이드로겔 스커트의 융기된 영역이 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내의 제1 확장된 채널을 압축하는 것을 강제하고, 압축은 누액으로 하여금 콘택트 렌즈 아래로 이동하게 하고, 콘택트 렌즈는 내부에 장착된 하나 이상의 구성요소들을 포함하는 삽입체를 포함한다.
다른 일반적인 태양은 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법들을 포함한다. 본 방법은 콘택트 렌즈의 렌즈 삽입체에 고정식으로 부착된 압전세라믹(piezoceramic) 재료의 층을 포함하는 전기활성 펌프를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내에 복수의 채널들을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 추가로, 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내에, 전기활성 펌프에 근접하여 놓이는 제1 확장된 채널을 형성하는 단계; 및 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 콘택트 렌즈의 사용 동안, 전기 신호들의 프로그래밍이 전기활성 펌프에 대한 전기 신호들을 제공하고, 전기활성 펌프에 대한 전기 신호는, 전기활성 펌프가 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내의 제1 확장된 채널을 압축하는 것을 강제하고, 압축은 누액으로 하여금 콘택트 렌즈 아래로 이동하게 한다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 특징 및 이점은 첨부 도면에 예시된 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 하기의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 삽입체들, 전기활성 구성요소들 및 동력공급 요소들을 갖는 콘택트 렌즈들의 예시적인 태양들을 도시한다.
도 1c 및 도 1d는 사용자의 눈 위의 삽입체 아래의 영역에 단면 초점을 갖는 사용자의 눈 상의 콘택트 렌즈의 예시적인 태양들을 도시한다.
도 2a는 하이드로겔 스커트 및 삽입체 내의 2개의 챔버 전기활성 광학 시스템의 예시적인 태양들의 단면도를 도시한다.
도 2b는 예시적인 삽입체 디바이스 내의 예시적인 스루 비아(through via)의 절단을 도시하는 단면도를 도시한다.
도 2c는 예시적인 삽입체 디바이스 내의 스루 비아의 하이드로겔에 의한 예시적인 충전을 도시하는 단면도를 도시한다.
도 2d는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 스루 비아들의 예시적인 배치를 도시한다.
도 2e는 홈이 새겨진(fluted) 스루 비아들을 갖는 하이드로겔 스커트 및 다층 삽입체를 갖는 예시적인 단면도를 도시한다.
도 3a는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 산소 흡수 재료의 예시적인 포함을 도시한다.
도 3b는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 예시적인 전기적으로 트리거된(triggered) 산소 함유 요소들을 도시한다.
도 4a는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 예시적인 전기활성 펌핑 메커니즘의 단면도를 도시한다.
도 4b는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 전기활성 펌핑 메커니즘의 예시적인 평면도(top down view)를 도시한다.
도 5는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈 아래로 유체들을 이동시키기 위해 안검 깜박임과 상호작용할 수 있는 예시적인 수동형 채널 시스템을 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 삽입체들, 전기활성 구성요소들 및 동력공급 요소들을 갖는 콘택트 렌즈들의 예시적인 태양들을 도시한다.
도 1c 및 도 1d는 사용자의 눈 위의 삽입체 아래의 영역에 단면 초점을 갖는 사용자의 눈 상의 콘택트 렌즈의 예시적인 태양들을 도시한다.
도 2a는 하이드로겔 스커트 및 삽입체 내의 2개의 챔버 전기활성 광학 시스템의 예시적인 태양들의 단면도를 도시한다.
도 2b는 예시적인 삽입체 디바이스 내의 예시적인 스루 비아(through via)의 절단을 도시하는 단면도를 도시한다.
도 2c는 예시적인 삽입체 디바이스 내의 스루 비아의 하이드로겔에 의한 예시적인 충전을 도시하는 단면도를 도시한다.
도 2d는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 스루 비아들의 예시적인 배치를 도시한다.
도 2e는 홈이 새겨진(fluted) 스루 비아들을 갖는 하이드로겔 스커트 및 다층 삽입체를 갖는 예시적인 단면도를 도시한다.
도 3a는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 산소 흡수 재료의 예시적인 포함을 도시한다.
도 3b는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 예시적인 전기적으로 트리거된(triggered) 산소 함유 요소들을 도시한다.
도 4a는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 예시적인 전기활성 펌핑 메커니즘의 단면도를 도시한다.
도 4b는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈의 몸체 내의 전기활성 펌핑 메커니즘의 예시적인 평면도(top down view)를 도시한다.
도 5는 예시적인 개선된 콘택트 렌즈 아래로 유체들을 이동시키기 위해 안검 깜박임과 상호작용할 수 있는 예시적인 수동형 채널 시스템을 도시한다.
안과용 콘택트 렌즈와 사용자의 눈 표면 사이의 영역에 존재하는 산소 수준을 증가시키기 위한 방법들 및 장치가 본 출원에 개시된다. 일부 예에서, 전기활성 삽입체를 둘러싸며 전기활성 콘택트 렌즈에 관한 다양한 기능들을 제공하는 데 사용되는 하이드로겔 스커트는 그 자체로, 콘택트 렌즈와 교차하는 영역 주위의 산소의 수송을 촉진하기 위한 양호한 매체일 수 있다. 따라서, 삽입체 몸체의 주연부들 상에 있는 매설된 삽입체를 갖는 콘택트 렌즈의 영역들에서, 공기 또는 주변 환경으로부터 사용자의 눈 표면으로의 산소의 수송이 매우 양호할 수 있다. 일부 예에서, 하이드로겔 스커트의 제형, 두께 및 설계의 특성은, 사용자의 눈 표면을 가로질러 충분한 수준의 산소가 존재하는 콘택트 렌즈를 실현하는 데 도움이 될 수 있다. 다른 예에서, 콘택트 렌즈의 후방 표면과 사용자의 눈의 상부 표면 사이의 영역에서의 양호한 산소 수준을 실현하기 위해 콘택트 렌즈의 다른 특징이 중요할 수 있고, 개재되는 영역은 또한 사용자로부터의 누액을 포함할 수 있다.
용어
하기의 설명 및 청구범위에서, 다음의 정의가 적용될 다양한 용어가 사용될 수 있다:
"생체적합성"은 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 특정 응용에서 적절한 숙주 반응과 함께 수행하는 재료 또는 디바이스를 지칭한다. 예를 들어, 생체적합성 디바이스는 생물학적 시스템에 독성의 또는 해로운 영향을 미치지 않는다.
"코팅"은 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 얇은 형태의 재료의 침착물(deposit)을 지칭한다. 일부 사용에서, 상기 용어는 코팅이 형성되는 기재의 표면을 충분히 덮는 얇은 침착물을 지칭할 것이다. 다른 더 전문적인 사용에서, 상기 용어는 표면의 더 작은 영역의 작고 얇은 침착물들을 설명하기 위하여 사용될 수 있다.
