tapaustutkimus Silmälinssien materiaalien valinnasta

Abstrakti

tapaustutkimus silmälinssien materiaalien valinnasta on raportoitu Ashbyn materiaalivalintakaavioiden avulla. Tässä tutkimuksessa, 6 polymeeri materiaaleja PMMA, PC, PS, PVC, PET, ja PA tarkistetaan ja niiden ominaisuudet löytyvät valintakaaviot Ashby ja verrataan taulukossa. Lopulliset tulokset vahvistivat, että PMMA (akryyli) on paras materiaali silmän linsseille. Tulos osoitti myös, että esillä oleva materiaali on ympäristöystävällinen, myrkytön ja kierrätettävä.

1. Johdanto

piilolinssi on silmän edessä käytettävä linssi, jota käytetään pääasiassa likinäköisyyden, hyperopian, hajataittoisuuden ja presbyopian hoitoon. Silmälaseja tai “silmälaseja” käytetään kasvoilla lyhyen matkan silmän edessä. Piilolinssit kuluvat suoraan silmän pinnalle. Silmänsisäiset linssit asennetaan kirurgisesti yleisimmin kaihen poiston jälkeen, mutta äskettäin puhtaasti taittotarkoituksiin. Likinäköisyys (likinäköisyys) vaatii poikkeavan linssin, kun taas hyperopia (kaukonäköisyys) vaatii konvergentin linssin.

piilolinsseillä on yleensä sama korjaava Käyttötarkoitus kuin tavanomaisilla laseilla, mutta ne ovat kevyitä ja käytännöllisesti katsoen näkymättömiä—monet kaupalliset linssit on sävytetty himmeän sinisiksi, jotta ne näkyisivät paremmin, kun ne upotetaan puhdistus-ja säilytysratkaisuihin. Jotkut kosmeettiset linssit on tarkoituksella värjätty silmän ulkonäön muuttamiseksi.

on arvioitu , että 125 miljoonaa ihmistä käyttää piilolinssejä maailmanlaajuisesti (2%), joista 28-38 miljoonaa Yhdysvalloissa ja 13 miljoonaa Japanissa . Käytettyjen ja määrättyjen linssien tyypit vaihtelevat huomattavasti eri maiden välillä, sillä jäykät linssit muodostavat yli 20 prosenttia nykyisin määrätyistä linsseistä Japanissa, Alankomaissa ja Saksassa, mutta alle 5 prosenttia Skandinaviassa .

ihmiset valitsevat piilolinssien käytön monista syistä, usein niiden ulkonäön ja käytännöllisyyden vuoksi . Verrattuna silmälaseihin piilolinssit kärsivät vähemmän märästä säästä, eivät höyrytä ylöspäin ja tarjoavat laajemman näkökentän. Ne soveltuvat paremmin useisiin urheilutoimintaan. Lisäksi silmäsairauksia, kuten keratoconusta ja aniseikoniaa, ei välttämättä korjata tarkasti laseilla.

monenlaisia piilolinssejä on saatavilla. Yhteystietojen tyyppi riippuu tilanteestasi. Silmälääkärisi voi auttaa sinua valitsemaan seuraavista linsseistä.

jäykät tai” kovat ” kontaktit olivat ensimmäisiä linssejä; ne kehitettiin 1960-luvulla. ne on valmistettu muovista, jota kutsutaan PMMA: ksi (Polymetyylimetakrylaatti), joka on erittäin kestävä, mutta ei salli ilman hapen pääsyä suoraan sarveiskalvoon. Silmän räpyttäessä linssi liikkuu, jolloin kyyneleisiin liuennut happi pääsee sarveiskalvolle. Jäykät linssit ovat vähiten mukavia kontaktityyppejä, eikä niitä oikeastaan enää käytetä. Kuitenkin jotkut ihmiset edelleen mieluummin niitä niiden kestävyyttä ja alhaisempia kustannuksia.

kaasua läpäisevistä linsseistä käytetään myös nimitystä ” RGPs.”Ne ovat uudempia jäykkiä tai “kovia” linssejä, jotka on valmistettu muovista yhdistettynä muihin materiaaleihin, kuten silikoniin ja fluoripolymeereihin, joiden avulla ilman happi pääsee kulkemaan suoraan linssin läpi. Tästä syystä niitä kutsutaan ” kaasua läpäiseviksi.”

pehmeät piilolinssit on valmistettu muovimateriaaleista, jotka sisältävät vettä. Vesi tekee niistä pehmeitä ja joustavia sekä mahdollistaa hapen pääsyn sarveiskalvoon. Yli 75 prosenttia piilolinssien käyttäjistä Yhdysvalloissa käyttää pehmeitä linssejä.

kontaktit tulee yleensä poistaa nukkumaan mennessä infektioriskin ja piilolinssi-intoleranssin riskin vuoksi. Tässä asiakirjassa, tapaustutkimus materiaalien valinta silmälinssien annetaan käyttäen Ashby ‘ s valinta kaavioita.

