В последнее время контактные линзы становятся основным средством коррекции зрения.
Оно и понятно, это удобно, это предоставляет полный обзор (а не обрезанный по периферии как у очков), их не нужно поправлять (по крайней мере не так часто как очки), и вообще вести активный образ жизни.
Год от года линзы становятся всё более удобными и безопасными, и линзы выпущенные всего лишь 10 лет назад, не идут ни в какое сравнение, с тем, что производится теперь. Но, как и бывает с любым продуктом прогресса, зачастую мы не знаем как они производятся. Давайте вкратце рассмотрим методы производства, но для лучшего понимания процесса технического, рассмотрим виды существующих контактных линз.Виды контактных линз
В целом своём, контактные линзы разделяют на две группы (по степени жёсткости):
— Мягкие;
— Жёсткие.
Жёсткие контактные линзы
Жесткие линзы изобретены ещё в 1888 году (Швейцарским офтальмологом Адольфом Фиком, хотя чертежи нечего подобного были найдены ещё у Леонардо да Винчи, но первые «рабочие» прототипы созданы именно Фиком). Их используют для коррекции зрения в тяжёлых случаях (такие, как астигматизм), а также ортокератология (изменение формы роговицы по средствам специальной линзы).
За счёт жёсткости своей жёсткости и формы, применение данных линз может максимально усилить остроту зрения. Основной недостаток — жёсткие линзы гораздо чаще мягких, вызывают раздражение глаз.
Мягкие контактные линзы
Мягкие линзы изобрели в 1960 году (Отто Вихтерлем и Драгославам Лимом, из Чехославакии), и с того времени на них перешли 90% обладателей контактных линз на планете. «Мягкими» их назвали из-за главного полимера в их составе. Он обладает необычной способностью поглощать воду (до 38% от своей массы) и в насыщенном состоянии становится очень мягким и эластичным. В дальнейшем происходило совершенствование этого полимера.
И теперь мягкие линзы, подразделяют на 3 класса (по названию полимера входящего в их состав):
— Гидрогелевые (изобретены в 1970-х годах);
— Силикон-гидрогелевые (изобретены в 1999 году);
— Водоградиентные (презентованы в 2016 году);
Силикон-гидрогелевые линзы помимо своей высокой эластичности, стали проницаемы для кислорода (хотя правильнее сказать роговица по средствам жидкости линзы получает необходимый кислород, в любом случае для мягких линз это был «прорыв»).
Роговица не имеет собственных кровеносных сосудов, а обеспечение кислородом и питательными веществами происходит из краевой сосудистой сети (в случае с кислородом, ещё частично и от окружающей среды), которая расположена по периферии роговицы (в так называемой области лимба). И основная проблема линз это создание кислородного голодания роговицы (по-научному — гипоксия), ведь линза как раз и закрывает роговицу, которая не получает нужный ей кислород в нужной мере. Гипоксия же стимулирует выработку специальных веществ, которые в свою очередь, вызывают рост старых и появление новых сосудов, которые должны будут скомпенсировать нехватку кислорода (неоваскуляризация).
Однако вместе с новыми сосудами на роговицу будет нарастать плотная фиброзная ткань. Она позволяет организму быстрее залечить повреждения. Вот только эта фиброзная ткань не прозрачная. И это впоследствии может проявляться зрительными помехами (непонятная пелена перед глазами), ухудшением зрения (вплоть до полной его потери). Поэтому врачи рекомендуют внимательно относится к выбору линз, и тем более советуют не оставлять их на ночь (именно это стало одной из причин подстегнувших создание однодневных линз).
В прочем, силикон-гидрогелевые линзы стали первыми линзами пригодными для непрерывного применения в течении достаточно длительного времени (от 7 суток до 30 суток), связанно это с более медленным испарением воды с поверхности линзы, и роговица дольше остаётся увлажнённой.
Следующим шагом в развитии мягких линз стали водоградиентные линзы. Исследователи ставили задачу объединить высокую проницаемость линзы для кислорода и высокое содержание в ней влаги. И это у них получилось. Содержание влаги у таких линз в 2-3 раза выше чем у лучших силикон-гидрогелевых аналогов, а толщина приблизилась к рекордным 80 микрометрам (люди до этого носившие линзы других типов, описывали, что водоградиентные линзы почти не ощущаются).
Методы изготовления контактных линз
В медицинской промышленности сейчас используются следующие методы производства:
— Центробежное формование;
— Точение;
— Литьё;
— Прессование;
Помимо вышеперечисленных, применяются приёмы производства сочетающие в себе некоторые вышеперечисленные методы.
Центробежное формование
Самый первый способ изготовления мягких линз, изобретённый сотрудниками Института макромолекулярной химии города Прага в 1960 году (собственно, как и сами мягкие линзы). Метод, в прочем, применяется и в наше время. Его суть проста, она заключается в том, что вращающаяся с определённой скоростью нужная порция жидкости постепенно затвердевает.
На первом этапе, жидкий мономер помещается в специальную форму (представляющую собой цилиндр с вогнутым дном) которая далее начинает вращаться. Под воздействием центробежных сил, жидкий мономер растекается внутри формы. За счёт того, что в форме находится определённое количество мономера, он вращается с определённой скоростью и всё это происходит при определённой температуре, мономер затвердевает в нужной форме (полимеризуется, или по-простому превращается в твёрдый полимер). Часто более быстрого затвердевания добиваются применением ультрафиолетовых лучей.