"동력공급된"은 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 내부에 전기 에너지가 저장되도록 할 수 있는 상태를 지칭한다.
"에너지"는 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 수행하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 동력공급 요소의 많은 용도는 전기적 작용을 수행할 수 있는 능력과 관련될 수 있다.
"에너지 공급원" 또는 "동력공급 요소" 또는 "동력공급 디바이스"는 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지를 공급할 수 있거나 논리 디바이스 또는 전기 디바이스를 동력공급된 상태에 놓을 수 있는 임의의 디바이스 또는 층을 지칭한다. 동력공급 요소는 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리는 알칼리 유형 전지 화학물질로 형성될 수 있고 고체 상태 배터리 또는 습전지(wet cell) 배터리일 수 있다.
"필름"은 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 피복 또는 코팅으로서 작용할 수 있는 재료의 얇은 층을 지칭하고; 라미네이트 구조에서, 필름은 전형적으로 상부 표면 및 하부 표면과 몸체를 갖는 평면 층과 유사하며; 몸체는 전형적으로 층의 범위보다 훨씬 더 얇다.
"금형"은 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 경화되지 않은 제형으로 3차원 물체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 일부 바람직한 금형은, 다른 하나에 대향할 때, 3차원 물체의 구조를 형성하는 두 금형 부분품을 포함한다.
봉지된 삽입체를 갖는 예시적인 생의학 디바이스 구성
동력공급 요소들 및 전기활성 요소들을 포함하는 삽입체를 포함할 수 있는 생의학 디바이스의 예는 전기활성 초점-조절 콘택트 렌즈일 수 있다. 도 1a를 참조하면, 그러한 콘택트 렌즈 삽입체의 예가 콘택트 렌즈 삽입체(100)로서 도시될 수 있다. 콘택트 렌즈 삽입체(100) 내에는, 제어 전압에 응답하여 초점 특성 변화를 수용할 수 있는 전기활성 요소(120)가 있을 수 있다. 이러한 제어 전압 신호들을 제공할 뿐만 아니라 외부 제어 신호들을 위한 환경의 감지를 제어하는 것과 같은 다른 기능을 제공하기 위한 회로(105)가 생체적합성 배터리 요소(110)와 같은 동력공급 요소에 의해 전력공급될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 동력공급 요소는 다수의 주 피스(major piece)들, 이 경우에는 3개의 피스들로 확인될 수 있으며, 요소들의 다양한 구성들을 포함할 수 있다. 동력공급 요소들은 상호연결부(114)의 영역 아래에 놓인 것으로 도시될 수 있는 바와 같은 피스들을 함께 접합하기 위한 다양한 상호연결 특징부들을 가질 수 있다. 동력공급 요소들은 회로 요소에 연결될 수 있고, 회로 요소는 상호연결 특징부들(125)이 상부에 위치될 수 있는 그의 기재(111)를 가질 수 있다. 집적 회로의 형태일 수 있는 회로(105)는 기재(111) 및 그의 상호연결 특징부들(125)에 전기적으로 그리고 물리적으로 연결될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 콘택트 렌즈(150)의 단면 릴리프(cross sectional relief)가 콘택트 렌즈 삽입체(100) 및 그의 논의된 구성요소들을 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈 삽입체(100)는, 삽입체를 봉지하고 사용자의 눈에 대한 콘택트 렌즈(150)의 편안한 인터페이스를 제공할 수 있는 콘택트 렌즈 하이드로겔(155)의 스커트 내에 봉지될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 도 1b의 단면 릴리프는 사용자의 눈(170) 상에 겹쳐진 것으로 도시되어 있다. 영역(190)과 같이 삽입체를 포함하는 렌즈의 영역 아래에 놓일 수 있는, 사용자의 눈의 표면 상의 영역들이 있을 수 있다. 그리고, 영역(180)과 같이 하이드로겔 스커트 아래에만 놓일 수 있는, 사용자의 눈의 표면 상의 영역들이 있을 수 있다. 일부 예에서, 누액 및 표면 조직의 영역에서의 산소화의 수준은, 콘택트 렌즈의 외부에 위치될 수 있는 주변 기체로부터 사용자의 눈의 표면으로의 산소 확산의 억제로 인해 영역(180)에서보다 영역(190)에서 더 작을 수 있다. 이러한 예에서, 봉지된 삽입체를 갖는 콘택트 렌즈의 다른 설계 태양이 보장될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 삽입체 아래의 영역(180)의 일부분의 확대된 단면도가 도시되어 있다. 사용자의 눈(181) 또는 각막의 표면이 도시되어 있다. 사용자의 눈(181)의 표면 위에는, 렌즈가 상부에 지지되는 누액(182)의 얇은 층이 자연적으로 발생할 수 있다. 누액(182)의 얇은 층의 다른 측 상에는, 하이드로겔 스커트(183)의 일부분이 있을 수 있다. 사용자의 각막 또는 눈에 근접해 있는 하이드로겔 스커트의 형상은 아치형 표면으로 불릴 수 있고, 이러한 표면은 또한 후방 표면 또는 후방 곡면 표면으로도 불릴 수 있으므로, 그것은 아치형 후방 표면 또는 아치형 후방 곡면 표면일 수 있다. 도 1d의 단면도는 렌즈 삽입체(184)의 에지에 도시되어 있다. 따라서, 렌즈 삽입체(184) 위의 렌즈 스커트(185)의 가변 두께 층이 도시되어 있다. 삽입체 아래의 하이드로겔 스커트의 영역 및 삽입체 아래의 누액의 층의 연관된 부분은, 사용자의 눈(181)이 산소를 소비하고 있고 렌즈 삽입체(184)가 그의 몸체를 통한 확산을 방지한다는 사실로 인해 감소된 산소 수준의 영역일 수 있다. 누액(182)은 또한 감소된 산소 수준을 가질 수 있다.
