Případová Studie na Výběru Materiálů pro Oční Čočky
Abstrakt
případová studie na výběru materiálů pro oční čočky je hlášena prostřednictvím Ashbyho materiály výběr diagramy. V této studii je přezkoumáno 6 polymerních materiálů PMMA, PC, PS, PVC, PET a PA a jejich vlastnosti jsou nalezeny z výběrových diagramů Ashby a porovnány v tabulce. Konečné výsledky potvrdily, že PMMA (akryl) je nejlepším materiálem pro oční čočky. Výsledek také ukázal, že tento materiál je šetrný k životnímu prostředí a je netoxický a recyklovatelný.
1. Úvod
Kontaktní čočka je čočka nosená před okem, která se používá hlavně k léčbě krátkozrakosti, hyperopie, astigmatismu a presbyopie. Brýle nebo “brýle” se nosí na obličeji na krátkou vzdálenost před okem. Kontaktní čočky se nosí přímo na povrchu oka. Nitrooční čočky jsou chirurgicky implantovány nejčastěji po odstranění katarakty, ale v poslední době pro čistě refrakční účely. Krátkozrakost (krátkozrakost) vyžaduje divergentní čočku, zatímco hyperopie (dalekozrakost) vyžaduje konvergentní čočku.
Kontaktní čočky obvykle slouží stejnému nápravná účel jako konvenční brýle, ale jsou lehké a prakticky neviditelné—mnoho komerčních čočky jsou tónovaná slabé modré, aby se jim více viditelné, když se ponoří do čištění a skladování řešení. Některé kosmetické čočky jsou záměrně zbarveny, aby změnily vzhled oka.
odhaduje se, že 125 milionů lidí používat kontaktní čočky po celém světě (2%) , včetně 28 až 38 milionů ve Spojených Státech a 13 milionů v Japonsku . Typy použitých a předepsaných čoček se v jednotlivých zemích výrazně liší, přičemž tuhé čočky představují více než 20% aktuálně předepsaných čoček v Japonsku, Nizozemsku a Německu, ale méně než 5% ve Skandinávii .
lidé se rozhodnou nosit kontaktní čočky z mnoha důvodů, často kvůli jejich vzhledu a praktičnosti . Při srovnání s brýle, kontaktní čočky jsou méně ovlivněna vlhké počasí, ne páry, a poskytují širší zorné pole. Jsou vhodnější pro řadu sportovních aktivit. Navíc oční stavy, jako je keratokonus a aniseikonia, nemusí být přesně korigovány brýlemi.
k dispozici je mnoho typů kontaktních čoček. Typ kontaktů, které používáte, závisí na vaší konkrétní situaci. Váš oční lékař vám pomůže vybrat z následujících typů čoček.
Tuhé nebo “tvrdé” kontakty byly první čočky, které byly vyvinuty v roce 1960. Jsou vyrobeny z druh plastu názvem PMMA (polymetylmetakrylátu), který je velmi odolný, ale neumožňuje kyslíku ve vzduchu, aby se dostaly přímo k rohovce. Když oko bliká, čočka se pohybuje, což umožňuje kyslíku rozpuštěnému v slzách dosáhnout rohovky. Tuhé čočky jsou nejméně pohodlným typem kontaktů a již se nepoužívají. Někteří lidé je však stále preferují pro svou trvanlivost a nižší náklady.
plynové propustné čočky jsou také známé jako ” RGPs.”Jsou novější tuhé nebo “tvrdé” čočky vyrobené z plastů v kombinaci s jinými materiály, jako je silikon a fluoropolymery, které umožňují kyslíku ve vzduchu, aby se projít přímo skrz objektiv. Z tohoto důvodu se nazývají ” propustné pro plyn.”
měkké kontaktní čočky jsou vyrobeny z plastových materiálů, které obsahují vodu. Voda je činí měkkými a pružnými a umožňuje kyslíku dosáhnout rohovky. Více než 75% nositelů kontaktních čoček ve Spojených státech používá měkké čočky.
Obecně platí, že kontakty by měly být odstraněny před spaním kvůli riziku infekce a riziku intolerance kontaktních čoček. V tomto článku je uvedena případová studie výběru materiálů pro oční čočky pomocí Ashbyho výběrových diagramů.
2. Materiály pro oční čočky
až do konce 70. let byly kontaktní čočky vyrobeny ze dvou materiálů. Tvrdé kontaktní čočky jsou vyrobeny z polymetylmetakrylátu (PMMA), zatímco měkké kontaktní čočky byly vyrobeny z hydratované polymeru, hydroxyethylmethacrylate (HEMA), který obsahoval 37.8% hmotnostních vody. Tyto čočky poskytovaly jasné vidění a pohodlí, ale došlo k problému. Tyto čočky nedovolily kyslíku dosáhnout rohovky. Z tohoto důvodu by se rohovka mohla nepříznivě změnit u některých nositelů kontaktních čoček.
PMMA je nyní zastaralá a je nahrazena tuhými plasty, většinou hydrofobními materiály s vysokou propustností pro kyslík. Tyto čočky se nazývají čočky propustné pro tuhé plyny (RGP). Pro výrobu měkkých čoček se HEMA nahrazuje polymery, které obsahují až 80% vody. Tyto měkké čočky, často nazývané hydrogely kvůli množství vody, a mají vysoký přenos kyslíku při zachování tvaru i přes vysoký obsah vody. Tyto nové materiály používané při výrobě kontaktních čoček, jakož i tenčí čočky a větší přenos kyslíku mají sníženou rohovky problémy, ale tam jsou ještě další možné komplikace.
nové materiály byly také nápomocné při vytváření jednorázových kontaktních čoček v různých typech. Jednorázové kontaktní čočky přicházejí v měsíčních, dvouměsíčních, týdenních a dokonce i denních jednorázových typech. Tenčí materiály, aby nošení těchto kontaktních čoček pohodlnější, a náklady na kontaktní čočky, byla snížena. To umožňuje téměř bezúdržbové opotřebení kontaktních čoček.