2. Silmälasien materiaalit

1970-luvun lopulle saakka piilolinssejä valmistettiin kahdesta materiaalista. Kovat piilolinssit valmistettiin polymetyylimetakrylaatista (PMMA) ja pehmeät piilolinssit puolestaan hydratoidusta polymeeristä, hydroksietyylimetakrylaatista (HEMA), joka sisälsi 37,8 painoprosenttia vettä. Nämä linssit tarjosivat selkeän näkökyvyn ja mukavuuden, mutta siinä oli ongelma. Nämä linssit eivät päästäneet happea sarveiskalvoon. Tämän vuoksi sarveiskalvo voi muuttua, haitallisesti, joissakin piilolinssin käyttäjille.

PMMA on nyt vanhentunut ja se on korvattu jäykillä muoveilla, enimmäkseen hydrofobisilla materiaaleilla, joilla on korkea hapenläpäisevyys. Näitä linssejä kutsutaan jäykiksi kaasua läpäiseviksi (RGP) linsseiksi. Pehmeiden linssien valmistuksessa HEMA korvataan polymeereillä, jotka sisältävät jopa 80% vettä. Nämä pehmeät linssit, joita kutsutaan usein hydrogeelit koska veden määrä, ja niillä on korkea hapensiirto säilyttäen muoto huolimatta korkea vesipitoisuus. Nämä uudet piilolinssien valmistuksessa käytetyt materiaalit sekä ohuemmat linssit ja suurempi hapensiirto ovat vähentäneet sarveiskalvon ongelmia, mutta on vielä muita mahdollisia komplikaatioita.

uusilla materiaaleilla on ollut merkitystä myös erilaisten kertakäyttöisten piilolinssien luomisessa. Kertakäyttöiset piilolinssit tulevat kuukausittain, joka toinen kuukausi, viikoittain ja jopa päivittäin kertakäyttöisiä tyyppejä. Ohuemmat materiaalit tekevät näiden piilolinssien käyttämisestä mukavampaa, ja piilolinssien hinta on pienentynyt. Tämä mahdollistaa lähes huoltovapaan piilolinssien kulumisen.

3. Valinta

materiaalivalinta on prosessi, jossa valitaan paras materiaali tiettyyn suunnitteluun. Mekaanisessa suunnittelussa materiaalivalinta tulee suunnitteluprosessin jokaiseen vaiheeseen ja on yhteydessä toisiinsa ja yhtä tärkeää kuin suunnittelu ja valmistus. Kokonaissuunnittelumallissa materiaalin valinta on luokiteltu yhdeksi perusparametriksi markkinatutkimuksen, tuotesuunnittelun määrittelyn, komponenttisuunnittelun, suunnitteluanalyysin, valmistuksen ja kokoonpanon ohella. Myös muut tuotesuunnittelun mallit korostavat oikean Materiaalivalinnan tärkeyttä. Ashby on osoittanut, että materiaalivaatimus muuttuu suunnittelun siirtyessä konseptista kehollisuuden kautta yksityiskohtiin. Näistä ideoista kehitetty tietokonepohjainen järjestelmä tunnetaan nimellä Cambridge Engineering System (ces), alun perin Cambridge Material Selector (CMS). Järjestelmä käyttää materiaalivalintakaavioita, jotka ovat tapa näyttää materiaalin ominaisuustiedot optimoitujen menetelmien avulla. Valinta toimii arvioimalla mekaanisesta analyysistä johdettuja suoritusindeksejä,jotka maksimoituna optimoivat suorituksen.

tässä tutkimuksessa kaihiongelman paremman materiaalin löytämiseksi silmän linssimateriaalit arvioidaan ja valitaan tähän ongelmaan. Materiaalien valinnassa käytetään seuraavia vaiheita.

