een casestudy over de selectie van materialen voor ooglenzen
Abstract
een casestudy over de selectie van materialen voor ooglenzen wordt gerapporteerd aan de hand van Ashby ‘ s materials selection diagrams. In deze studie worden 6 polymeermaterialen van PMMA, PC, PS, PVC, PET en PA beoordeeld en hun eigenschappen worden gevonden uit de selectiediagrammen van Ashby en vergeleken in een tabel. De eindresultaten bevestigden dat PMMA (acryl) het beste materiaal is voor ooglenzen. Het resultaat toonde ook aan dat het huidige materiaal milieuvriendelijk is omdat het niet giftig en recycleerbaar is.
1. Inleiding
een contactlens is een lens die voor het oog wordt gedragen en die voornamelijk wordt gebruikt voor de behandeling van bijziendheid, verziendheid, astigmatisme en presbyopie. Een bril of” bril ” wordt op korte afstand voor het oog op het gezicht gedragen. Contactlenzen worden direct op het oogoppervlak gedragen. Intraoculaire lenzen worden chirurgisch geïmplanteerd meestal na cataract verwijdering, maar onlangs voor zuiver refractieve doeleinden. Bijziendheid (bijziendheid) vereist een divergente lens, terwijl verziendheid (verziendheid) convergente lens vereist.
contactlenzen dienen gewoonlijk hetzelfde corrigerende doel als conventionele glazen, maar zijn lichtgewicht en vrijwel onzichtbaar—veel commerciële lenzen zijn lichtblauw getint om ze beter zichtbaar te maken wanneer ze worden ondergedompeld in reinigings-en opslagoplossingen. Sommige cosmetische lenzen zijn opzettelijk gekleurd om het uiterlijk van het oog te veranderen.Naar schatting gebruiken 125 miljoen mensen wereldwijd contactlenzen (2%) , waarvan 28 tot 38 miljoen in de Verenigde Staten en 13 miljoen in Japan . De gebruikte en voorgeschreven lenzen verschillen sterk van land tot land, waarbij in Japan, Nederland en Duitsland meer dan 20% van de momenteel voorgeschreven lenzen Star zijn, maar in Scandinavië minder dan 5%.
mensen kiezen om vele redenen voor het dragen van contactlenzen, vaak vanwege het uiterlijk en de bruikbaarheid ervan . In vergelijking met brillen worden contactlenzen minder beïnvloed door nat weer, stoomt niet op en bieden ze een breder gezichtsveld. Ze zijn meer geschikt voor een aantal sportieve activiteiten. Bovendien kunnen oogaandoeningen zoals keratoconus en aniseikonia niet nauwkeurig worden gecorrigeerd met een bril.
er zijn vele soorten contactlenzen beschikbaar. Het type contacten dat u gebruikt, hangt af van uw specifieke situatie. Uw oogarts kan u helpen kiezen uit de volgende typen lenzen.
stijve of” harde ” contacten waren de eerste lenzen; ze werden ontwikkeld in de jaren 1960. ze zijn gemaakt van een soort kunststof genaamd PMMA (polymethylmethacrylaat), die zeer duurzaam is, maar waardoor de zuurstof in de lucht niet direct het hoornvlies kan bereiken. Wanneer het oog knippert, beweegt de lens, waardoor de zuurstof opgelost in de tranen om het hoornvlies te bereiken. Stijve lenzen zijn het minst comfortabele type contacten en worden niet echt meer gebruikt. Echter, sommige mensen nog steeds de voorkeur aan hen voor hun duurzaamheid en lagere kosten.
gasdoorlatende lenzen worden ook wel “RGP’ s ” genoemd.”Het zijn nieuwere stijve of” harde ” lenzen gemaakt van kunststof in combinatie met andere materialen, zoals siliconen en fluorpolymeren, waardoor zuurstof in de lucht direct door de lens kan gaan. Om deze reden worden ze “gasdoorlatend” genoemd.”
zachte contactlenzen zijn gemaakt van kunststof met water. Het water maakt ze zacht en flexibel, evenals waardoor zuurstof naar het hoornvlies te bereiken. Meer dan 75% van de contactlensdragers in de Verenigde Staten gebruikt zachte lenzen.
in het algemeen dienen contacten voor het slapengaan verwijderd te worden vanwege het risico op infectie en het risico op contactlensintolerantie. In dit artikel wordt een casestudy gegeven over de selectie van materialen voor ooglenzen met behulp van Ashby ‘s selectieschema’ s.