봉지된 삽입체의 몸체 내의 확산 "포어"
도 2a를 참조하면, 봉지된 삽입체의 단면도가 도시되어 있다. 그 예에서, 이중 챔버 삽입체가 확인될 수 있다. 외부 층이 삽입체의 상부 표면(211)을 형성할 수 있다. 그리고, 다른 외부 층이 삽입체의 하부 표면(214)을 형성할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 삽입체 표면은, 삽입체의 렌즈 효과에 전력을 부가하도록 형상화되는 것과 같이 삽입체 구조물의 원하는 광학 효과들에 관련되도록 하는 형상들 및 형태들을 가질 수 있다. 도 2a에 도시된 것과 같이, 다수의 챔버들을 갖는 예에서, 중간 피스(217)가 또한 형성될 수 있다. 외부 층들과 유사한 방식으로, 중간 피스(217)는 렌즈 구조물의 광학 효과들에 관련되도록 형상화될 수 있다. 일부 예에서, 챔버들은 일정 영역에서 챔버의 구조적 높이를 정의할 수 있는 내부 구조물들을 가질 수 있다. 이러한 구조물들은 스페이서들로 불릴 수 있다. 제1 챔버(212)는 제1 챔버 스페이서(213)를 가질 수 있고, 제2 챔버(215)는 제2 챔버 스페이서(216)를 가질 수 있다. 일부 예에서, 스페이서들의 위치는 서로에 대해 관련되어 있지 않을 수 있고, 도시된 예에서, 스페이서들은 정렬되어 있을 수 있는데, 이는 그들의 중심에 각각의 삽입체 표면의 전체 몸체를 통하여 그리고 그의 외부로 관통하는 포어가 형성되도록 할 수 있다. 스페이서들은 안과용 렌즈의 광학 구역 내에 위치되는 영역들에서의 챔버들 내에 위치될 수 있고, 광학 구역은 광이 물체로부터 사용자의 망막으로 향하는 도중에 통과하는 렌즈의 부분이다. 스페이서가 광학 구역 내에 위치되면, 그것은 통과하는 광선들과 상호작용하여, 이미지를 형성할 수 있다. 따라서, 스페이서가 최소 크기로 유지되는 것이 중요할 수 있다. 일부 예에서, 그 크기는 100 마이크로미터 미만일 수 있다. 추가 예에서, 그 크기는 50 마이크로미터 미만일 수 있다. 또 다른 추가 예에서, 그 크기는 20 마이크로미터 미만일 수 있다.
제1 챔버 스페이서(213)와 제2 챔버 스페이서(216)의 오버레이(overlay)에 의해 스페이서 칼럼이 형성될 수 있다. 도 2b를 참조하면, 포어(221)의 절단이 도시되어 있다. 일부 예에서, 포어는 레이저 광원(220)에 의해 절단될 수 있다. 일례로서, 이테르븀 섬유 기반 레이저가, 플라스틱들과 같은 재료들에 크기가 10 내지 20 마이크로미터만큼 작은 치수를 갖는 홀(hole)들을 천공하기 위해 초점이 맞춰질 수 있다. 상부 표면(211), 제1 챔버 스페이서(213), 제2 챔버 스페이서(216) 및 하부 표면(214)을 통하여 포어를 생성하기 위해 임의의 레이저 천공 유형 장비가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 포어를 생성하는 다른 방법들, 예컨대 비제한적인 예에서 포토레지스트 마스크를 이미징하기 위한 포토리소그래피 공정에 이어서 층들을 통한 반응성 이온 에칭 공정이 이용될 수 있다. 삽입체 피스들을 통하여 작은 프로파일 홀을 천공하기 위한 임의의 기법이 이용될 수 있다.
포어(221)는, 산소가 삽입체를 통하여 전기활성 렌즈의 전방으로부터 전기활성 렌즈의 후방으로 확산할 수 있게 하는 경로일 수 있다. 포어가 봉지된 렌즈 내에 존재하면, 누액 중의 용존 산소와 함께 포어를 통한 누액의 확산은, (도 1c에서 180으로서 도시된 바와 같은) 렌즈 삽입체 영역 아래의 사용자의 눈 표면의 조직들을 따른 산소 수준을 향상시킬 수 있다. 일부 예에서, 산소 투과는 하이드로겔 층들에서 매우 효과적일 수 있다. 도 2c를 참조하면, 렌즈 삽입체를 봉지하는 데 사용된 하이드로겔 층(230)이 또한 포어를 포어(231) 내의 하이드로겔의 층으로 충전(또는 "백필")할 수 있다. 산소는 누액 및 하이드로겔을 통하여 전방 표면으로부터 렌즈 몸체를 통하여 그리고 렌즈의 후방 표면 상의 하이드로겔 층들 내로 그리고 궁극적으로 렌즈와 눈 표면 사이의 누액의 층 내로 확산할 수 있는데, 여기서 산소는 이어서 눈의 조직 층들로 확산할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 다양한 위치들에서 몸체를 통하여 천공된 포어들을 갖는 렌즈 삽입체의 평면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 일례에서, 특징부들(271, 272, 273, 274, 275)에서 삽입체 디바이스 내로 절단된 5개의 홀들이 있을 수 있다. 포어들의 실제 개수는, 포어들의 존재에 의한 렌즈를 통한 이미징의 저하 및 증가된 산소 수준의 유효성 대 포어로부터의 거리와 같은 인자들을 포함한 다수의 인자들에 따라 도시된 것들보다 더 많거나 또는 더 작을 수 있다. 개별적으로 포어들의 설계 및 삽입체 몸체 내에서의 그들의 패턴 및 개수에 영향을 미치는 다른 인자들이 있을 수 있다.
대략 20 마이크로미터 정도의 직경을 갖는 포어를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 포어를 하이드로겔 단량체로 충전하기 위하여, 삽입체 주위에서 단량체로 금형을 충전하기 전에 기체들의 포어를 소기시키는 것이 바람직할 수 있다. 포어 주위 및 내부의 기체상을 소기시킴으로써, 단량체를 이용한 보다 양호한 충전이 발생할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 예시적인 콘택트 렌즈가 단면도로 도시되어 있다. 단면도에서의 콘택트 렌즈 스커트(280) 및 후방에서 본 콘택트 렌즈 스커트(281)는 삽입체를 둘러싸고 있을 수 있다. 삽입체는 2개의 챔버들, 즉 제1 챔버(283) 및 제2 챔버(284)를 가질 수 있다. 예시적인 스루 비아(282)와 같은 스루 비아들 또는 홀들이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 레이저 천공 처리는, 렌즈의 표면 근처에 보다 넓은 직경을 갖는 홈이 새겨진 홀들에 대한 프로파일들을 생성할 수 있다.
