Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

В настоящем документе описаны способы и аппаратура для увеличения концентрации кислорода в месте соприкосновения усовершенствованного офтальмологического устройства с глазами пользователя. В некоторых вариантах осуществления способы и аппаратура для увеличения концентрации кислорода включают формирование пор, которые не искажают изображение, воспринимаемое через офтальмологическое устройство. Некоторые варианты осуществления включают хранение кислорода. В некоторых вариантах осуществления применяется движение жидкостей, содержащих кислород. В некоторых вариантах осуществления область применения для способов и аппаратуры может включать в себя любое офтальмологическое устройство или продукт, использующие встроенное вставное устройство.

2. Обсуждение предшествующего уровня техники

В последнее время число медицинских устройств и их функциональных возможностей быстро растет. Значительный прогресс был достигнут в области офтальмологии, когда в офтальмологические линзы были включены электроактивные функции. Некоторые варианты осуществления этих устройств могут включать в себя такие компоненты, как полупроводниковые элементы, которые выполняют множество функций. Однако такие полупроводниковые компоненты нуждаются в энергоснабжении, поэтому в такие биосовместимые устройства также могут быть включены элементы питания. Форма и относительно небольшие размеры биосовместимых устройств создают новые и сложные условия для определения различных функциональных возможностей. Во многих вариантах осуществления может быть важным обеспечить безопасные, надежные, компактные и экономически эффективные средства, содержащие вставное устройство, для содержания электроактивных компонентов и элементов энергоснабжения в биосовместимых устройствах. Для этих вставных устройств может потребоваться предотвратить распространение различных материалов в их корпус. Совокупный эффект может заключаться в уменьшении способности кислорода находиться на поверхности глаза под офтальмологическим устройством. Таким образом, существует потребность в новых вариантах осуществления усовершенствованных офтальмологических устройств для увеличения переноса кислорода в область вблизи поверхности глаза.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, в данном документе раскрыты способы и аппаратура для увеличения уровней кислорода (который также может быть назван газообразным кислородом или молекулами кислорода), присутствующего в области между задней поверхностью используемого офтальмологического устройства и глазом пользователя.

Роговица получает кислород из воздуха и внутриглазной жидкости. Внутриглазная жидкость - это фильтрат крови, который по существу является кровью без красных кровяных клеток. Она прозрачная и обеспечивает питательными веществами как роговицу, так и хрусталик. Цилиарное тело продуцирует внутриглазную жидкость с помощью цилиарных отростков. Прекорнеальная слезная пленка состоит из трех слоев. Внешний слой - это поверхностный липидный слой, внутренний слой - муциновый слой, а средний слой, на который приходится девяносто восемь процентов слезной пленки, является слезной жидкостью или водянистым слоем. Средний слой отвечает за поглощение кислорода для поддержания метаболизма роговицы. Преимущественно кислород из воздуха диффундирует в слезную жидкость и переносится в роговицу путем осмоса.

Здоровой роговице требуется как кислород, так и питательные вещества, которыми снабжают выше описанные механизмы. Современные контактные линзы из силиконового гидрогеля обеспечивают достаточную передачу кислорода из воздуха к роговице. Однако усовершенствованные контактные линзы, такие как электронные линзы, содержат герметизированные вставки, которые могут потенциально ограничивать перенос кислорода. Соответственно, настоящее изобретение относится к различным средствам для обеспечения передачи достаточного количества кислорода к роговице. В одном варианте осуществления диффузионные поры в корпусе герметизированной вставки способствуют диффузии кислорода через корпус вставки. В другом варианте осуществления линза может быть сконструирована с возможностью сохранения повышенного уровня кислорода в корпусе линзы при помощи различных материалов или с использованием емкостей для хранения или удерживания. В еще одном варианте осуществления могут быть использованы пассивные и активные механизмы нагнетания для перемещения обогащенных кислородом жидкостей вокруг разных участков глаза.

В некоторых примерах представлена контактная линза, содержащая юбку гидрогеля, отлитую в форме контактной линзы, с дугообразной задней поверхностью, расположенной вблизи роговицы пользователя во время использования контактной линзы. Контактная линза также включает вставку, которая является газонепроницаемой, а также непроницаемой для протекания жидкости через ее корпус. Вставка герметизирована внутри юбки гидрогеля. Также вставка содержит один или более компонентов, установленных на ней. Контактная линза имеет первую область юбки гидрогеля, причем первая область юбки гидрогеля представляет собой тот участок юбки гидрогеля, который во время использования контактной линзы находится между поверхностью вставки и роговицей пользователя. Типичная контактная линза также включает в себя средство для увеличения уровней кислорода в жидкости, находящейся в контакте с первой областью.

В некоторых примерах средство в контактной линзе, предназначенное для увеличения уровней кислорода в жидкости, находящейся в контакте с первой областью, содержит, по меньшей мере, первую пору, пересекающую корпус вставки. В некоторых примерах пора пересекает корпус разделителя, расположенного внутри камеры вставки. В некоторых примерах пора заполнена силиконсодержащим материалом. В некоторых примерах первая пора представляет собой одну из множества пор, которые пересекают корпус вставки. В некоторых примерах множество пор заполнены силиконсодержащим материалом.

В некоторых примерах средство в контактной линзе, предназначенное для увеличения уровней кислорода в жидкости, находящейся в контакте с первой областью, содержит слой абсорбирующего материала, причем абсорбирующий материал поглощает газообразный кислород. В некоторых примерах абсорбирующий материал содержит гемоглобин. В некоторых примерах абсорбирующий материал содержит гемоцианин. В некоторых примерах абсорбирующий материал содержит материал на основе порфирина. В некоторых примерах абсорбирующий материал содержит соединения с металлоорганической каркасной структурой.