Затвердевшую полимерную заготовку достают из формы, и проводят её гидратирование. Если вкратце, это процесс насыщения водой (впитывания) до нужной концентрации. Основная сложность гидратирования это то, что после гидратирования размеры линз будут другими, нежели изначально, поэтому проводят предварительный расчет изменения геометрических размеров контактной линзы.
Затем следует компьютерный фотоконтроль (размера, формы, качества полировки и т.д.), после чего наступает этап стерилизации. В процессе стерилизации поверхность линз очищается от всех микроорганизмов которые «поселились» на линзе в процессе обработки исходной полимерной заготовки. Обычно применяют всё тоже ультрафиолетовое излучение (изредка микроволновое), но могут применять и химические вещества (что-нибудь на основе перекиси водорода), ну или старый проверенный способ – нагреть линзу до 120 градусов, и немного подождать.
После стерилизации, контактные линзы останется только затонировать в нужный цвет (если необходимо), упаковать и промаркировать упаковку. Готовые упаковки с контактными линзами хранят в герметичных контейнерах, при постоянной температуре. Но и на этом не всё, определённая часть от процента всех готовых линз направляется в лабораторию, для более детального контроля качества, и если всё отлично, то вся партия уходит на продажу.
Контактные линзы, полученные центробежным формованием, имеют асферическую заднюю поверхность (не сферическая, а её форма зависит в основном от действующей на неё центробежной силы в процессе затвердевания в формочке). Центробежное формование — самый дешёвый в метод производстве. Можно получить мягкие контактные линзы с тонким внешним краем и не плохими показателями.
Точение
Метод подходит для производства как мягких, так и жёстких линз (например с высокими оптическими характеристиками).
Затвердевание мономера происходит в формах не подвергающихся вращению. После застывания, заготовки поступают на токарный станок управляемый компьютером, где с помощью специально разработанного программного обеспечения, можно получить линзы со сложной геометрической формой (например с несколькими радиусами кривизны). При этом требуется поддержание постоянных условий окружающей среды (температура +22 градуса, относительная влажность 45 %).
После токарной обработки, для придания поверхностям необходимой гладкости, линзы отправляются на полировку. Затем линзы гидратируются, проходят химическую очистку, контроль качества, если требуется тонироваться, и проходят стерилизацию.
Но этот метод примерно в 4-5 раз дороже центробежного формования.
Литьё
Литьё (называемый ещё «полимеризация в форме») менее затратный метод, нежели точение. В начале отливается металлическая форма-матрица (уникальная для каждого набора линз), по ней отливаются полимерные формы-копии, в которые позже заливают мономер. Он затвердевает при помощи ультрафиолетовых лучей. Полученный твёрдый полимер отправляется на полировку, и в зависимости от требуемой жёсткости – гидратируется. А после, аналогично остальным методикам производства — тонировка, контроль качества, стерилизация, упаковывание и маркировка.
С изобретением силикон-гидрогелевых контактных линз, после литья в форму, начали применять плазменную (линзу помещают в специальную жидкость, через которую пропускают электрический ток определённого типа) полировку. Это позволяет увеличить будущую смачиваемость линзы.
В настоящее время литьём производят мягкие контактные линзы плановой замены, и примерно половину одноразовых (однодневных) линз.
Прессование
Изредка применяется уже не особо популярный метод производства, такой как прессование. Этот метод напоминает литьё, вот только не жидкий мономер заливается в форму, а уже затвердевшая полимерная «болванка» прессуется специально подготовленными пресс-формами (сухое прессование), или же прессуют сразу «болванку» прошедшую гидратизацию
Смешанные методы
Наиболее распространённым из смешанных методов является т.н.» Реверсивный процесс III». В нём переднюю поверхность линзы изготавливают центробежным формованием, а заднюю — точением.
Это всё способствует тому, что передняя поверхность выходит предельно гладкой (а это удобство ношения), а задняя (прилегающая непосредственно к роговице) – с любой достаточно сложной геометрической формой.
В итоге, этим методом изготовляются контактные линзы самых сложных форм. Также плюсом является хорошая кислородопроницаемость линз. Из минусов следует назвать более долгий процесс изготовления (по времени), и более высокую стоимость производства.
Перспективные типы контактных линз
В наше время почти доведён до выпуска опытных образцов новый тип линз, получивших название «Бионические контактные линзы». Конечно это будет следующий шаг в эволюции контактных линз, ведь в состав линзы будут включены сверх малые электронные схемы. Но и как с современными линзами, бионические линзы будут как медицинского характера (коррекция зрения), так и развлекательно-профессионального характера (электронный дисплей в глазу). В случае с медицинским характером применения, электроникой даже можно будет «подправить» дефекты линзы (скажем из-за неточного снятия топографии глаза пациента).
Но производство бионических линз также потребует принципиально нового подхода к их производству. Если с самими линзами методы производства уже отработаны, то с электронной начинкой сложнее. На первом этапе изготавливают электронные схемы собранные из металлических пластинок толщиной в несколько нанометров (1 миллиметр это 1 миллион нанометров). С другой стороны светодиоды планируются толщиной всего в одну треть миллиметра, и нанести их пинцетом явно будет не просто, поэтому их «порошком» напыляют на поверхность линзы. Для размещения столь миниатюрных составляющих применяется метод, названный микрофабрикация или самоорганизующаяся сборка.
В заключение
К сожалению, до конечного результата ещё далеко. Сейчас завершена стадия поиска материалов которые не будут раздражать глаз пользователя, а также изучается сам факт непосредственного нахождения излучающего светодиода на поверхности глаза. О стоимости такой «новинке» говорить тоже пока рано, но ясно, что первые прототипы будут весьма дороги.