Un Estudio de caso sobre la Selección de Materiales para Lentes para Ojos
Resumen
Un estudio de caso sobre la selección de materiales para lentes para ojos se informa por medio de los diagramas de selección de materiales de Ashby. En este estudio, se revisan 6 materiales poliméricos de PMMA, PC, PS, PVC, PET y PA y se encuentran sus propiedades a partir de los diagramas de selección de Ashby y se comparan en una tabla. Los resultados finales confirmaron que el PMMA (acrílico) es el mejor material para lentes oculares. El resultado también mostró que el material actual es respetuoso con el medio ambiente, no tóxico y reciclable.
1. Introducción
Una lente de contacto es una lente que se usa delante del ojo, que se utiliza principalmente para tratar la miopía, la hipermetropía, el astigmatismo y la presbicia. Los anteojos o” anteojos ” se usan en la cara a poca distancia frente al ojo. Las lentes de contacto se usan directamente en la superficie del ojo. Las lentes intraoculares se implantan quirúrgicamente con mayor frecuencia después de la extracción de cataratas, pero recientemente con fines puramente refractivos. La miopía (miopía) requiere un cristalino divergente, mientras que la hipermetropía (miopía) requiere un cristalino convergente.
Las lentes de contacto suelen cumplir el mismo propósito correctivo que las gafas convencionales, pero son ligeras y prácticamente invisibles: muchas lentes comerciales están teñidas de un azul tenue para hacerlas más visibles cuando se sumergen en soluciones de limpieza y almacenamiento. Algunas lentes cosméticas se colorean deliberadamente para alterar la apariencia del ojo.
Se ha estimado que 125 millones de personas usan lentes de contacto en todo el mundo (2%) , incluidos 28 a 38 millones en los Estados Unidos y 13 millones en Japón . Los tipos de lentes utilizados y prescritos varían notablemente entre países, con lentes rígidas que representan más del 20% de las lentes prescritas actualmente en Japón, Los Países Bajos y Alemania, pero menos del 5% en Escandinavia .
Las personas eligen usar lentes de contacto por muchas razones, a menudo debido a su apariencia y practicidad . En comparación con las gafas, las lentes de contacto se ven menos afectadas por el clima húmedo, no se vaporizan y proporcionan un campo de visión más amplio. Son más adecuados para una serie de actividades deportivas. Además, es posible que las afecciones oftalmológicas como el queratocono y la aniseikonía no se corrijan con precisión con gafas.
Hay disponibles muchos tipos de lentes de contacto. El tipo de contactos que utilice depende de su situación particular. Su oftalmólogo podrá ayudarlo a elegir entre los siguientes tipos de lentes.
Los contactos rígidos o “duros” fueron las primeras lentes; se desarrollaron en la década de 1960 y están hechas de un tipo de plástico llamado PMMA (polimetilmetacrilato), que es muy duradero pero no permite que el oxígeno en el aire llegue directamente a la córnea. Cuando el ojo parpadea, el cristalino se mueve, lo que permite que el oxígeno disuelto en las lágrimas llegue a la córnea. Las lentes rígidas son el tipo de lentes de contacto menos cómodo y ya no se usan realmente. Sin embargo, algunas personas todavía los prefieren por su durabilidad y menor costo.
Las lentes permeables a los gases también se conocen como “RGPs”.”Son lentes rígidas o “duras” más nuevas hechas de plásticos combinados con otros materiales, como silicona y fluoropolímeros, que permiten que el oxígeno en el aire pase directamente a través de la lente. Por esta razón, se llaman ” permeables al gas.”
Las lentes de contacto blandas están hechas de materiales plásticos que incorporan agua. El agua los hace suaves y flexibles, además de permitir que el oxígeno llegue a la córnea. Más del 75% de los usuarios de lentes de contacto en los Estados Unidos usan lentes blandas.
Generalmente, los contactos se deben quitar a la hora de acostarse debido al riesgo de infección y al riesgo de intolerancia a las lentes de contacto. En este artículo, se presenta un estudio de caso sobre la selección de materiales para lentes oculares utilizando los diagramas de selección de Ashby.
2. Materiales para Lentes de ojos
Hasta finales de la década de 1970, las lentes de contacto se fabricaban a partir de dos materiales. Las lentes de contacto duras estaban hechas de polimetacrilato de metilo (PMMA), mientras que las lentes de contacto blandas estaban hechas de un polímero hidratado, hidroxietilmetacrilato (HEMA), que contenía un 37,8% de agua en peso. Estas lentes proporcionaban una visión clara y comodidad, pero había un problema. Estas lentes no permitían que el oxígeno llegara a la córnea. Debido a esto, la córnea podría cambiar, de manera adversa, en algunos usuarios de lentes de contacto.
El PMMA ahora está obsoleto y se reemplaza por plásticos rígidos, en su mayoría materiales hidrofóbicos con alta permeabilidad al oxígeno. Estas lentes se denominan lentes rígidas permeables a los gases (RGP). Para la fabricación de lentes blandas, el HEMA está siendo reemplazado por polímeros que contienen hasta un 80% de agua. Estas lentes blandas, a menudo llamadas hidrogeles debido a la cantidad de agua, y tienen una alta transferencia de oxígeno al tiempo que conservan la forma a pesar de su alto contenido de agua. Estos nuevos materiales utilizados en la fabricación de lentes de contacto, así como lentes más delgadas y una mayor transferencia de oxígeno, han reducido los problemas corneales, pero aún hay otras posibles complicaciones.