В некоторых примерах средство в контактной линзе, предназначенное для увеличения уровней кислорода внутри жидкости, находящейся в контакте с первой областью, содержит встроенную электроактивную высвобождающую структуру, с помощью которой кислород, хранящийся в емкости, высвобождается по электрическому сигналу. В некоторых примерах при подаче электрического сигнала электрический ток расплавляет покрытие из металлической фольги.

В некоторых примерах средство в контактной линзе, предназначенное для увеличения уровней кислорода внутри жидкости, находящейся в контакте с первой областью, содержит электроактивный генератор кислорода. В некоторых примерах при подаче электрического сигнала электроактивный генератор кислорода высвобождает жидкость с кислородсодержащим химическим веществом, которое взаимодействует с каталитической поверхностью и выделяет газообразный кислород. В некоторых примерах электроактивный генератор кислорода содержит перекись водорода. В некотором примере при подаче электрического сигнала электрический ток расплавляет слой металлической фольги.

В некоторых примерах средство в контактной линзе, предназначенное для увеличения уровней кислорода в жидкости, находящейся в контакте с первой областью, содержит насос, который вызывает перемещение слезной жидкости вблизи первой области юбки гидрогеля. В некоторых примерах слезная жидкость перемещается по каналам, сформированным в юбке гидрогеля. В некоторых примерах каналы выполнены в форме, которая содействует движению потока через каналы в первом направлении. Насос может содержать электроактивный элемент, который в некоторых примерах может быть одним или более пьезоэлектрическими преобразователями или преобразователями на основе электроактивного полимера. В некоторых примерах насос может содержать выступающий участок материала юбки гидрогеля, который взаимодействует с веком пользователя для активации насосного действия.

Один общий аспект включает в себя способы, которые увеличивают уровни кислорода на поверхности роговицы пользователя при использовании контактной линзы. Эти способы могут включать формирование поры, проходящей сквозь вставку контактной линзы. Далее, способ может включать заполнение поры полимером, содержащим силикон, и получение контактной линзы, содержащей вставку, в которой во время использования контактной линзы кислород диффундирует через пору с силиконсодержащим полимером в область слезной жидкости под контактной линзой.

Другой общий аспект включает способы, которые увеличивают уровни кислорода на поверхности роговицы пользователя при использовании контактной линзы. Этот способ включает формирование в корпусе контактной линзы слоя материала, поглощающего кислород. Способ также включает размещение контактной линзы в среде с высоким парциальным давлением кислорода. Далее, способ дополнительно включает получение контактной линзы, в которой во время использования кислород диффундирует из абсорбирующего материала в область слезной жидкости под контактной линзой.

Другой общий аспект включает способы, которые увеличивают уровни кислорода на поверхности роговицы пользователя при использовании контактной линзы. Способ включает в себя формирование множества электроактивных кислородсодержащих структур в корпусе контактной линзы и получение контактной линзы, в которой во время использования программирование электрических сигналов обеспечивает подачу электрических сигналов на первую электроактивную кислородсодержащую структуру, причем электрический сигнал, подаваемый на первую электроактивную кислородсодержащую структуру, вызывает диффузию кислорода из электроактивной кислородсодержащей структуры в область слезной жидкости под контактной линзой.

Другой общий аспект включает способы, которые увеличивают уровни кислорода на поверхности роговицы пользователя при использовании контактной линзы. Способ включает формирование множества каналов в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля контактной линзы. Способ также включает формирование выступающей области юбки гидрогеля над первым увеличенным каналом в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля контактной линзы и получение контактной линзы, причем во время ее использования веко пользователя заставляет выступающую область юбки гидрогеля сдавливать первый увеличенный канал в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля, причем сдавливание заставляет слезную жидкость перемещаться под контактной линзой, которая содержит вставку с одним или более компонентами, установленными внутри нее.

Другой общий аспект включает способы, которые увеличивают уровни кислорода на поверхности роговицы пользователя при использовании контактной линзы. Способ включает в себя формирование электроактивного насоса, содержащего слой пьезокерамического материала, жестко прикрепленного к вставке контактной линзы. Способ также включает формирование множества каналов в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля контактной линзы. Способ дополнительно включает формирование первого увеличенного канала в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля контактной линзы, причем увеличенный канал расположен вблизи электроактивного насоса, и получение контактной линзы, в которой во время использования программирование электрических сигналов обеспечивает подачу электрических сигналов на электроактивный насос, причем электрический сигнал на электроактивный насос заставляет электроактивный насос сдавливать первый увеличенный канал в дугообразной задней криволинейной области юбки гидрогеля и это сдавливание вызывает перемещение слезной жидкости под контактной линзой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Вышеизложенные и прочие признаки и преимущества изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, показанных на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1А-1В проиллюстрированы типичные аспекты контактных линз со вставками, электроактивными компонентами и элементами энергоснабжения.

На фиг. 1С-1D проиллюстрированы типичные аспекты контактной линзы при использовании на глазу пользователя с фокусировкой на область под вставкой над глазом пользователя в поперечном сечении.

На фиг. 2А проиллюстрированы типичные аспекты двухкамерной электроактивной оптической системы внутри вставки и юбки гидрогеля в поперечном сечении.

На фиг. 2В проиллюстрирован процесс прорезания типичного сквозного отверстия в типичном вставном устройстве в поперечном сечении.

На фиг. 2С проиллюстрировано в поперечном сечении типичное заполнение гидрогелем сквозного отверстия в типичном вставном устройстве.

На фиг. 2D проиллюстрировано типичное размещение сквозных отверстий в корпусе типичной усовершенствованной контактной линзы.

На фиг. 2Е проиллюстрированы в поперечном сечении многослойная вставка и юбка гидрогеля с рифлеными сквозными отверстиями.