산소 흡수 및 탈착
개선된 콘택트 렌즈와 눈 표면 사이의 공간 내의 산소를 증가시키기 위한 다른 방식은 렌즈의 몸체 내에 증가된 수준의 산소를 저장하는 것일 수 있다. 증가된 수준은, 렌즈를 패키징하기 전에 가압된 산소 환경 내에 렌즈를 저장함으로써 렌즈에 부여될 수 있다. 가압된 분위기로부터 산소를 저장하는 능력을 부여할 수 있는, 렌즈 내의 층들에 다수의 재료 첨가가 있을 수 있다. 이상적으로는, 산소를 저장하는 재료들은, 그 근처의 산소의 수준이 떨어짐에 따라 산소를 탈착할 것이다. 다른 예에서, 저장된 산소는, 재료의 가열에 의해서와 같이 일정 영향력 하에서 탈착될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 개선된 콘택트 렌즈 내에 흡수 재료(310)의 층이 매설될 수 있다. 삽입체 예의 일반적인 구조는 앞서의 묘사에서와 같이, 상부 표면(211), 제1 챔버(212), 제1 챔버 스페이서(213), 하부 표면(214), 제2 챔버(215) 및 제2 챔버 스페이서(216)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일부 예에서, 스루 비아(221)가 있을 수 있다. 일부 예에서, 흡수 재료(310)는 삽입체의 표면 상에 침착될 수 있다. 다른 예에서, 그것은 포획된 별개의 요소들에서와 같이 또는 필름으로서 하이드로겔 스커트 층 내에 매설될 수 있다. 일부 예에서, 흡수 재료(310)는 천연 산소 수송 분자들에 기초한 합성 유기금속 모이어티(moiety)들일 수 있거나 또는 헤모글로빈, 헤모사이아닌, 기타 포르피린계 화학종 또는 다른 금속 유기 골격 분자종과 같은 생물학적 산소 수송 분자들일 수 있다. 흡수 재료(310)는 비제한적인 예로서 철, 구리, 및 지르코늄과 같은 금속 화학종을 포함할 수 있다. 이러한 유기금속 화학종은 하이드로겔 층 내에 통합될 수 있고, 산소를 하이드로겔 층으로 가역적으로 탈착할 수 있다. 일부 예에서, 탈착은 흡수 재료의 층들에 대한 전기적 작용에 의해, 예컨대 그들을 가열함으로써, 자극될 수 있다. 사용 환경의 특성으로 인해, 그러한 가열은 한 번에 흡수 재료의 작은 영역들로 제한될 수 있다. 유사한 기능을 수행하기 위해 다른 유사한 유기 분자들이 매설될 수 있다.
다른 예에서, 흡수 재료는 흡수 입자들, 예컨대 산소로 충전될 수 있는 제올라이트를 포함할 수 있다. 입자들은 그들의 주변 환경에서 산소의 평형 수준을 유지할 수 있다. 따라서, 개선된 콘택트 렌즈 디바이스를 포함하는 패키지가 사용을 위해 개방될 때, 산소의 방출이 발생할 수 있고, 흡수 입자는 산소를 탈착하기 시작할 수 있다. 일부 예에서, 흡수 재료는, 예를 들어 나트륨, 세륨, 규소 및 알루미늄과 같은 다양한 조성의 제올라이트를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 흡수/흡착 재료는 산소를 흡수하는 중합체들 및 도핑된 중합체들, 예컨대, 골격에 불포화 영역들 또는 페놀 영역들을 갖는 중합체들을 포함할 수 있다. 중합체들은, 예를 들어 폴리에스테르 및 폴리-부타디엔 구조 중의 구리와 같이 다른 화학종으로 도핑될 수 있다. 고압, 고농도 및/또는 높은 산소 부분압 하에서 이러한 흡수 입자들의 초 포화(super saturation)는, 주변에서의 산소 수준이 떨어질 때 시간 경과에 따라 낮은 수준으로 산소를 방출하는 재료를 생성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 대안적이지만 관련된 디바이스 구조가 도시되어 있다. 삽입체 예의 일반적인 구조는 앞서의 묘사에서와 같이, 상부 표면(211), 제1 챔버(212), 제1 챔버 스페이서(213), 하부 표면(214), 제2 챔버(215) 및 제2 챔버 스페이서(216)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일부 예에서, 스루 비아(221)가 있을 수 있다. 삽입체의 표면이, 용기들(350)로서 도시된 일련의 산소 함유 또는 산소 발생 용기들을 포함하도록 형성될 수 있다. 일부 예에서, 용기들(350)은 가압된 산소를 함유할 수 있다. 전기적으로 제어가능한 방출 특징부(360)가, 가압된 산소를 함유하는 용기 상에 형성될 수 있고, 전기 신호 시에 산소를 방출할 수 있다. 일부 예에서, 전기 신호는 얇은 금속 포일로 하여금 저장된 산소를 방출하는 공정에서 용융되게 할 수 있다.
다른 예에서, 용기(350)는 과산화수소와 같은 산소 함유 화학물질의 분리된 영역을 함유할 수 있다. 전기적으로 제어가능한 방출 특징부(360)는 이러한 경우에 과산화수소를 방출하여, 과산화수소가 촉매 표면, 예컨대 제올라이트의 표면과 상호작용할 수 있는 디바이스의 다른 영역으로 유동하게 할 수 있는데, 여기서 그 과산화물은 물 및 방출되는 산소로 분해할 수 있다. 일부 예에서, 용기는 막으로 덮일 수 있고, 막은 용기 내에 촉매 표면과 같은 다른 구성요소들을 포함하면서 산소가 그를 통하여 확산하도록 할 수 있다.
전기활성 산소 발생기 또는 방출 구조물은, 사용 사이클이 시작된 후 특정 시간에 방출되도록 전기적으로 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 다수의 이러한 특징부들은, 개선된 콘택트 렌즈의 삽입체 아래의 영역들을 가로질러 사용 사이클 동안 산소 수준을 향상시키기 위해 느리게 그리고 국소적으로 트리거될 수 있다.
산소화를 향상시키기 위한 산소가 풍부한 유체의 이동
개선된 콘택트 렌즈 주위의 일반적인 환경은 그의 사용 동안 충분한 수준의 산소를 갖고 있다. 그러나, 일부 경우에, 밀봉된 삽입체에 의한 콘택트 렌즈를 통한 확산의 억제는, 콘택트 렌즈의 하이드로겔 표면과 눈 표면 사이의 누액의 얇은 층이 삽입체 영역 주연의 보다 산소화된 영역들과 교환하도록 유의하게 이동하지 못할 수 있다는 사실과 결합될 수 있다. 실제로, 하이드로겔 층들은 주연 영역들로부터 삽입체 아래의 영역들을 향하여 산소의 효과적인 수송을 제공할 수 있지만, 그러한 영역들 내의 조직은 유의한 속도로 산소를 소비하고 있을 수 있다. 따라서, 향상된 산소 수송이 필요할 수 있는 경우, 삽입체 영역 아래의 누액의 그 영역 내로의 그리고 외부로의 이동을 향상시키는 것이 유용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 전기활성 펌프(410)가 유체, 보다 구체적으로는 누액을 사용자의 눈 표면에 근접하여 이동시키는 데 사용될 수 있다. 삽입체 예의 일반적인 구조는 도 4a에, 앞서의 묘사에서와 같이, 상부 표면(211), 제1 챔버(212), 제1 챔버 스페이서(213), 하부 표면(214), 제2 챔버(215) 및 제2 챔버 스페이서(216)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일부 예에서, 스루 비아(221)가 있을 수 있다. 관련된 다른 면에서, 누액 및 하이드로겔 재료들이 그들의 굴절률에 대해 매칭되면, 누액으로 충전될 수 있는 하이드로겔 내의 채널들(420)을 생성할 수 있지만, 이는 광학적으로 상호작용하는 구조물을 생성하지 못할 수 있다. 일부 예에서, 평면도로 도시될 때, 채널들은 유동 지향 양상을 포함하도록 형성될 수 있는데, 예컨대, 다른 방향의 유동보다 일 방향의 유동에 유리할 수 있는 프로파일된 표면들 또는 플랩 밸브(flap valve)들이 그러하다. 일부 예에서, 그러한 채널의 높이는 대략 20 마이크로미터 미만일 수 있고, 폭은 대략 20 내지 50 마이크로미터일 수 있다. 추가 예에서, 그러한 채널의 높이는 대략 5 마이크로미터 미만일 수 있다. 또 다른 추가 예에서, 그러한 채널의 높이는 대략 1 마이크로미터 미만일 수 있다. 이러한 예시적인 양 이외의 높이 및 폭의 많은 예가 있을 수 있다.