3. Výběr
výběr materiálu je proces výběru nejlepšího materiálu pro konkrétní design. Při mechanickém návrhu vstupuje výběr materiálu do každé fáze procesu návrhu a je vzájemně propojen a stejně důležitý jako návrh a výroba. Celkový design modelu , výběr materiálu je hodnocen jako jeden ze základních parametrů, spolu s trhem vyšetřování, specifikace návrhu výrobku, konstrukční návrh, konstrukční analýzu, výrobu a montáž. Jiné modely designu výrobku také zdůrazňují důležitost správného výběru materiálu. Ashby ukázal, že požadavky na materiál se mění s tím, jak se design pohybuje od konceptu přes provedení k detailu. Počítačový systém vyvinutý z těchto myšlenek je známý jako Cambridge Engineering System (CES), původně Cambridge Material Selector (CMS). Systém používá grafy výběru materiálu, které jsou způsobem zobrazení dat o vlastnostech materiálu pomocí optimalizovaných postupů. Výběr funguje vyhodnocením výkonnostních indexů odvozených z mechanické analýzy, které, pokud jsou maximalizovány, optimalizují výkon.
v této studii, aby se našel lepší materiál pro problém katarakty, jsou materiály očních čoček vyhodnoceny a vybrány pro tento problém. Pro výběr materiálů se používají následující kroky.
3.1. Analýza požadovaných vlastností očních čoček
je známo, že oční čočky by měly mít následující vlastnosti:(i)snadná výroba, (ii)musí být průhledná,(iii) lehká (nízká hustota), (iv) levná (rozumná cena), (v)bio kompatibilní,(vi)střední lomová houževnatost,(vii) nižší modul pružnosti.
3.2. Rozsah Alternativních Materiálů
s Ohledem na výše uvedené vlastnosti oční čočky, je možné dát kandidaturu pro následující materiály:(i)polymetylmetakrylátu (PMMA: Akryl),(ii)polykarbonát (PC),(iii)polystyren (PS),(iv), polyvinylchloridu (PVC),(v)polyestery (PET, PBT),(vi)polyamid (PA: Naylon).
3.3. Hodnocení kandidátů
abychom mohli vyhodnotit kandidátské materiály, můžeme vytvořit tabulku zobrazující kandidátské materiály v prvním řádku a vlastnosti jsou v prvním sloupci. Poté můžeme číst jejich číselné hodnoty z Ashbyho výběrových diagramů . Konečné výsledky jsou uvedeny v tabulce 1 za použití Ashbyho materiálových vlastností (Obrázky 1 a 2). V tabulce 1 jsou číselné hodnoty uvedeny v rozsahu a v závorce je uvedeno jeho skóre mezi 1 až 10 body. V případě, že materiál je plně v souladu s požadovanými vlastnostmi, 10 bodů jsou uvedeny jako skóre, jinak v horším stavu, pouze 1 bod může být pro kandidáta materiálu.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
myšlenka materiály majetek graf: Young ‘ s modulus, 𝐸, je vynesena proti hustota, 𝜌, na log váhy .
Lomová houževnatost, 𝐾IC, vyneseny proti Young ‘ s modulus, 𝐸 .
3.4. Výběr nejlepšího materiálu pro oční čočky
z tabulky 1 je patrné, že skóre PMMA je 47 bodů, a proto je jeho výkon maximální. PMMA (akryl) má nejlepší výkon díky své snadné výrobě, průhlednosti, vhodnému modulu pružnosti a také za rozumnou cenu. Ve druhém pořadí jsou PC a PET vidět ve stejném skóre 44. PET však musí být zrušen kvůli jeho neprůhlednosti. PC je o něco levnější než akryl, ale má určité výrobní potíže . Proto zvedne nižší bod než akryl. Kromě toho by všechny materiály měly být v těle biokompatibilní a všechny polymerní materiály používané v očích mají biokompatibilitu. Proto se s tímto problémem nesetkává žádný problém.
4. Postscript
Akryl, nebo PMMA, je termoplast, který se nejvíce podobá skla v transparentnost a odolnost vůči povětrnostním vlivům. Je tvrdý a tuhý, jak polymery jdou, snadno leštitelný, ale citlivý na koncentrace stresu. Sdílí se sklem určitou křehkost, něco, co lze překonat smícháním s akrylovou gumou, čímž se získá slitina s vysokým nárazem (HIPMMA). PVC lze smíchat s PMMA, čímž získáte tvrdé a odolné listy. Akryl je k dispozici jako plech, tyč nebo trubka a může být tvarován litím nebo vytlačováním . Také recyklační potenciál a odolnost vůči povětrnostním vlivům akrylu jsou vysoké; proto jsou oční čočky z velké části vyráběny z akrylu nebo PMMA.
5. Závěr
v tomto článku je uvedena případová studie výběru materiálů pro oční čočky pomocí Ashbyho výběrových diagramů. V této práci, 6 polymerových materiálů PMMA, PC, PS, PVC, PET a PA jsou vzaty v úvahu a jejich vlastnosti jsou nalezeny z výběru diagramy Ashby a porovnány v Tabulce 1. Konečné výsledky ukázaly, že PMMA (akryl) je nejlepší pro oční čočky. Výsledek také podpořil, že materiál PMMA je vhodný z hlediska životního prostředí (netoxický a recyklovatelný).