На фиг. 3А проиллюстрировано типичное включение материала, поглощающего кислород, в корпус типичной усовершенствованной контактной линзы.

На фиг. 3В проиллюстрированы типичные элементы с электронным управлением для удержания кислорода в корпусе типичной усовершенствованной контактной линзы.

На фиг. 4А проиллюстрирован типичный электроактивный механизм нагнетания в корпусе типичной усовершенствованной контактной линзы в поперечном сечении.

На фиг. 4В показан вид сверху типичного электроактивного механизма нагнетания в корпусе типичной усовершенствованной контактной линзы.

На фиг. 5 проиллюстрирована типичная система пассивных каналов, которая при взаимодействии с движением век способствует перемещению жидкости под типичной усовершенствованной контактной линзой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этой заявке раскрыты способы и аппаратура для увеличения уровней кислорода в области между офтальмологической контактной линзой и поверхностью глаза пользователя. В некоторых примерах юбка гидрогеля, используемая для окружения электроактивной вставки и обеспечивающая различные функции, относящиеся к электроактивной контактной линзе, сама по себе может быть хорошей средой, способствующей переносу кислорода вокруг области, которая пересекает контактную линзу. Следовательно, в областях контактной линзы со встроенной вставкой, которые находятся на периферии корпуса вставки, может быть очень хорошая транспортировка кислорода из воздуха или окружающей среды к поверхности глаза пользователя. В некоторых примерах природа состава, толщины и конструкции юбки гидрогеля может быть полезной при реализации контактной линзы, при использовании которой достаточное количество кислорода присутствует на поверхности глаза пользователя. В других примерах другие элементы контактных линз могут быть важны для обеспечения достаточных уровней кислорода в области между задней поверхностью контактной линзы и верхней поверхностью глаза пользователя, где промежуточная область может также содержать слезную жидкость пользователя.

Определения

В описании и представленной ниже формуле изобретения могут использоваться различные термины, для которых применяются приведенные ниже определения.

В настоящем документе термин «биосовместимый» относится к материалу или устройству, которые функционируют в конкретном приложении при соответствующем отклике носителя. Например, биосовместимое устройство не оказывает токсических или травмирующих воздействий на биологические системы.

В настоящем документе термин «покрытие» относится к нанесению тонких слоев материала. В ряде видов применения этот термин будет относиться к тонкому нанесенному слою, который по существу покрывает поверхность подложки, на которой он образован. В других, более специализированных видах применения этот термин может применяться для описания небольших тонких нанесенных слоев на меньших областях поверхности.

В настоящем документе термин «с электропитанием» относится к состоянию способности подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри.

В настоящем документе термин «энергия» относится к способности физической системы выполнять работу. Многие варианты применения элементов энергоснабжения могут относиться к способности выполнять электрические действия.

В настоящем документе термин «источник энергии», или «элемент энергоснабжения», или «устройство энергоснабжения», относится к любому устройству или слою, которые выполнены с возможностью снабжать энергией или переводить логическое или электрическое устройство в состояние с электропитанием. Элементы энергоснабжения могут содержать элементы батареи. Батареи могут быть изготовлены из гальванических элементов щелочного типа и могут представлять собой твердотельные батареи или батареи жидкостных элементов.

В настоящем документе термин «пленка» относится к тонкому слою материала, который может служить укрывающим слоем или покрытием; в ламинатных структурах пленка, как правило, почти равнозначна плоскому слою, имеющему верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и тело, причем тело, как правило, гораздо тоньше, чем объем слоя.

В настоящем документе термин «форма для литья» относится к жесткому или полужесткому объекту, который можно применять для формирования трехмерных объектов из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают две части формы для литья, которые при соединении друг с другом образуют конструкцию трехмерного объекта.

Типичная конструкция биомедицинского устройства с герметизированными вставками

Примером биомедицинского устройства, которое может содержать вставку с элементами энергоснабжения и электроактивными элементами, может являться электроактивная контактная линза с регулировкой фокусных характеристик. На фиг. 1А в качестве примера вставки для такой контактной линзы показана вставка 100 для контактной линзы. Во вставке 100 для контактной линзы может находиться электроактивный элемент 120, который может изменять фокусные характеристики в ответ на управляющие сигналы напряжения. Цепь 105 для обеспечения этих сигналов управляющего напряжения, а также для обеспечения других функций, таких как контроль окружающей среды на предмет внешних управляющих сигналов с помощью датчика, может получать электропитание от элемента энергоснабжения, такого как биосовместимый аккумуляторный элемент 110. Как изображено на фиг. 1А, элемент энергоснабжения может состоять их множества основных частей, в данном случае из трех частей, и может содержать различные конфигурации элементов. Элементы энергоснабжения могут иметь различные соединительные элементы для соединения частей, которые могут быть отображены ниже области межкомпонентного соединения 114. Элементы энергоснабжения могут быть соединены с элементом цепи, который может иметь свою подложку 111, на которой могут быть расположены соединительные элементы 125. Цепь 105, которая может быть в форме интегральной схемы, может быть электрически и физически подключена к подложке 111 и ее соединительным элементам 125.

На фиг. 1В показано, что рельеф в поперечном сечении контактной линзы 150 может содержать вставку 100 контактной линзы и ее описанные выше компоненты. Вставка 100 контактной линзы может быть герметизирована в юбку гидрогеля 155 контактной линзы, который может герметизировать вставку и обеспечивать комфортное соприкосновение контактной линзы 150 с глазом пользователя.

