un studiu de caz privind selectarea materialelor pentru lentile de ochi

rezumat

un studiu de caz privind selectarea materialelor pentru lentile de ochi este raportat prin intermediul diagramelor de selecție a materialelor Ashby. În acest studiu, 6 materiale polimerice de PMMA, PC, PS, PVC, PET și PA sunt revizuite și proprietățile lor se găsesc din diagramele de selecție ale Ashby și comparate într-un tabel. Rezultatele finale au confirmat că PMMA (acrilic) este cel mai bun material pentru lentilele oculare. Rezultatul a arătat, de asemenea, că materialul prezent este ecologic, fiind netoxic și reciclabil.

1. Introducere

o lentilă de contact este o lentilă purtată în fața ochiului, utilizată în principal pentru tratarea miopiei, hipermetropiei, astigmatismului și presbiopiei. Ochelarii sau” ochelarii ” sunt purtați pe față la o distanță scurtă în fața ochiului. Lentilele de Contact sunt purtate direct pe suprafața ochiului. Lentilele intraoculare sunt implantate chirurgical cel mai frecvent după îndepărtarea cataractei, dar recent în scopuri pur refractive. Miopia (miopia) necesită o lentilă divergentă, în timp ce hipermetropia (hipermetropia) necesită lentilă convergentă.

lentilele de Contact servesc de obicei aceluiași scop corectiv ca ochelarii convenționali, dar sunt ușoare și practic invizibile—multe lentile comerciale sunt colorate într-un albastru slab pentru a le face mai vizibile atunci când sunt scufundate în soluții de curățare și depozitare. Unele lentile cosmetice sunt colorate în mod deliberat pentru a modifica aspectul ochiului.

s-a estimat că 125 de milioane de oameni folosesc lentile de contact în întreaga lume (2%) , inclusiv 28 până la 38 de milioane în Statele Unite și 13 milioane în Japonia . Tipurile de lentile utilizate și prescrise variază semnificativ între țări, lentilele rigide reprezentând peste 20% din lentilele prescrise în prezent în Japonia, Olanda și Germania, dar mai puțin de 5% în Scandinavia .

oamenii aleg să poarte lentile de contact din mai multe motive, adesea datorită aspectului și practicității lor . În comparație cu ochelarii, lentilele de contact sunt mai puțin afectate de vremea umedă, nu se aburesc și oferă un câmp vizual mai larg. Ele sunt mai potrivite pentru o serie de activități sportive. În plus, condițiile oftalmologice, cum ar fi keratoconus și aniseikonia, pot să nu fie corectate cu exactitate cu ochelari.

sunt disponibile multe tipuri de lentile de contact. Tipul de contacte pe care îl utilizați depinde de situația dvs. particulară. Medicul dumneavoastră de ochi vă va putea ajuta să alegeți dintre următoarele tipuri de lentile.

contactele rigide sau “dure” au fost primele lentile; au fost dezvoltate în anii 1960. sunt fabricate dintr-un tip de plastic numit PMMA (Polimetil metacrilat), care este foarte durabil, dar nu permite oxigenului din aer să ajungă direct la cornee. Când ochiul clipește, lentila se mișcă, ceea ce permite oxigenului dizolvat în lacrimi să ajungă la cornee. Lentilele rigide sunt cel mai puțin confortabil tip de contacte și nu mai sunt folosite cu adevărat. Cu toate acestea, unii oameni încă le preferă pentru durabilitatea lor și costuri mai mici.

lentilele permeabile la gaz sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de “RGPs.”Sunt lentile mai noi rigide sau” dure ” din materiale plastice combinate cu alte materiale, cum ar fi siliconul și fluoropolimerii, care permit oxigenului din aer să treacă direct prin lentilă. Din acest motiv, ele sunt numite “permeabile la gaz.”

lentilele de contact moi sunt fabricate din materiale plastice care încorporează apă. Apa le face moi și flexibile, precum și permite oxigenului să ajungă la cornee. Mai mult de 75% dintre purtătorii de lentile de contact din Statele Unite folosesc lentile moi.

în general, contactele trebuie îndepărtate la culcare din cauza riscului de infecție și a riscului de intoleranță la lentilele de contact. În această lucrare, un studiu de caz privind selecția materialelor pentru lentilele oculare este dat folosind diagramele de selecție ale lui Ashby.

