studium przypadku dotyczące doboru materiałów do soczewek oka
Streszczenie
studium przypadku dotyczące doboru materiałów do soczewek oka jest zgłaszane za pomocą diagramów wyboru materiałów Ashby ‘ ego. W tym badaniu, 6 materiałów polimerowych PMMA, PC, PS, PVC, PET i PA są przeglądane i ich właściwości znajdują się na wykresach wyboru Ashby i porównywane w tabeli. Ostateczne wyniki potwierdziły, że PMMA (akryl) jest najlepszym materiałem na soczewki do oczu. Wynik wykazał również, że obecny materiał jest przyjazny dla środowiska, nietoksyczny i nadający się do recyklingu.
1. Wprowadzenie
soczewka kontaktowa to soczewka noszona przed okiem, stosowana głównie w leczeniu krótkowzroczności, nadwzroczności, astygmatyzmu i prezbiopii. Okulary lub” okulary ” są noszone na twarzy w niewielkiej odległości przed okiem. Soczewki kontaktowe noszone są bezpośrednio na powierzchni oka. Soczewki wewnątrzgałkowe są wszczepiane chirurgicznie najczęściej po usunięciu zaćmy, ale ostatnio w celach czysto refrakcyjnych. Krótkowzroczność (krótkowzroczność) wymaga soczewki rozbieżnej, podczas gdy nadwzroczność (dalekowzroczność) wymaga soczewki zbieżnej.
soczewki kontaktowe zwykle służą temu samemu celowi korekcyjnemu, co konwencjonalne okulary, ale są lekkie i praktycznie niewidoczne—wiele komercyjnych soczewek jest zabarwionych na słabo niebieski, aby były bardziej widoczne po zanurzeniu w roztworach do czyszczenia i przechowywania. Niektóre soczewki kosmetyczne są celowo zabarwione, aby zmienić wygląd oka.
szacuje się , że 125 milionów ludzi używa soczewek kontaktowych na całym świecie (2%), w tym 28 do 38 milionów w Stanach Zjednoczonych i 13 milionów w Japonii . Rodzaje soczewek stosowanych i zalecanych różnią się znacznie w zależności od kraju, przy czym soczewki sztywne stanowią ponad 20% obecnie zalecanych soczewek w Japonii, Holandii i Niemczech, ale mniej niż 5% w Skandynawii .
ludzie decydują się na noszenie soczewek kontaktowych z wielu powodów, często ze względu na ich wygląd i praktyczność . W porównaniu do okularów soczewki kontaktowe są mniej narażone na działanie deszczu, nie parują i zapewniają szersze pole widzenia. Są one bardziej odpowiednie dla wielu zajęć sportowych. Dodatkowo, Stany okulistyczne, takie jak stożek rogówki i aniseikonia, nie mogą być dokładnie korygowane za pomocą okularów.
dostępnych jest wiele rodzajów soczewek kontaktowych. Rodzaj używanych kontaktów zależy od konkretnej sytuacji. Lekarz okulista będzie w stanie pomóc w wyborze jednego z następujących rodzajów soczewek.
sztywne lub “twarde” styki były pierwszymi soczewkami; zostały opracowane w latach 60. XX wieku.wykonane są z tworzywa sztucznego o nazwie PMMA (polimetakrylan metylu), które jest bardzo trwałe, ale nie pozwala na bezpośrednie dotarcie tlenu w powietrzu do rogówki. Gdy oko mruga, soczewka porusza się, co pozwala tlenu rozpuszczonego w łzach dotrzeć do rogówki. Sztywne soczewki są najmniej wygodnym rodzajem styków i nie są już tak naprawdę używane. Jednak niektórzy ludzie nadal wolą je ze względu na ich trwałość i niższe koszty.
przepuszczalne dla gazu soczewki są również znane jako ” RGPs.”Są to nowsze sztywne lub” twarde ” soczewki wykonane z tworzyw sztucznych w połączeniu z innymi materiałami, takimi jak silikon i fluoropolimery, które umożliwiają przepływ tlenu w powietrzu bezpośrednio przez soczewkę. Z tego powodu nazywane są ” przepuszczalnymi gazami.”
miękkie soczewki kontaktowe są wykonane z tworzyw sztucznych, które zawierają wodę. Woda sprawia, że są miękkie i elastyczne, a także umożliwia dotarcie tlenu do rogówki. Ponad 75% użytkowników soczewek kontaktowych w Stanach Zjednoczonych używa soczewek miękkich.
zazwyczaj kontakty należy usuwać przed snem ze względu na ryzyko infekcji i nietolerancji soczewek kontaktowych. W niniejszym artykule przedstawiono studium przypadku dotyczące doboru materiałów do soczewek oka za pomocą diagramów wyboru Ashby ‘ ego.