На фиг. 1С показан рельеф фиг. 1В в поперечном сечении при наложении на глаз 170 пользователя. На поверхности глаза пользователя могут быть области, например область 190, которые могут лежать под областью линзы, содержащей вставку. Кроме того, на поверхности глаза пользователя могут быть области, например область 180, которые могут находиться только под юбкой гидрогеля. В некоторых примерах уровень оксигенации в области слезной жидкости и поверхностной ткани может быть ниже в области 190, чем в области 180, вследствие затрудненной диффузии кислорода из окружающего газа, который может находиться снаружи контактной линзы, к поверхности глаза пользователя. В этих примерах могут быть оправданы другие аспекты конструкции контактной линзы с герметизированной вставкой.

На фиг. 1D проиллюстрировано увеличенное поперечное сечение участка области 180 под вставкой. Показана поверхность глаза 181 пользователя или роговица. Над поверхностью глаза 181 пользователя естественным образом может возникнуть тонкий слой слезной жидкости 182, который поддерживает линзу. На другой стороне тонкого слоя слезной жидкости 182 может находиться часть юбки 183 гидрогеля. Форма юбки гидрогеля, которая находится вблизи роговицы или глаза пользователя, может быть названа дугообразной поверхностью, и эту поверхность можно также назвать задней поверхностью или задней криволинейной поверхностью, поэтому она может представлять собой дугообразную заднюю поверхность или дугообразную заднюю криволинейную поверхность. На фиг. 1D показано поперечное сечение края вставки 184 линзы. Поэтому проиллюстрирован слой переменной толщины юбки 185 линзы над вставкой 184 линзы. Область юбки гидрогеля под вставкой и связанная с ней часть слоя слезной жидкости под вставкой могут быть областью с пониженными уровнями кислорода из-за того, что вставка 184 линзы препятствует диффузии через свой корпус и глаз 181 пользователя потребляет кислород. Слезная жидкость 182 также может иметь пониженный уровень кислорода.

Диффузионные поры внутри корпуса герметизированной вставки.

На фиг. 2А показано поперечное сечение герметизированной вставки. В этом примере может быть найдена двухкамерная вставка. Наружный слой может образовывать верхнюю поверхность 211 вставки. И другой наружный слой может образовывать нижнюю поверхность 214 вставки. В некоторых примерах эти поверхности вставки могут иметь определенные конфигурации и формы, чтобы обеспечивать желаемые оптические эффекты структуры вставки, например увеличить мощность линзы. В примерах со множеством камер, как показано на фиг. 2А, может быть также сформирована промежуточная часть 217. Аналогично внешним слоям промежуточная часть 217 может иметь форму, связанную с оптическими эффектами структуры линзы. В некоторых примерах камеры могут иметь внутренние структуры, которые могут определять структурную высоту камеры в области. Эти структуры можно назвать разделителями. Первая камера 212 может иметь разделитель 213 первой камеры, а вторая камера 215 может иметь разделитель 216 второй камеры. В некоторых примерах расположение разделителей может быть не связано друг с другом, а также, как продемонстрировано в примере, они могут быть выровнены, что может позволить создать в их центре пору, которая проходит через весь корпус и выходит из каждой поверхности вставки. Разделители могут быть расположены в камерах в областях, которые находятся в оптической зоне офтальмологической линзы, где оптическая зона представляет собой участок линзы, где свет проходит через объект на своем пути к сетчатке пользователя. Если разделитель расположен в оптической зоне, он может взаимодействовать с проходящим через него лучом света, образуя изображение. Поэтому может быть важно, чтобы разделитель был минимального размера. В некоторых примерах размер может быть менее 100 мкм. В других примерах размер может быть менее 50 мкм. Далее, в других примерах размер может быть меньше 20 мкм.

Колонка разделителя может быть образована наложением разделителя 213 первой камеры на разделитель 216 второй камеры. На фиг. 2B проиллюстрирован процесс прорезания поры 221. В некоторых примерах пора может быть прорезана источником 220 лазерного излучения. Например, лазер на основе волокон из иттербия может быть сфокусирован для просверливания отверстий в материалах, таких как пластмассы, с размерами всего 10-20 мкм. Для создания поры, проходящей через верхнюю поверхность 211, разделитель 213 первой камеры, разделитель 216 второй камеры и через нижнюю поверхность 214, можно использовать любое оборудование для лазерного сверления. В некоторых примерах могут быть использованы другие способы создания поры, такие как фотолитография, для получения рисунка маски из фоторезиста с последующим процессом реактивного ионного травления через слои. Можно использовать любую методику, чтобы просверлить отверстие малого размера через вставные части.

Пора 221 может быть каналом, который позволяет кислороду диффундировать через вставку от передней части электроактивной линзы к ее задней части. Если пора находится в герметизированной линзе, диффузия слезной жидкости через пору вместе с растворенным кислородом в слезной жидкости может увеличить уровни кислорода вдоль тканей поверхности глаза пользователя под областью вставки линзы (как показано на фиг. 1C с отметкой 180). В некоторых примерах проницаемость кислорода в слоях гидрогеля может быть очень эффективной. На фиг. 2С слой 230 гидрогеля, используемый для герметизирования вставки линзы, может также заполнять пору 231 слоем гидрогеля. Кислород может диффундировать через слезную жидкость и гидрогель с передней поверхности через корпус линзы в слои гидрогеля на задней поверхности линзы и в конечном итоге в слой слезной жидкости между линзой и поверхностью глаза, где он может затем диффундировать в ткани глаза.

На фиг. 2D показан вид сверху вставки линзы с порами, просверленными сквозь корпус в различных местах. Как проиллюстрировано в примере, может быть пять (5) отверстий, прорезанных во вставном устройстве на элементах 271, 272, 273, 274 и 275. Фактическое количество пор может быть больше или меньше, чем проиллюстрировано, в зависимости от ряда факторов, включая такие факторы, как ухудшение качества воспринимаемого изображения через линзу по причине наличия пор и эффективность повышенных уровней кислорода в зависимости от расстояния от поры. Могут быть и другие факторы, которые влияют на конструкцию пор, а также их структуру и количество в корпусе вставки.