2. Materialen voor ooglenzen
tot het einde van de jaren zeventig werden contactlenzen gemaakt van twee materialen. Harde contactlenzen werden gemaakt van polymethylmethacrylaat (PMMA), terwijl de zachte contactlenzen werden gemaakt van een gehydrateerd polymeer, hydroxyethylmethacrylaat (HEMA), dat 37,8% water in gewicht bevatte. Deze lenzen zorgden voor helder zicht en comfort, maar er was een probleem. Deze lenzen lieten geen zuurstof toe om het hoornvlies te bereiken. Hierdoor kan het hoornvlies in sommige contactlensdragers nadelig veranderen.
PMMA is nu verouderd en wordt vervangen door harde kunststoffen, meestal hydrofobe materialen met een hoge zuurstofdoorlaatbaarheid. Deze lenzen worden rigid gas permeable (RGP) lenzen genoemd. Voor de vervaardiging van zachte lenzen wordt HEMA vervangen door polymeren die maar liefst 80% water bevatten. Deze zachte lenzen, vaak hydrogels genoemd vanwege de hoeveelheid water, en ze hebben een hoge zuurstoftransport met behoud van vorm ondanks het hoge watergehalte. Deze nieuwe materialen die worden gebruikt bij de vervaardiging van contactlenzen, evenals dunnere lenzen en een groter zuurstoftransport hebben de problemen met het hoornvlies verminderd, maar er zijn nog andere mogelijke complicaties.
de nieuwe materialen hebben ook bijgedragen tot de creatie van wegwerpcontactlenzen in verschillende typen. Wegwerp contactlenzen zijn er in maandelijkse, tweemaandelijkse, wekelijkse en zelfs dagelijkse wegwerp types. De dunnere materialen maken het dragen van deze contactlenzen comfortabeler en de kosten van contactlenzen zijn verlaagd. Dit zorgt voor vrijwel onderhoudsvrije contactlenslijtage.
3. De selectie
materiaalselectie is het proces waarbij het beste materiaal voor een bepaald ontwerp wordt gekozen. In het mechanisch ontwerp treedt de materiaalselectie in elke fase van het ontwerpproces in en is met elkaar verbonden en even belangrijk als ontwerp en fabricage. In het totale ontwerpmodel wordt materiaalselectie beoordeeld als een van de fundamentele parameters, samen met marktonderzoek, productontwerpspecificatie, componentontwerp, ontwerpanalyse, fabricage en assemblage. Andere modellen van productontwerp benadrukken ook het belang van de juiste materiaalselectie. Ashby heeft aangetoond dat de materiaalvereiste verandert naarmate het ontwerp van concept door uitvoeringsvorm naar detail gaat. Het computergebaseerde systeem dat op basis van deze ideeën is ontwikkeld, staat bekend als het Cambridge Engineering System (CES), oorspronkelijk Cambridge Material Selector (CMS). Het systeem maakt gebruik van materiaal selectie grafieken, die een manier van het weergeven van materiaal eigenschap gegevens door het gebruik van geoptimaliseerde procedures. De selectie werkt door het evalueren van prestatie-indices, afgeleid van mechanische analyse, die, indien gemaximaliseerd, de prestaties te optimaliseren.
in dit onderzoek worden, om het betere materiaal voor cataractprobleem te vinden, materialen voor ooglens geëvalueerd en geselecteerd voor dit probleem. De volgende stappen worden gebruikt voor de materiaalkeuze.