3.1. Silmälaseille

vaadittavien ominaisuuksien analyysi tiedetään, että silmälaseilla tulee olla seuraavat ominaisuudet:(i)helppo valmistus,(ii)oltava läpinäkyvä,(iii) kevyt (alhainen tiheys), (iv) halpa (kohtuullinen hinta), (v)Bio-yhteensopiva,(vi)keskikokoinen Murtolujuus,(vii) alempi kimmomoduuli.

3.2. Vaihtoehtoisten materiaalien valikoima

kun otetaan huomioon edellä mainitut silmälasien ominaisuudet, voidaan esittää ehdokkuus seuraavien materiaalien osalta: i)Polymetyylimetakrylaatti(PMMA: akryyli), ii)polykarbonaatti (PC), iii)polystyreeni(PS), iv)polyvinyylikloridi (PVC), v)polyesterit(PET, PBT), vi)polyamidi (Pa: Naylon).

3.3. Ehdokkaiden arviointi

ehdokasmateriaalien arvioimiseksi voimme tehdä taulukon, jossa ehdokkaiden materiaalit ovat ensimmäisellä rivillä ja ominaisuudet ovat ensimmäisessä sarakkeessa. Sen jälkeen voimme lukea niiden numeeriset arvot Ashbyn valintakaavioista . Lopulliset tulokset esitetään taulukossa 1 käyttäen Ashbyn materiaalien ominaisuuksia (Kuvat 1 ja 2). Taulukossa 1 numeeriset arvot esitetään vaihteluvälinä ja suluissa sen pisteet esitetään 1-10 pisteen väliltä. Jos materiaali vastaa täysin vaadittuja ominaisuuksia, 10 pistettä annetaan pisteytyksenä, muuten huonommassa kunnossa ehdokasmateriaalista voidaan antaa vain 1 piste.

Kuva 1

ajatus materiaalien ominaisuustaulukosta: Youngin modulus,𝐸, piirretään log-asteikoilla tiheyttä, 𝜌 vastaan .

kuva 2

Murtolujuus, 𝐾IC, piirrettynä Youngin modulusta,𝐸.

3.4. Parhaan materiaalin valinta silmälaseille

taulukosta 1 nähdään, että PMMA: n pistemäärä on 47 pistettä ja siten sen suorituskyky on maksimaalinen. PMMA (akryyli) on paras suorituskyky, koska sen helppo valmistus, läpinäkyvyys, sopiva elastinen moduuli, ja myös sen kohtuullinen hinta. Toisessa järjestyksessä PC ja PET nähdään saman pistemäärän 44 sisällä. PET on kuitenkin peruutettava sen läpinäkymättömyyden vuoksi. PC on hieman halvempi kuin akryyli, mutta se on joitakin valmistusvaikeuksia . Siksi se poimii alemman pisteen kuin akryyli. Lisäksi kaikkien materiaalien tulee olla biologisesti yhteensopivia kehossa ja kaikilla silmissä käytettävillä polymeerimateriaaleilla on bioyhteensopivuus. Siksi tässä asiassa ei ole ongelmia.

4. PostScript

akryyli eli PMMA on termoplastinen aine, joka muistuttaa läpinäkyvyydeltään ja säänkestävyydeltään eniten lasia. Se on kovaa ja jäykkää kuin polymeerit, helppo kiillottaa mutta herkkä stressipitoisuuksille. Se jakaa lasin kanssa tiettyä haurautta, jotain, joka voidaan voittaa sekoittamalla akryylikumia antamaan korkean vaikutuksen seoksen (HIPMMA). PVC voidaan sekoittaa PMMA antaa kova, kestävä levyt. Akryyliä on saatavana levynä, tankona tai putkena, ja sitä voidaan muotoilla valamalla tai ekstruusiolla . Myös kierrätyspotentiaali ja akryylin säänkestävyys ovat korkeat; siksi silmän linssit valmistetaan suurelta osin akryylistä tai PMMA: sta.

5. Johtopäätös

tässä asiakirjassa annetaan tapaustutkimus silmälinssien materiaalien valinnasta käyttäen Ashbyn valintakaavioita. Tässä työssä otetaan huomioon 6 PMMA: n, PC: n, PS: n, PVC: n, PET: n ja PA: n polymeerimateriaalit ja niiden ominaisuudet löytyvät Ashby: n valintakaavioista ja niitä verrataan taulukossa 1. Lopputulokset osoittivat, että PMMA (akryyli) on paras silmän linsseille. Tulos tuki myös sitä, että PMMA-materiaali on ympäristönäkökohtien kannalta hyvä (myrkytön ja kierrätettävä).