Может быть желательным формирование поры с диаметром приблизительно 20 мкм. Чтобы заполнить пору мономером гидрогеля, может потребоваться вакуумирование поры перед заполнением формы мономером вокруг вставки. Откачка газовой фазы вокруг и внутри поры будет способствовать лучшему заполнению мономером.

На фиг. 2Е показана типичная контактная линза в поперечном сечении. Юбка контактной линзы (в поперечном сечении 280, вид сзади 281) может окружать вставку. Вставка может иметь две камеры: первую камеру 283 и вторую камеру 284. Продемонстрированы сквозные отверстия, такие как типичное сквозное отверстие 282. Как проиллюстрировано на изображении, лазерное сверление может привести к получению отверстий с рифлением и более широким диаметром вблизи поверхности линзы.

Абсорбция и десорбция кислорода

Другим способом увеличения концентрации кислорода в пространстве между усовершенствованной контактной линзой и поверхностью глаза может быть сохранение повышенного уровня кислорода в корпусе линзы. Повышенный уровень может быть обеспечен в линзе путем хранения линзы в среде с избыточным давлением кислорода перед ее упаковкой. Здесь может быть добавлен ряд дополнительных материалов к слоям в линзе, которые дают возможность накапливать кислород из атмосферы с избыточным давлением. В идеале материалы, которые сохраняют кислород, будут выделять кислород при снижении его уровня в окружающей зоне. В других примерах хранящийся кислород может десорбироваться при таких воздействиях, как нагревание материала.

На фиг. 3А слой поглощающего материала 310 может быть включен в усовершенствованную контактную линзу. Общая структура вставки проиллюстрирована, как и на предыдущих изображениях, с включением верхней поверхности 211, первой камеры 212, разделителя 213 первой камеры, нижней поверхности 214, второй камеры 215 и разделителя 216 второй камеры. В некоторых примерах может присутствовать сквозное отверстие 221. В некоторых примерах абсорбирующий материал 310 может быть нанесен на поверхность вставки. В других примерах он может быть встроен в слой юбки гидрогеля в виде пленки или в качестве включенных разрозненных элементов. В некоторых примерах абсорбирующий материал 310 может являться синтетическими металлоорганическими фрагментами на основе природных молекул переноса кислорода или может представлять собой биологические молекулы переноса кислорода, такие как гемоглобин, гемоцианин, а также другой вид соединений на основе порфирина или соединений с металлоорганической структурой. Абсорбирующий материал 310 может содержать металлические соединения, такие как железо, медь и цирконий, в качестве неограничивающих примеров. Эти металлоорганические соединения могут быть интегрированы в слой гидрогеля и могут обратимо десорбировать кислород в слой гидрогеля. В некоторых примерах десорбцию можно стимулировать электрическим воздействием на слои абсорбирующего материала, таким как нагревание. Исходя из характера используемой окружающей среды, например при нагреве, воздействие может быть ограничено единовременной обработкой небольших областей абсорбирующего материала. Для выполнения аналогичной функции могут быть использованы другие подобные органические молекулы.

В других примерах абсорбирующий материал может содержать абсорбирующие частицы, такие как цеолиты, которые могут быть наполнены кислородом. Частицы могут поддерживать равновесный уровень кислорода в их среде. Поэтому, когда упаковка, содержащая усовершенствованное устройство контактных линз, открывается для использования, может произойти выделение кислорода и абсорбирующая частица может начать десорбировать кислород. В некоторых примерах абсорбирующий материал может содержать цеолиты различного состава, такие как натрий, церий, кремний и алюминий. В других примерах абсорбирующий/адсорбирующий материал может содержать полимеры и допированные полимеры, абсорбирующие кислород, такие как полимеры с ненасыщенными областями или фенольными областями в основной цепи. Полимеры могут быть допированы другими соединениями, такими как медь, в полиэфирной и полибутадиеновой структурах. Чрезмерное насыщение этих абсорбирующих частиц под высоким давлением, при высокой концентрации и/или под высоким парциальным давлением кислорода может привести к получению материала, который со временем будет высвобождать кислород при его низких уровнях, когда уровень кислорода в окружающей среде падает.

На фиг. 3В проиллюстрирована альтернативная, но родственная структура устройства. Общая структура вставки проиллюстрирована, как и на предыдущих изображениях, с включением верхней поверхности 211, первой камеры 212, разделителя 213 первой камеры, нижней поверхности 214, второй камеры 215 и разделителя 216 второй камеры. В некоторых примерах может присутствовать сквозное отверстие 221. Поверхность вставки может быть сформирована так, чтобы содержать ряд емкостей для удержания или образования кислорода, показанных как емкости 350. В некотором примере емкости 350 могут содержать сжатый кислород. Электрически управляемый элемент 360 высвобождения может быть сформирован на емкости, содержащей сжатый кислород, и по электрическому сигналу может выделять кислород. В некоторых примерах электрический сигнал может привести к расплавлению тонкой металлической фольги в процессе высвобождения хранящегося кислорода.

В других примерах емкость 350 может содержать отделенную область с кислородсодержащим соединением, таким как перекись водорода. Электрически контролируемый элемент 360 высвобождения в этих случаях может высвобождать перекись водорода, которая затем перемещается в другую область устройства, где она может взаимодействовать с каталитической поверхностью, такой как поверхность цеолитов, где перекись водорода может разлагаться на воду и выделяющийся кислород. В некоторых примерах емкость может быть закрыта мембраной, которая может способствовать диффузии кислорода, в то же время она может содержать другие компоненты, такие как каталитическая поверхность внутри емкости.

Электроактивный генератор кислорода или высвобождающая структура могут быть электрически запрограммированы для высвобождения в конкретное время после начала цикла использования. Поэтому большое количество этих элементов может быть медленно и регионально активировано для повышения уровней кислорода во время цикла использования в областях под вставкой современной контактной линзы.