3.1. Analyse van de vereiste eigenschappen voor ooglenzen
het is bekend dat ooglenzen de volgende eigenschappen moeten hebben:(I)eenvoudige fabricage, (II)transparant moeten zijn, (iii) licht(lage dichtheid), (iv) goedkoop(redelijke prijs), (v)biocompatibel, (vi)middelgrote breukvastheid, (vii) lagere elastische modulus.
3.2. Gamma alternatieve materialen
gezien de bovengenoemde eigenschappen voor ooglenzen, is het mogelijk om kandidaat te zijn voor de volgende materialen: I)polymethylmethacrylaat(PMMA: Acryl), ii)polycarbonaat (PC), iii)polystyreen(PS), iv)polyvinylchloride (PVC), v)polyesters(PET, PBT), vi)polyamide (PA: Naylon).
3.3. Evaluatie van de kandidaten
om de kandidaatmaterialen te evalueren, kunnen we een tabel maken met de kandidaatmaterialen in de eerste regel en de eigenschappen in de eerste kolom. Daarna kunnen we hun numerieke waarden uit Ashby ‘ s selectie diagrammen lezen . De eindresultaten worden weergegeven in Tabel 1, waarbij gebruik wordt gemaakt van de materiaaleigenschappen van Ashby (figuren 1 en 2). In Tabel 1 worden de numerieke waarden weergegeven in een bereik en tussen haakjes wordt de score weergegeven tussen 1 en 10 punten. Als het materiaal volledig in overeenstemming is met de vereiste eigenschappen, worden 10 punten gegeven als een score, anders in een slechtere toestand kan slechts 1 punt worden gegeven voor het kandidaat materiaal.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
het idee van een materials property chart: Young ‘ s modulus, 𝐸, wordt uitgezet tegen de dichtheid, 𝜌, op log schalen .
breuk taaiheid, 𝐾IC, uitgezet tegen Young ‘ s modulus,𝐸 .
3.4. Selectie van het beste materiaal voor ooglenzen
uit Tabel 1 blijkt dat de score van PMMA 47 punten bedraagt en dat de prestaties daarom maximaal zijn. PMMA (acryl) heeft de beste prestaties vanwege de eenvoudige productie, transparantie, geschikte elastische modulus en ook de redelijke prijs. In de tweede volgorde, PC en PET worden gezien binnen dezelfde score van 44. PET moet echter worden geannuleerd vanwege de ondoorzichtigheid ervan. PC is een beetje goedkoper dan acryl, maar het heeft een aantal productieproblemen . Daarom pakt het een lager punt dan acryl. Bovendien moeten alle materialen biocompatibel zijn in het lichaam en moeten alle polymere materialen die in de ogen worden gebruikt biocompatibiliteit hebben. Daarom is er geen probleem met deze kwestie.
4. Postscript
acryl, of PMMA, is de thermoplastische die het meest lijkt op glas in transparantie en weerstand tegen verwering. Het is hard en stijf als polymeren gaan, gemakkelijk te polijsten maar gevoelig voor stressconcentraties. Het deelt met glas bepaalde kwetsbaarheid, iets dat kan worden overwonnen door te mengen met acryl rubber om een high-impact legering (HIPMMA) te geven. PVC kan worden gemengd met PMMA om stevige, duurzame platen te geven. Acryl is verkrijgbaar als een blad, staaf of buis en kan worden gevormd door gieten of extrusie . Ook recycle potentieel en weerstand tegen verwering van acryl zijn hoog; daarom worden ooglenzen grotendeels geproduceerd uit acryl of PMMA.
5. Conclusie
in dit artikel wordt een casestudy gegeven over de selectie van materialen voor ooglenzen met behulp van Ashby ‘s selectieschema’ s. In dit werk worden 6 polymeermaterialen van PMMA, PC, PS, PVC, PET en PA in aanmerking genomen en hun eigenschappen worden gevonden uit de selectiediagrammen van Ashby en vergeleken in Tabel 1. De eindresultaten toonden aan dat PMMA (acryl) het beste is voor ooglenzen. Uit de resultaten bleek ook dat PMMA-materiaal goed is voor milieuoverwegingen (niet-toxisch en recycleerbaar).