하향식으로 도시될 때, 내향 유동 채널(430) 및 외향 유동 채널(440)이 도시되어 있다. 또한, 매우 작은 특징부들이 하이드로겔 내에 성형되어, 이러한 채널들 및 유동 체크 밸브들의 유사체를 채널들의 형상으로 형성할 수 있다. 전기활성 펌프(410)는 전기 신호 시에 팽창 또는 수축하는 부분, 예컨대 압전세라믹 또는 압전 기반 트랜스듀서 또는 전기활성 탄성중합체 또는 전기활성 중합체 기반 트랜스듀서로 구성될 수 있다. 전기활성 몸체(411)를 수축시킴으로써, 부착된 하이드로겔 특징부(412)가 디바이스 아래의 챔버(413) 내의 체적을 개방하도록 이동할 수 있다. 체적이 개방될 때, 유체가 챔버(413) 내로 인출될 수 있다. 반대의 경우에, 전기 신호가 제거되거나 반전될 때, 전기활성 몸체(411)는 팽창하여, 하이드로겔 특징부(412)의 아래로 이동하고, 챔버(413) 내의 유체로 하여금 채널들 외부로 밀리도록 할 수 있다. 따라서, 산소 함유 유체(oxygen laden fluid)가 주연 영역들로부터 개선된 콘택트 렌즈의 삽입체 영역 아래의 채널들의 네트워크를 통하여 이동될 수 있다. 일부 예에서, 상대적으로 느리고 정상 상태의 펌핑 작용은, 사용자가 펌핑 작용 동안 물리적으로 또는 광학적으로 섭동되지 않게 할 수 있다. 일부 다른 예에서, 펌핑 작용은 간헐적으로 프로그래밍될 수 있고, 예를 들어 눈의 깜박임의 검출과 일치할 수 있다.
도 5를 참조하면, 산소화된 유체의 유사한 채널 기반 분포가 도시되어 있는데, 여기서 펌핑 메커니즘은 수동형일 수 있고, 즉, 전기활성 펌프를 수반하지 않을 수 있다. 사용자의 안검이 깜박일 때, 그것은 펌핑 메커니즘과 결합하기 위한 힘을 부여할 수 있다. 일부 예에서, 힘은 채널들을 압축하고, 유체가 삽입체(511) 아래의 영역 내의 채널들에서 주연 영역(510)으로 압착되도록 할 수 있다. 안검이 이동한 후에, 채널들은 다시 팽창하여, 주연 영역들로부터 내부로 새로운 산소 함유 유체를 인출할 수 있다. 다른 예에서, 렌즈의 주연 영역들에 돌출부들(520)이 있을 수 있는데, 돌출부들은 사용자의 안검이 그들에 의해 두 방향 모두로 갈 때 하향으로 강제된다. 채널들 내에서의 적절한 수준의 유동 방향(즉, 체크 밸브 유형 작용)으로 인해, 돌출부들에 대한 하향 힘 및 이웃 영역들에 대한 그들의 영향은 채널들(530)의 네트워크를 따라 유체를 펌핑하여, 외부 영역들로부터 내부 영역들로 유체를 교환할 수 있다. 일부 예에서, 채널들(530)은 하이드로겔 봉지 스커트로 형성될 수 있고, 높이가 대략 50 마이크로미터 이하이고 콘택트 렌즈가 착용될 때 채널의 존재를 유지하는 폭을 가질 수 있다. 일례로서, 채널(530)의 폭은 또한 치수가 대략 50 마이크로미터 이하일 수 있다. 돌출부들은, 일부 예에서, 펌핑 작용과의 연계를 위해 필요한 강제된 상호작용을 제공하면서 사용자의 편안함을 향상시키기 위해 얕게 그리고 매끄럽게 제조될 수 있다.
렌즈 형성 및 렌즈 스커트를 위한 재료
미세주입 성형 예는, 예를 들어, 약 6 mm 내지 10 mm의 직경 및 약 6 mm 내지 10 mm의 전방 표면 반경 및 약 6 mm 내지 10 mm의 후방 표면 반경 및 약 0.050 mm 내지 1.0 mm의 중심 두께를 갖는 렌즈들을 형성하는 데 사용되는 폴리(4-메틸펜트-1-엔) 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 일부 예는 약 8.9 mm의 직경 및 약 7.9 mm의 전방 표면 반경 및 약 7.8 mm의 후방 표면 반경 및 약 0.200 mm의 중심 두께 및 약 0.050 mm의 에지 두께를 갖는 삽입체를 포함한다.
도 1a에 도시된 콘택트 렌즈 삽입체(100)는 안과용 렌즈를 형성하는 데 이용되는 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 금형 부분품의 재료는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 및 개질 폴리올레핀 중 하나 이상의 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 다른 금형은 세라믹 또는 금속 재료를 포함할 수 있다.