Перемещение обогащенных кислородом жидкостей для улучшения оксигенации

Общая среда вокруг усовершенствованной контактной линзы во время ее использования имеет достаточный уровень кислорода. Однако в некоторых случаях препятствование диффузии через контактную линзу посредством герметичной вставки может быть связано с тем фактом, что тонкий слой слезной жидкости между поверхностью гидрогеля контактной линзы и поверхностью глаза не может значительно перемещаться для обмена с более обогащенными кислородом областями, расположенными на периферии области вставки. На практике слои гидрогеля могут обеспечивать эффективный перенос кислорода из периферийных областей в области, расположенные под вставкой, но ткань в этих областях может потреблять кислород довольно интенсивно. Таким образом, если может потребоваться повышенная транспортировка кислорода, возможно, будет полезно облегчить перемещение слезной жидкости под областью вставки в эту область и из нее.

Как показано на фиг. 4А и 4В, электроактивный насос 410 можно использовать для перемещения жидкости, в частности слезной жидкости вблизи поверхности глаза пользователя. Общая структура примера вставки проиллюстрирована на фиг. 4А, как и на предыдущих изображениях, включая верхнюю поверхность 211, первую камеру 212, разделитель 213 первой камеры, нижнюю поверхность 214, вторую камеру 215 и разделитель 216 второй камеры. В некоторых примерах может присутствовать сквозное отверстие 221. В качестве существенного отступления можно отметить, что, если материалы слезной жидкости и гидрогеля совпадают с точки зрения их показателя преломления, можно создать каналы 420 в гидрогеле, которые могут заполняться слезной жидкостью, но которые не могут создавать структуру с оптическим взаимодействием. В некоторых примерах (вид сверху) каналы могут быть сформированы так, чтобы включать элементы для направления потока, такие как откидные клапаны или профилированные поверхности, которые могут способствовать движению потока в определенном направлении. В некоторых примерах высота такого канала может быть менее чем приблизительно 20 мкм, а ширина может быть приблизительно 20-50 мкм. В других примерах высота такого канала может быть менее чем приблизительно 5 мкм. В других примерах высота такого канала может быть менее чем приблизительно 1 мкм. Допускаются многочисленные примеры высоты и ширины, выходящие за пределы этих типичных размеров.

Показан канал 430 для направления потока внутрь и канал 440 для выпуска потока наружу (вид сверху). Кроме того, в гидрогеле могут быть сформированы очень маленькие элементы, чтобы образовать эти каналы и аналог обратных клапанов в профиле каналов. Электроактивный насос 410 может содержать часть, которая расширяется или сжимается при подаче электрического сигнала, такую как пьезокерамический или пьезоэлектрический преобразователь, или электроактивный эластомер, или преобразователь на основе электроактивного полимера. За счет сжимания электроактивного тела 411 прикрепленный элемент 412 гидрогеля может перемещаться, открывая пространство в камере 413 под устройством. Когда пространство открывается, жидкость может втягиваться в камеру 413. В противном случае, когда электрический сигнал прекращается или меняется на противоположный, электроактивное тело 411 может расширяться, перемещать вниз элемент 412 гидрогеля и вытеснять жидкость из каналов в камере 413. Таким образом, насыщенная кислородом жидкость может перемещаться из периферийных областей через сеть каналов под область вставки усовершенствованной контактной линзы. В некоторых примерах относительно медленное и постоянное нагнетательное действие может привести к тому, что пользователь во время работы насоса не будет ощущать неудобства физически или оптически. В некоторых других примерах насос может быть запрограммирован на прерывистую работу и нагнетательное действие может, например, совпадать с миганием глаза.

На фиг. 5 иллюстрируется аналогичное распределение по каналам кислородсодержащей жидкости, где механизм нагнетания может быть пассивным, то есть быть реализованным без электроактивного насоса. Мигание века пользователя может создавать усилие для активации механизма нагнетания. В некоторых примерах под действием усилия каналы могут сжиматься, вытесняя жидкость из каналов в области под вставкой 511 в периферийную область 510. После перемещения века каналы могут снова расширяться, втягивая новую, насыщенную кислородом жидкость из периферийных областей. В другом примере в периферийных областях линзы могут находиться выступы 520, которые опускаются вниз, когда веко пользователя проходит мимо них в обоих направлениях. При надлежащем направлении потока в каналах (т. е. при действии по типу обратного клапана) усилие, направленное вниз на выступы, и их воздействие на соседние области помогают перекачивать жидкость по сети каналов 530, обменивая жидкость от внешних областей к внутренним. В некоторых примерах каналы 530 могут быть сформированы в юбку гидрогеля и могут иметь высоту приблизительно 50 мкм или меньше и ширину, которая поддерживает наличие канала при использовании контактной линзы. В качестве примера ширина канала 530 может также составлять приблизительно 50 мкм или меньше. В некоторых примерах выступы могут быть гладкими и небольшого размера для повышения удобства пользователя, обеспечивая при этом необходимое принудительное взаимодействие для создания нагнетательного действия.

Материалы для формирования линзы и юбки линзы

Примеры микролитьевого формирования могут включать в себя, например, поли(4-метилпент-1-ен)сополимерную смолу, используемую для формирования линз с диаметром приблизительно от 6 до 10 мм, радиусом передней поверхности приблизительно от 6 до 10 мм, радиусом задней поверхности приблизительно от 6 до 10 мм, толщиной в центре приблизительно от 0,050 до 1,0 мм. Некоторые примеры включают в себя вставку с диаметром около 8,9 мм, радиусом передней поверхности около 7,9 мм, радиусом задней поверхности около 7,8 мм, толщиной в центре около 0,200 мм и толщиной кромки около 0,050 мм.