2. Materiały do soczewek ocznych
do końca lat 70.soczewki kontaktowe wykonywano z dwóch materiałów. Twarde soczewki kontaktowe wykonano z polimetakrylanu metylu (PMMA), natomiast miękkie soczewki kontaktowe z uwodnionego polimeru, hydroksyetylometakrylanu (HEMA), który zawierał 37,8% masy wody. Soczewki te zapewniały wyraźne widzenie i komfort, ale był problem. Soczewki te nie pozwalały na dotarcie tlenu do rogówki. Z tego powodu rogówka może zmienić się niekorzystnie u niektórych użytkowników soczewek kontaktowych.
PMMA jest już przestarzały i zastępuje się sztywnymi tworzywami sztucznymi, głównie materiałami hydrofobowymi o wysokiej przepuszczalności tlenu. Soczewki te nazywane są soczewkami sztywnymi przepuszczalnymi dla gazu (RGP). Do produkcji miękkich soczewek HEMA jest zastępowana przez polimery, które zawierają aż 80% wody. Te miękkie soczewki, często nazywane hydrożelami ze względu na ilość wody, i mają wysoki transfer tlenu przy zachowaniu kształtu pomimo wysokiej zawartości wody. Te nowe materiały użyte do produkcji soczewek kontaktowych, jak również cieńsze soczewki i większy transfer tlenu zmniejszyły problemy z rogówką, ale nadal istnieją inne możliwe komplikacje.
nowe materiały również odegrały kluczową rolę w tworzeniu jednorazowych soczewek kontaktowych w różnych typach. Jednorazowe soczewki kontaktowe są w miesięcznych, dwumiesięcznych, tygodniowych, a nawet codziennych jednorazowych typów. Cieńsze materiały sprawiają, że noszenie tych soczewek kontaktowych jest wygodniejsze, a koszt soczewek kontaktowych został zmniejszony. Pozwala to na niemal bezobsługowe zużycie soczewek kontaktowych.
3. Wybór
wybór materiału to proces wyboru najlepszego materiału do konkretnego projektu. W projektowaniu mechanicznym wybór materiału wchodzi na każdym etapie procesu projektowania i jest ze sobą powiązany i równie ważny jak projekt i produkcja. W całkowitym modelu projektowym wybór materiału jest oceniany jako jeden z podstawowych parametrów wraz z badaniem rynku, specyfikacją projektu produktu, projektem komponentu, analizą projektu, produkcją i montażem. Inne modele projektowania produktu również podkreślają znaczenie prawidłowego doboru materiału. Ashby wykazał, że wymagania materiałowe zmieniają się, gdy projekt przechodzi od koncepcji przez przykład wykonania do szczegółów. Komputerowy system opracowany na podstawie tych pomysłów jest znany jako Cambridge Engineering System (ces), pierwotnie Cambridge Material Selector (CMS). System wykorzystuje wykresy wyboru materiału, które są sposobem wyświetlania danych właściwości materiału poprzez zastosowanie zoptymalizowanych procedur. Wybór polega na ocenie wskaźników wydajności pochodzących z analizy mechanicznej, które, jeśli zostaną zmaksymalizowane, zoptymalizują wydajność.
w tym badaniu, w celu znalezienia lepszego materiału na problem zaćmy, materiały soczewki oka są oceniane i wybierane do tego problemu. Następujące kroki są wykorzystywane do wyboru materiałów.