Los nuevos materiales también han sido fundamentales en la creación de lentes de contacto desechables en una variedad de tipos. Las lentes de contacto desechables vienen en tipos desechables mensuales, bimensuales, semanales e incluso diarios. Los materiales más delgados hacen que el uso de estas lentes de contacto sea más cómodo, y el costo de las lentes de contacto se ha reducido. Esto permite un desgaste de lentes de contacto casi libre de mantenimiento.
3. La Selección
La selección de materiales es el proceso de elegir el mejor material para un diseño en particular. En el diseño mecánico, la selección de materiales entra en cada etapa del proceso de diseño y está interrelacionada y es tan importante como el diseño y la fabricación. En el modelo de diseño total, la selección de materiales se clasifica como uno de los parámetros fundamentales junto con la investigación de mercado, las especificaciones de diseño de productos, el diseño de componentes, el análisis de diseño, la fabricación y el ensamblaje. Otros modelos de diseño de productos también enfatizan la importancia de la correcta selección de materiales. Ashby ha demostrado que los requisitos de material cambian a medida que el diseño pasa del concepto a la realización y al detalle. El sistema basado en computadora desarrollado a partir de estas ideas se conoce como Cambridge Engineering System (CES), originalmente Cambridge Material Selector (CMS). El sistema utiliza gráficos de selección de materiales, que son una forma de mostrar datos de propiedades de materiales mediante el uso de procedimientos optimizados. La selección funciona mediante la evaluación de índices de rendimiento, derivados del análisis mecánico, que, si se maximizan, optimizan el rendimiento.
En este estudio, con el fin de encontrar el mejor material para el problema de cataratas, se evalúan y seleccionan materiales para lentes oculares para este problema. Los siguientes pasos se utilizan para la selección de materiales.
3.1. Análisis de las Propiedades Requeridas para Lentes Oculares
Se sabe que las lentes oculares deben tener las siguientes propiedades:(i)fácil fabricación,(ii)debe ser transparente,(iii) ligero (baja densidad), (iv) barato (precio razonable), (v)biocompatible,(vi)resistencia a la fractura media,(vii) módulo elástico inferior.
3.2. Gama de materiales alternativos
Teniendo en cuenta las propiedades mencionadas anteriormente para lentes oculares, es posible dar la candidatura para los siguientes materiales:(i)metacrilato de polimetilo (PMMA: Acrílico),(ii)policarbonato (PC),(iii)poliestireno (PS),(iv)cloruro de polivinilo (PVC),(v)poliésteres (PET, PBT),(vi)poliamida (PA: Naylon).
3.3. Evaluación de los candidatos
Para evaluar los materiales candidatos, podemos hacer una tabla que muestre los materiales candidatos en la primera línea y las propiedades en la primera columna. Después de eso, podemos leer sus valores numéricos de los diagramas de selección de Ashby . Los resultados finales se muestran en la Tabla 1 utilizando las propiedades de los materiales de Ashby (Figuras 1 y 2). En la Tabla 1, los valores numéricos se muestran en un rango y entre paréntesis su puntuación se muestra entre 1 y 10 puntos. Si el material es totalmente consistente con las propiedades requeridas, se dan 10 puntos como una puntuación, de lo contrario en peores condiciones, solo se puede dar 1 punto para el material candidato.
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La idea de un gráfico de propiedades de materiales: El módulo de Young, 𝐸, se traza contra la densidad, 𝜌, en escalas logares .
la tenacidad a la Fractura, 𝐾IC, conspiraron contra el módulo de Young, 𝐸 .
3.4. Selección del Mejor Material para Lentes Oculares
Se observa en la Tabla 1 que la puntuación de PMMA es de 47 puntos y por lo tanto su rendimiento es máximo. El PMMA (acrílico) tiene el mejor rendimiento debido a su fácil fabricación, transparencia, módulo elástico adecuado y también su precio razonable. En el segundo orden, PC y PET se ven dentro de la misma puntuación de 44. Sin embargo, la MASCOTA debe cancelarse debido a su opacidad. El PC es un poco más barato que el acrílico, pero tiene algunas dificultades de fabricación . Por lo tanto, recoge un punto más bajo que el acrílico. Además, todos los materiales deben ser biocompatibles en el cuerpo y todos los materiales poliméricos utilizados en los ojos tienen biocompatibilidad. Por lo tanto, no se enfrenta ningún problema al respecto.
4. Postscript
El acrílico, o PMMA, es el termoplástico que más se parece al vidrio en transparencia y resistencia a la intemperie. Es duro y rígido como los polímeros, fácil de pulir pero sensible a las concentraciones de estrés. Comparte con el vidrio cierta fragilidad, algo que se puede superar mezclando con caucho acrílico para dar una aleación de alto impacto (HIPMMA). El PVC se puede mezclar con PMMA para proporcionar láminas resistentes y duraderas. El acrílico está disponible en forma de lámina, varilla o tubo y se puede moldear mediante fundición o extrusión . Además, el potencial de reciclaje y la resistencia a la intemperie del acrílico son altos; por lo tanto, las lentes para ojos se producen en gran medida a partir de acrílico o PMMA.
5. Conclusión
En este artículo, se presenta un estudio de caso sobre la selección de materiales para lentes oculares utilizando los diagramas de selección de Ashby. En este trabajo, se toman en consideración 6 materiales poliméricos de PMMA, PC, PS, PVC, PET y PA y sus propiedades se encuentran en los diagramas de selección de Ashby y se comparan en la Tabla 1. Los resultados finales mostraron que el PMMA (acrílico) es el mejor para lentes oculares. El resultado también confirmó que el material PMMA es bueno para consideraciones ambientales (no tóxico y reciclable).