Вставка 100 контактной линзы, показанная на фиг. 1А, может быть помещена в часть формы для литья, используемую для образования офтальмологической линзы. Материал частей формы для литья может включать, например, полиолефин от одного или более соединений: полипропилена, полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата и модифицированных полиолефинов. Другие формы для литья могут включать в себя керамический или металлический материал.

Предпочтительный алициклический сополимер содержит два разных алициклических полимера. Различные классы алициклических сополимеров могут иметь температуру фазового перехода в диапазоне от 105° до 160 °C.

В некоторых примерах формы для литья настоящего изобретения могут содержать такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклическим фрагментом в основной цепи и циклические полиолефины. Эта смесь может использоваться на одной или обеих половинах формы для литья, где предпочтительно, чтобы эта смесь использовалась на задней кривизне, а передняя кривизна состояла из алициклических сополимеров.

В некоторых предпочтительных способах изготовления форм для литья, согласно настоящему изобретению, литье под давлением используют в соответствии с известными методиками, однако примеры могут также включать в себя формы для литья, изготовленные другими способами, включая, например, токарную обработку, алмазную обработку или лазерную резку.

В некоторых примерах предпочтительный материал линзы включает в себя силиконсодержащий компонент. Под термином «силиконсодержащий компонент» понимают компонент, который содержит, по меньшей мере, одно звено [-Si-O-] в составе мономера, макромера или форполимера. Предпочтительно общее содержание Si и связанного с ним O в силиконсодержащем компоненте составляет более чем около 20% масс., более предпочтительно более чем 30% масс. от общей молекулярной массы силиконсодержащего компонента. Используемые силиконсодержащие компоненты предпочтительно содержат полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатная, метакрилатная, акриламидная, метакриламидная, виниловая, N-виниллактамовая, N-виниламидная и стириловая функциональные группы.

В некоторых примерах юбка офтальмологической линзы, также называемая инкапсулирующим вставку слоем, который окружает вставку, может быть выполнена из стандартных гидрогелевых составов для офтальмологической линзы. Примеры материалов с характеристиками, которые могут обеспечивать приемлемое сочетание со множеством материалов вставки, могут включать в себя материалы семейства нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B) и семейства этафилкона (включая этафилкон A). Ниже представлено более полное с технической точки зрения описание природы материалов, соответствующих уровню техники, описанному в настоящем документе. Специалисту в данной области будет понятно, что другие материалы, отличные от описанных ниже, также позволяют формировать приемлемую оболочку или частичную оболочку для уплотненных и герметизированных вставок и они должны рассматриваться как последовательные и включенные в пределы объема формулы изобретения.

Приемлемые для целей настоящего изобретения силиконсодержащие компоненты включают соединения формулы I

где

R¹ независимо выбран из одновалентных реакционно-способных групп, одновалентных алкильных групп или одновалентных арильных групп, причем любая из вышеупомянутых может дополнительно содержать функциональные группы, выбранные из гидрокси-, амино-, окса-, карбокси-, алкилкарбокси-, алкокси-, амидогрупп, карбамата, карбоната, галогена или их комбинаций, а одновалентные силоксановые цепи содержат 1-100 повторяющихся звеньев Si-O и могут дополнительно содержать функциональные группы, выбранные из алкила-, гидрокси-, амино-, окса-, карбокси-, алкилкарбокси-, алкокси-, амидогрупп, карбамата, галогена и их комбинаций;

где b=0-500, причем предполагается, что если b отлично от 0, то по b имеется распределение, мода которого равна заявленному значению;

причем, по меньшей мере, один R¹ содержит одновалентную реакционно-способную группу и в некоторых примерах от 1 до 3 R¹ содержат одновалентные реакционно-способные группы.

Используемый в настоящем документе термин «одновалентные реакционно-способные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Неограничивающие примеры свободнорадикальных реакционно-способных групп включают: (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые эфиры, C_1-6алкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, C_1-6алкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, С_2-12алкенилы, С_2-12алкенилфенилы, С_2-12алкенилнафтилы, С_2-6алкенилфенилС_1-6алкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Не имеющие ограничительного характера примеры катионных реакционно-способных групп включают винилэфирные или эпоксидные группы, а также их смеси. В одном варианте осуществления свободнорадикальные реакционно-способные группы содержат: (мет)акрилат, акрилокси, (мет)акриламид и их смеси.

Подходящие одновалентные алкильные и арильные группы включают в себя незамещенные одновалентные алкильные группы C₁-C₁₆, арильные группы C₆-C₁₄, такие как замещенный и незамещенный метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, а также их комбинации и т. п.

В одном примере b равно нулю, один R¹ представляет собой одновалентную реакционно-способную группу и, по меньшей мере, 3 R¹ выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом примере - из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 6 атомов углерода. Примеры силиконсодержащих компонентов, не имеющие ограничительного характера, в данном варианте осуществления включают 2-метил-, 2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый сложный эфир (SiGMA),

2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан,

3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),

3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и

3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.

В другом примере b равно от 2 до 20, от 3 до 15 или в некоторых примерах от 3 до 10; по меньшей мере, один концевой фрагмент R¹ содержит одновалентную реакционно-способную группу, а остальные группы R¹ выбраны из одновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом варианте осуществления - из одновалентных алкильных групп, содержащих от 1 до 6 атомов углерода. В еще одном варианте осуществления b равно от 3 до 15, один концевой R¹ содержит одновалентную реакционно-способную группу, другой концевой R¹ содержит одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, а остальные R¹ содержат одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 3 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры силиконовых компонентов этого варианта осуществления включают полидиметилсилоксан с конечными моно-(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил)-пропил-эфирными группами (молекулярная масса 400-1000) (OH-mPDMS), полидиметилсилоксаны с конечной монометакрилоксипропильной группой с конечной моно-н-бутильной группой (молекулярная масса 800-1000) (mPDMS).