바람직한 지환족 공중합체는 두 가지의 상이한 지환족 중합체를 함유한다. 지환족 공중합체의 다양한 등급은 105℃ 내지 160℃ 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
일부 예에서, 본 발명의 금형은 중합체, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 주쇄 내에 지환족 모이어티를 함유한 개질 폴리올레핀, 및 환형 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 이 블렌드는 금형 반부들 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 사용될 수 있으며, 여기서 이 블렌드가 후방 곡면에 사용되고 전방 곡면은 지환족 공중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일부 바람직한 금형 제조 방법에서, 공지된 기술에 따라 사출 성형이 이용되지만, 예는 또한 예를 들어, 선반가공, 다이아몬드 선삭(diamond turning), 또는 레이저 절단(laser cutting)을 포함한 다른 기법에 의해 형성된 금형을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 바람직한 렌즈 재료는 실리콘 함유 성분을 포함한다. "실리콘-함유 성분"은 단량체, 거대단량체(macromer), 또는 예비중합체에 적어도 하나의 [-Si-O-] 단위를 함유하는 것이다. 바람직하게는, 전체 Si 및 부착된 O는, 실리콘-함유 성분의 전체 분자량의 약 20 중량% 초과, 및 보다 바람직하게는 30 중량% 초과의 양으로 실리콘-함유 성분에 존재한다. 유용한 실리콘-함유 성분은 바람직하게는 중합성 작용기, 예를 들어 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐, N-비닐 락탐, N-비닐아미드, 및 스티릴 작용기를 포함한다.
일부 예에서, 삽입체를 둘러싸는, 삽입체 봉지 층으로도 불리는 안과용 렌즈 스커트는 표준 하이드로겔 안과용 렌즈 제형으로 구성될 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용가능한 매칭을 제공할 수 있는 특성을 가진 예시적인 재료는 나라필콘(Narafilcon) 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함) 및 에타필콘(Etafilcon) 계열(에타필콘 A를 포함함)을 포함할 수 있다. 더욱 기술적으로 포괄적인 논의가 본 명세서의 기술과 부합하는 재료의 특성에 대해 후술된다. 당업자는 논의되는 것들 외의 다른 재료가 또한 밀봉되고 봉지된 삽입체의 허용가능한 인클로저 또는 부분적인 인클로저를 형성할 수 있고, 청구범위의 범주 내에 포함되고 부합하는 것으로 고려되어야 함을 인식할 수 있다.
적합한 실리콘-함유 성분은 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
여기서, R1은 독립적으로 1가 반응성 기, 1가 알킬 기, 또는 1가 아릴 기 - 전술한 기 중 임의의 것은 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 카르보네이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 -; 및 1 내지 100개의 Si-O 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬 - 이는 알킬, 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 - 로부터 선택되고;
여기서, b는 0 내지 500이며, b가 0 이외의 것일 때 b는 기술된 값과 동일한 모드를 갖는 분포임이 이해되고;
여기서, 적어도 하나의 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 일부 예에서는 1 내지 3개의 R1이 1가 반응성 기를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "1가 반응성 기"는 자유 라디칼 및/또는 양이온 중합을 겪을 수 있는 기이다. 자유 라디칼 반응성 기의 비제한적인 예에는 (메트)아크릴레이트, 스티릴, 비닐, 비닐 에테르, C1-6 알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, C1-6 알킬(메트)아크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, C2-12 알케닐, C2-12 알케닐페닐, C2-12 알케닐나프틸, C2-6 알케닐페닐, C1-6 알킬, O-비닐카르바메이트 및 O-비닐카르보네이트가 포함된다. 양이온성 반응성 기의 비제한적인 예에는 비닐 에테르 또는 에폭사이드 기 및 이들의 조합이 포함된다. 일 실시 형태에서, 자유 라디칼 반응성 기는 (메트)아크릴레이트, 아크릴옥시, (메트)아크릴아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 1가 알킬 및 아릴 기에는 비치환 1가 C1 내지 C16 알킬 기, C6-C14 아릴 기, 예를 들어 치환 및 비치환 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 2-하이드록시프로필, 프로폭시프로필, 폴리에틸렌옥시프로필, 이들의 조합 등이 포함된다.
일 예에서, b는 0이고, 하나의 R1은 1가 반응성 기이고, 적어도 3개의 R1은 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터, 그리고 다른 예에서는, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 이러한 실시 형태의 실리콘 성분의 비제한적인 예는 2-메틸-,2-하이드록시-3-[3-[1,3,3,3-테트라메틸-1-[(트라이메틸실릴)옥시]다이실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르 ("SiGMA"), 2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필옥시프로필-트리스 (트라이메틸실록시)실란, 3-메타크릴옥시프로필트리스(트라이메틸실록시)실란 ("TRIS"), 3-메타크릴옥시프로필비스(트라이메틸실록시)메틸실란 및 3-메타크릴옥시프로필펜타메틸 다이실록산을 포함한다.
다른 예에서, b는 2 내지 20, 3 내지 15 또는 일부 예에서 3 내지 10이고; 적어도 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고 나머지 R1은 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터, 그리고 다른 실시 형태에서는, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 또 다른 실시 형태에서, b는 3 내지 15이고, 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고, 다른 말단 R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함하고 나머지 R1은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함한다. 이러한 실시 형태의 실리콘 성분의 비제한적인 예에는 (모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 말단화된 폴리다이메틸실록산(400 내지 1000 MW)) ("OH-mPDMS"), 모노메타크릴옥시프로필 말단화된 모노-n-부틸 말단화된 폴리다이메틸실록산(800 내지 1000 MW), ("mPDMS")이 포함된다.
다른 예에서, b는 5 내지 400 또는 10 내지 300이고, 둘 모두의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고 나머지 R1은 독립적으로, 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 가질 수 있고 할로겐을 추가로 포함할 수 있는, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다.
일례에서, 실리콘 하이드로겔 렌즈가 요구되는 경우, 본 발명의 렌즈는 중합체가 제조되는 반응성 단량체 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20 중량%, 그리고 바람직하게는 약 20 내지 70 중량%의 실리콘 함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 제조될 것이다.
다른 실시 형태에서, 1 내지 4개의 R1은 하기 화학식의 비닐 카르보네이트 또는 카르바메이트를 포함한다:
[화학식 II]
여기서, Y는 O-, S- 또는 NH-를 나타내고;
R은 수소 또는 메틸을 나타내며; d는 1, 2, 3 또는 4이고; q는 0 또는 1이다.
실리콘-함유 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 단량체에는 구체적으로: 1,3-비스[4-(비닐옥시카르보닐옥시)부트-1-일]테트라메틸-다이실록산; 3-(비닐옥시카르보닐티오)프로필-[트리스(트라이메틸실록시)실란]; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴]프로필 알릴 카르바메이트; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴]프로필 비닐 카르바메이트; 트라이메틸실릴에틸 비닐 카르보네이트; 트라이메틸실릴메틸 비닐 카르보네이트, 및 하기 화학식이 포함된다.
약 200 미만의 모듈러스(modulus)를 갖는 생의학 디바이스가 요구되는 경우, 오직 하나의 R1만이 1가 반응성 기를 포함할 것이며, 나머지 R1 기들 중 2개 이하가 1가 실록산 기를 포함할 것이다.