3.1. Analiza wymaganych właściwości soczewek oka
wiadomo, że soczewki oka powinny mieć następujące właściwości:(i)łatwa produkcja, (ii) musi być przezroczysta, (iii)lekka(niska gęstość), (iv)tania(rozsądna cena), (v)kompatybilna z bio,(vi)średnia wytrzymałość na pękanie, (vii)niższy moduł sprężystości.
3.2. Zakres materiałów alternatywnych
biorąc pod uwagę wyżej wymienione właściwości soczewek oka, możliwe jest podanie kandydatury dla następujących materiałów:(i)polimetakrylan metylu (PMMA: Akryl),(ii)Poliwęglan (PC),(iii)polistyren (PS),(iv)polichlorek winylu (PVC),(v)poliestry (PET, PBT),(vi)poliamid (PA: Naylon).
3.3. Ocena kandydatów
w celu oceny materiałów kandydatów, Możemy wykonać tabelę przedstawiającą materiały kandydatów w pierwszym wierszu, a właściwości znajdują się w pierwszej kolumnie. Następnie możemy odczytać ich wartości liczbowe z diagramów wyboru Ashby ‘ ego . Wyniki końcowe przedstawiono w tabeli 1 z wykorzystaniem właściwości materiałów Ashby ‘ ego (Rys. 1 i 2). W tabeli 1 wartości liczbowe są przedstawione w przedziale, a w nawiasie ich wynik jest wyświetlany w przedziale od 1 do 10 punktów. Jeśli materiał jest w pełni zgodny z wymaganymi właściwościami, 10 punktów otrzymuje się jako wynik, w przeciwnym razie w gorszym stanie można przyznać tylko 1 punkt za materiał kandydujący.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
idea wykresu właściwości materiałów: moduł Younga,𝐸, jest wykreślany na podstawie gęstości,𝜌, na skalach logarytmów .
odporność na złamanie, 𝐾IC, wykreślone na podstawie modułu Younga,𝐸 .
3.4. Wybór najlepszego materiału do soczewek oka
z tabeli 1 wynika, że wynik PMMA wynosi 47 punktów, a zatem jego wydajność jest maksymalna. PMMA (akryl) ma najlepszą wydajność ze względu na łatwą produkcję, przejrzystość, odpowiedni moduł sprężystości, a także rozsądną cenę. W drugiej kolejności, PC i PET są widoczne w tym samym wyniku 44. Jednak zwierzę musi zostać anulowane ze względu na jego nieprzezroczystość. PC jest trochę tańszy niż akryl, ale ma pewne trudności produkcyjne . Dlatego podnosi niższy punkt niż akryl. Ponadto wszystkie materiały powinny być biokompatybilne w organizmie, a wszystkie materiały polimerowe stosowane w oczach mają biokompatybilność. Dlatego nie ma problemu z tym problemem.
4. Postscript
akryl lub PMMA to Tworzywo termoplastyczne, które najbardziej przypomina szkło pod względem przezroczystości i odporności na warunki atmosferyczne. Jest twardy i sztywny jak polimery, łatwy do polerowania, ale wrażliwy na stężenia naprężeń. Dzieli ze szkłem pewną kruchość, coś, co można przezwyciężyć, mieszając się z gumą akrylową, aby uzyskać stop o wysokim udarze (HIPMMA). PVC można mieszać z PMMA, aby uzyskać twarde, trwałe arkusze. Akryl jest dostępny jako arkusz, pręt lub rura i może być kształtowany przez odlewanie lub wytłaczanie . Ponadto potencjał recyklingu i odporność na warunki atmosferyczne akrylu są wysokie; dlatego soczewki do oczu są w dużej mierze produkowane z akrylu lub PMMA.
5. Wniosek
w niniejszym artykule przedstawiono studium przypadku dotyczące doboru materiałów do soczewek oka za pomocą diagramów wyboru Ashby ‘ ego. W tej pracy, 6 materiałów polimerowych PMMA, PC, PS, PVC, PET i PA są brane pod uwagę i ich właściwości zostały znalezione na wykresach wyboru Ashby i porównane w tabeli 1. Ostateczne wyniki pokazały, że PMMA (akryl) jest najlepszy dla soczewek do oczu. Wynik poparł również, że materiał PMMA jest dobry ze względów środowiskowych (nietoksyczny i nadający się do recyklingu).