В другом примере b равно от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых R¹ представляют собой одновалентные реакционно-способные группы, а остальные R¹ независимо выбирают из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные связи между атомами углерода и могут дополнительно содержать галоген.

В одном примере, где желательно использовать линзы из силиконового гидрогеля, линзы настоящего изобретения изготавливают из реакционной смеси, содержащей, по меньшей мере, около 20 и предпочтительно от около 20 до 70% масс. силиконсодержащих компонентов в расчете на общую массу реакционно-способных компонентов мономерной смеси, из которой образуется полимер. В другом варианте осуществления от одного до четырех R¹ содержат винилкарбонат или карбамат формулы:

причем: Y обозначает O-, S- или NH-;

R обозначает водород или метил; d равно 1, 2, 3 или 4; q равно 0 или 1.

Силиконсодержащие винилкарбонатные или винилкарбаматные мономеры конкретно включают: 1,3-бис[4-(винилоксикарбонилокси)бут-1-ил]тетраметилдисилоксан, 3-(винилоксикарбонилтио)пропил-[трис(триметилсилокси)силан], 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилаллилкарбамат, 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилвинилкарбамат, триметилсилилэтилвинилкарбонат, триметилсилилметилвинилкарбонат и

Если необходимы биомедицинские устройства с модулем упругости менее 200, только один из фрагментов R¹ должен представлять собой одновалентную реакционную группу и не более двух из остальных фрагментов R¹ должны содержать одновалентные силоксановые группы.

Другой класс силиконсодержащих компонентов включает полиуретановые макромеры со следующими формулами:

Формулы IV-VI

(*D*A*D*G)_a *D*D*E¹,

E(*D*G*D*A)_a *D*G*D*E¹ или

E(*D*A*D*G)_a *D*A*D*E¹

причем:

D обозначает алкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода;

G обозначает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, имеющий от 1 до 40 атомов углерода, который может содержать в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминовые связи;

* означает уретановую или уреидовую связь;

_a равно, по меньшей мере, 1;

A означает двухвалентный полимерный радикал формулы:

R11 независимо обозначает алкильную или фторзамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может иметь эфирные связи между атомами углерода; y равно, по меньшей мере, 1; p обеспечивает молекулярную массу от 400 до 10 000; каждый из E и E1 независимо обозначает полимеризуемый ненасыщенный органический радикал, представленный формулой:

причем: R12 представляет собой водород или метил; R13 представляет собой водород, алкильный радикал, имеющий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R15, в котором Y представляет собой -O-,Y-S- или -NH-; R14 представляет собой двухвалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X означает -CO- или -OCO-; Z означает -O- или -NH-; Ar означает ароматический радикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода; w равно от 0 до 6; x равно 0 или 1; y равно 0 или 1; z равно 0 или 1.

Предпочтительно силиконсодержащий компонент представляет собой полиуретановый макромер, представленный следующей формулой:

где R16 представляет собой бирадикал диизоцианата после удаления изоцианатной группы, такой как бирадикал изофорондиизоцианата. Другим приемлемым силиконсодержащим макромером является соединение формулы X (где x+y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), получаемое при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофорондиизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.

Другие силиконсодержащие компоненты, приемлемые для применения в настоящем изобретении, включают макромеры, содержащие полисилоксановые, полиалкиленэфирные, диизоцианатные, полифторуглеводородные, полифторэфирные и полисахаридные группы; полисилоксаны с полярной фторированной привитой или боковой группой, имеющей атом водорода, прикрепленный к концевому дифторзамещенному атому углерода; гидрофильные силоксанилметакрилаты, содержащие простые эфирные и силоксанильные связи, а также пригодные для поперечной сшивки мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. Для целей настоящего изобретения все из вышеизложенных силоксанов можно также использовать в качестве силиконсодержащего компонента.

Составы описанных выше материалов юбки могут быть выполнены с возможностью создания слоя юбки, который имеет структурную прочность, чтобы поддерживать каналы разных размеров при использовании линзы на глазах пользователя. В некоторых примерах каналы могут формироваться в юбке по мере ее формирования. В других примерах каналы могут быть прорезаны или вытравлены в сформированном материале. Материал юбки может быть также сконфигурирован так, чтобы он имел оптический показатель преломления, который точно соответствует показателю для слезной жидкости обычного пользователя. Таким образом, элементы формования, которые могут встречаться в оптической зоне вышеупомянутых примеров усовершенствованных контактных линз, могут быть оптически неактивными при заполнении их слезной жидкостью после того, как линза будет помещена в глаза пользователя. Как упоминалось ранее, различные формы и профили каналов могут быть сформированы для различных целей, таких как увеличение направленного потока жидкостей внутри каналов.

Способы и аппаратура для увеличения оксигенации в областях, близких к электроактивным компонентам, в биомедицинском устройстве могут быть сконструированы и включены во множество других типов биомедицинских устройств. Биомедицинские устройства могут представлять собой, например, имплантируемые электронные устройства, такие как кардиостимуляторы и микроустройства сбора энергии, электронные таблетки для мониторинга и/или тестирования той или иной биологической функции, хирургические устройства с активными компонентами, офтальмологические устройства и т. п.

Конкретные примеры были описаны для иллюстрации вариантов осуществления для процесса формирования, способов формирования и устройств для формирования биосовместимых устройств для увеличения уровней кислорода в областях ткани пользователя. Эти примеры предназначены для целей иллюстрации и ни в коей мере не призваны ограничивать объем формулы изобретения. Соответственно, описание призвано охватить все варианты осуществления, которые могут быть очевидны для специалистов в данной области.