다른 부류의 실리콘-함유 성분에는 하기 화학식의 폴리우레탄 거대단량체가 포함된다:
[화학식 IV-VI]
(*D*A*D*G)a *D*D*E1;
E(*D*G*D*A)a *D*G*D*E1 또는;
E(*D*A*D*G)a *D*A*D*E1
여기서, D는 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 알킬 다이라디칼(diradical), 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내고;
G는 1개 내지 40개의 탄소 원자를 가지며 에테르, 티오 또는 아민 결합을 주쇄 내에 포함할 수 있는 알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
*는 우레탄 또는 우레이도 결합을 나타내며;
a는 적어도 1이며;
A는 하기 화학식의 2가 중합체 라디칼을 나타내며:
[화학식 VII]
R11은 독립적으로 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 포함할 수 있는, 1개 내지 10개의 탄소 원자를 가진 알킬 또는 플루오로 치환된 알킬 기를 나타내고; y는 적어도 1이며; p는 400 내지 10,000의 모이어티 중량을 제공하고; E 및 E1 각각은 독립적으로 하기 화학식에 의해 나타내어지는 중합성 불포화 유기 라디칼을 나타낸다:
[화학식 VIII]
여기서, R12는 수소 또는 메틸이고; R13은 수소, 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 알킬 라디칼, 또는 ―CO―Y―R15 라디칼(여기서, Y는 ―O―, Y―S― 또는 ―NH―임)이며; R14는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 가진 2가 라디칼이고; X는 ―CO― 또는 ―OCO―를 나타내며; Z는 ―O― 또는 ―NH―를 나타내고; Ar은 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 방향족 라디칼을 나타내며; w는 0 내지 6이고; x는 0 또는 1이며; y는 0 또는 1이고; z는 0 또는 1이다.
바람직한 실리콘-함유 성분은 하기 화학식으로 표시되는 폴리우레탄 거대단량체이다:
[화학식 IX]
여기서, R16은 아이소시아네이트 기의 제거 후의 다이아이소시아네이트의 다이라디칼, 예컨대 아이소포론 다이아이소시아네이트의 다이라디칼이다. 다른 적합한 실리콘 함유 거대단량체는 플루오로에테르, 하이드록시-말단화된 폴리다이메틸실록산, 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 아이소시아나토에틸메타크릴레이트의 반응에 의해 형성되는 하기 화학식 X(여기서, x + y는 10 내지 30의 범위의 수임)의 화합물이다.
[화학식 X]
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 실리콘-함유 성분은, 폴리실록산, 폴리알킬렌 에테르, 다이아이소시아네이트, 폴리플루오르화 탄화수소, 폴리플루오르화 에테르 및 다당류 기를 함유한 거대단량체; 말단 다이플루오로-치환된 탄소 원자에 수소 원자가 부착된 극성 플루오르화 그래프트 또는 측쇄기를 가진 폴리실록산; 에테르 및 실록사닐 결합을 함유한 친수성 실록사닐 메타크릴레이트 및 폴리에테르 및 폴리실록사닐기를 함유한 가교결합성 단량체를 포함한다. 전술한 폴리실록산 중 임의의 것이 또한 실리콘 함유 성분으로서 본 발명에서 사용될 수 있다.
전술된 바와 같은 스커트 재료들의 제형들은, 사용자의 눈 상에 착용되어 있는 동안 다양한 크기들의 채널들을 유지하기 위한 구조적 강도를 갖는 스커트 층을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 채널들은 그것이 형성될 때 스커트로 성형될 수 있다. 다른 예에서, 채널들은 성형된 재료로부터 절단되거나 침식될 수 있다. 스커트 재료는 또한, 평균 사람 사용자에 대한 누액의 광학 굴절률에 엄밀히 매칭되는 광학 굴절률을 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 개선된 콘택트 렌즈들의 전술된 예의 광학 구역에서 발생할 수 있는 성형 특징부들의 존재는, 콘택트 렌즈들이 사용자의 눈 상에 배치된 후에 누액으로 충전될 때 광학적으로 불활성으로 나타날 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 채널들의 다양한 형상들 및 프로파일들은, 채널들 내의 유체들의 지향성 유동을 향상시키는 것과 같이 상이한 목적들을 위해 형성될 수 있다.
생의학 디바이스 내의 전기활성 구성요소에 근접한 영역들에서의 산소화를 향상시키기 위한 방법 및 장치는 많은 다른 유형의 생의학 디바이스로 설계될 수 있고, 그 내부에 포함될 수 있다. 생의학 디바이스는, 예를 들어, 이식형 전자 디바이스, 예컨대, 심장 박동 조절기 및 마이크로 에너지 하베스터, 생물학적 기능을 모니터링 및/또는 검사하기 위한 전자 알약, 능동 구성요소를 갖는 수술 디바이스, 안과용 디바이스 등일 수 있다.
전기활성 생의학 디바이스의 사용자의 조직의 영역에서의 산소의 수준을 향상시키기 위한 생체적합성 디바이스의 형성을 위한 실시 형태, 형성 방법, 형성 장치를 예시하기 위해 특정 예들이 설명되었다. 이러한 예들은 예시를 위한 것이며, 임의의 방식으로 청구범위의 범주를 제한하고자 의도되지 않는다. 따라서, 본 설명은 당업자에게 명백할 수 있는 모든 실시 형태를 포괄하고자 한다.
Claims (29)
- 콘택트 렌즈로서,
상기 콘택트 렌즈의 사용 동안 사용자의 각막에 근접하여 배치되는 아치형 후방 표면을 갖는, 상기 콘택트 렌즈의 형상으로 성형되는 하이드로겔 스커트(hydrogel skirt);
삽입체(insert)로서, 기체 불투과성이며 그의 몸체를 통한 유체 유동에 불투과성이고, 상기 하이드로겔 스커트 내에 봉지되고, 그의 위에 장착된 하나 이상의 구성요소들을 포함하는 상기 삽입체;
상기 콘택트 렌즈의 사용 동안 상기 삽입체의 표면과 사용자의 각막 사이에 있는 상기 하이드로겔 스커트의 부분인 상기 하이드로겔 스커트의 제1 영역; 및
상기 제1 영역과 접촉 상태에 있는 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 수단을 포함하는, 콘택트 렌즈. - 제1항에 있어서, 상기 제1 영역과 접촉 상태에 있는 상기 유체 내의 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 상기 수단은 적어도 상기 삽입체 내의 제1 포어(pore)를 포함하고, 상기 포어는 상기 삽입체의 상기 몸체를 가로지르는, 콘택트 렌즈.
- 제2항에 있어서, 상기 포어는 상기 삽입체 내의 챔버 내에 위치된 스페이서(spacer)의 몸체를 가로지르는, 콘택트 렌즈.
- 제2항에 있어서, 상기 포어는 실리콘 함유 재료로 백필(back-fill)되는, 콘택트 렌즈.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 포어는 상기 삽입체의 상기 몸체를 가로지르는 복수의 포어들 중 하나인, 콘택트 렌즈.
- 제5항에 있어서, 상기 복수의 포어들은 상기 실리콘 함유 재료로 백필되는, 콘택트 렌즈.
- 제1항에 있어서, 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 상기 수단은 흡수 재료의 층을 포함하고, 상기 흡수 재료는 산소 기체를 흡수하는, 콘택트 렌즈.
- 제7항에 있어서, 상기 흡수 재료는 헤모글로빈(hemoglobin)을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제7항에 있어서, 상기 흡수 재료는 헤모사이아닌(hemocyanin)을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제7항에 있어서, 상기 흡수 재료는 포르피린계(porphyrin based) 재료를 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제7항에 있어서, 상기 흡수 재료는 금속 유기 골격 분자종을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제1항에 있어서, 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 상기 수단은 매설된 전기활성 방출 구조물을 포함하고, 여기서, 용기 내에 저장된 산소가 전기 신호 시에 방출되는, 콘택트 렌즈.
- 제12항에 있어서, 상기 전기 신호는 전류로 하여금 금속 포일의 커버를 용융시키게 하는, 콘택트 렌즈.
- 제1항에 있어서, 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 상기 수단은 전기활성 산소 발생기를 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제14항에 있어서, 전기 신호가 상기 전기활성 산소 발생기로 하여금 산소 함유 화학물질을 포함하는 유체를 방출하여 촉매 표면과 상호작용하여 산소 기체를 방출하게 하는, 콘택트 렌즈.
- 제15항에 있어서, 상기 전기활성 산소 발생기는 과산화수소를 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제16항에 있어서, 상기 전기 신호는 전류로 하여금 금속 포일 층을 용융시키게 하는, 콘택트 렌즈.
- 제1항에 있어서, 산소 수준을 향상시키는 상기 콘택트 렌즈 내의 상기 수단은 펌프를 포함하고, 상기 펌프는 상기 하이드로겔 스커트의 상기 제1 영역에 근접하는 누액의 움직임을 야기하는, 콘택트 렌즈.
- 제18항에 있어서, 상기 누액은 상기 하이드로겔 스커트 내에 형성된 채널들 내에서 이동하는, 콘택트 렌즈.
- 제19항에 있어서, 상기 채널들은 상기 채널들을 통한 제1 방향의 유동에 유리하도록 형상화되는, 콘택트 렌즈.
- 제20항에 있어서, 상기 펌프는 전기활성 요소를 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제21항에 있어서, 상기 전기활성 요소는 압전 기반 트랜스듀서 또는 전기활성 중합체 기반 트랜스듀서 중 하나 이상을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제20항에 있어서, 상기 펌프는 펌핑 작용과의 연계를 위해 사용자의 안검과 상호작용하는 하이드로겔 스커트 재료의 융기된 부분(raised portion)을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 제18항에 있어서, 상기 펌프는 펌핑 작용과의 연계를 위해 사용자의 안검과 상호작용하는 하이드로겔 스커트 재료의 융기된 부분을 포함하는, 콘택트 렌즈.
- 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 상기 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법으로서,
콘택트 렌즈 삽입체를 통하여 포어를 형성하는 단계;
상기 포어를 실리콘 함유 중합체로 백필하는 단계; 및
상기 콘택트 렌즈 삽입체를 포함하는 상기 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈의 사용 동안, 상기 실리콘 함유 중합체를 갖는 상기 포어를 통하여 상기 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 산소가 확산하는, 방법. - 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 상기 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법으로서,
상기 콘택트 렌즈의 몸체 내에 산소 흡수 재료의 층을 형성하는 단계;
상기 콘택트 렌즈를 높은 산소 부분압을 갖는 주변에 배치하는 단계; 및
상기 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈의 사용 동안, 상기 흡수 재료로부터 상기 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 산소가 확산하는, 방법. - 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 상기 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법으로서,
상기 콘택트 렌즈의 몸체 내에 복수의 전기활성 산소 함유 구조물들을 형성하는 단계; 및
상기 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈의 사용 동안, 전기 신호들의 프로그래밍이 제1 전기활성 산소 함유 구조물에 대한 전기 신호들을 제공하고, 상기 제1 전기활성 산소 함유 구조물들에 대한 상기 전기 신호는 산소로 하여금 상기 전기활성 산소 함유 구조물로부터 상기 콘택트 렌즈 아래의 누액의 영역으로 확산하게 하는, 방법. - 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 상기 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법으로서,
상기 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내에 복수의 채널들을 형성하는 단계;
상기 콘택트 렌즈의 상기 하이드로겔 스커트의 상기 아치형 후방 곡면 영역 내의 제1 확장된 채널 위에 하이드로겔 스커트의 융기된 영역을 형성하는 단계; 및
상기 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈의 사용 동안, 상기 사용자의 안검은, 하이드로겔 스커트의 상기 융기된 영역이 상기 하이드로겔 스커트의 상기 아치형 후방 곡면 영역 내의 상기 제1 확장된 채널을 압축하는 것을 강제하고, 상기 압축은 누액으로 하여금 상기 콘택트 렌즈 아래로 이동하게 하고, 상기 콘택트 렌즈는 내부에 장착된 하나 이상의 구성요소들을 포함하는 삽입체를 포함하는, 방법. - 사용자가 콘택트 렌즈를 착용할 때 상기 사용자의 각막에서의 산소 수준을 향상시키는 방법으로서,
상기 콘택트 렌즈의 렌즈 삽입체에 고정식으로 부착된 압전세라믹(piezoceramic) 재료의 층을 포함하는 전기활성 펌프를 형성하는 단계;
상기 콘택트 렌즈의 하이드로겔 스커트의 아치형 후방 곡면 영역 내에 복수의 채널들을 형성하는 단계;
상기 콘택트 렌즈의 상기 하이드로겔 스커트의 상기 아치형 후방 곡면 영역 내에, 상기 전기활성 펌프에 근접하여 놓이는 제1 확장된 채널을 형성하는 단계; 및
상기 콘택트 렌즈를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈의 사용 동안, 전기 신호들의 프로그래밍이 상기 전기활성 펌프에 대한 전기 신호들을 제공하고, 상기 전기활성 펌프에 대한 전기 신호는, 상기 전기활성 펌프가 상기 하이드로겔 스커트의 상기 아치형 후방 곡면 영역 내의 상기 제1 확장된 채널을 압축하는 것을 강제하고, 상기 압축은 누액으로 하여금 상기 콘택트 렌즈 아래로 이동하게 하는, 방법.
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