2. Materiale pentru lentile de ochi

până la sfârșitul anilor 1970, lentilele de contact erau fabricate din două materiale. Lentilele de contact dure au fost fabricate din Polimetil metacrilat (PMMA), în timp ce lentilele de contact moi au fost fabricate dintr-un polimer hidratat, hidroxietilmetacrilat (HEMA), care conținea 37,8% apă în greutate. Aceste lentile au oferit o viziune clară și confort, dar a existat o problemă. Aceste lentile nu au permis oxigenului să ajungă la cornee. Din această cauză, corneea s-ar putea schimba, în mod negativ, la unii purtători de lentile de contact.

PMMA este acum învechită și este înlocuită cu materiale plastice rigide, în mare parte materiale hidrofobe cu permeabilitate ridicată la oxigen. Aceste lentile sunt numite lentile rigide permeabile la gaz (RGP). Pentru fabricarea lentilelor moi, HEMA este înlocuită cu polimeri care conțin până la 80% apă. Aceste lentile moi, adesea numite hidrogeluri din cauza cantității de apă și au un transfer ridicat de oxigen, păstrând în același timp forma, în ciuda conținutului ridicat de apă. Aceste materiale noi utilizate la fabricarea lentilelor de contact, precum și lentile mai subțiri și un transfer mai mare de oxigen au redus problemele corneei, dar există încă alte complicații posibile.

noile materiale au contribuit, de asemenea, la crearea lentilelor de contact de unică folosință într-o varietate de tipuri. Lentilele de contact de unică folosință vin în tipuri de unică folosință lunare, bi-lunare, săptămânale și chiar zilnice. Materialele mai subțiri fac ca purtarea acestor lentile de contact să fie mai confortabilă, iar costul lentilelor de contact a fost redus. Acest lucru permite uzura lentilelor de contact aproape de întreținere.

3. Selecția

selecția materialului este procesul de alegere a celui mai bun material pentru un anumit design. În proiectarea mecanică, selecția materialului intră în fiecare etapă a procesului de proiectare și este interdependentă și la fel de importantă ca proiectarea și fabricarea. În modelul total de proiectare , selecția materialului este evaluată ca fiind unul dintre parametrii fundamentali, împreună cu investigația pieței, specificațiile de proiectare a produsului, proiectarea componentelor, analiza proiectării, fabricarea și asamblarea. Alte modele de design de produs subliniază, de asemenea, importanța selecției corecte a materialelor. Ashby a arătat că cerințele materiale se schimbă pe măsură ce designul trece de la concept la întruchipare la detalii. Sistemul bazat pe computer dezvoltat din aceste idei este cunoscut sub numele de Cambridge Engineering System (ces), inițial Cambridge Material Selector (CMS). Sistemul utilizează diagrame de selecție a materialelor, care sunt o modalitate de afișare a datelor privind proprietățile materialelor prin utilizarea procedurilor optimizate. Selecția funcționează prin evaluarea indicilor de performanță, derivați din analiza mecanică, care, dacă sunt maximizați, optimizează performanța.

în acest studiu, pentru a găsi Materialul mai bun pentru problema cataractei, materialele lentilelor oculare sunt evaluate și selectate pentru această problemă. Următorii pași sunt utilizați pentru selectarea materialelor.

3.1. Analiza proprietăților necesare pentru lentilele oculare

se știe că lentilele oculare trebuie să aibă următoarele proprietăți:(i)fabricarea ușoară, (ii)trebuie să fie transparentă, (iii)lumină(densitate scăzută), (iv)ieftin(preț rezonabil), (v)compatibil bio, (vi)duritate medie a fracturii, (vii)Modul elastic inferior.

3.2. Gama de materiale Alternative

având în vedere proprietățile menționate mai sus pentru lentilele oculare, este posibil să se candideze pentru următoarele materiale:(i)Polimetil metacrilat (PMMA: acrilic),(ii)policarbonat (PC),(iii)polistiren (PS),(iv)clorură de polivinil (PVC),(v)poliesteri (PET, PBT),(vi)poliamidă (PA: Naylon).

3.3. Evaluarea candidaților

pentru a evalua materialele candidate, putem face un tabel care prezintă materialele candidate în prima linie și proprietățile sunt în prima coloană. După aceea, putem citi valorile lor numerice din diagramele de selecție ale lui Ashby . Rezultatele finale sunt prezentate în tabelul 1 folosind proprietățile materialelor lui Ashby (Figurile 1 și 2). În tabelul 1, valorile numerice sunt afișate într-un interval, iar în paranteză scorul său este afișat între 1 și 10 puncte. Dacă materialul este pe deplin compatibil cu proprietățile necesare, 10 puncte sunt date ca scor, altfel într-o stare mai proastă se poate acorda doar 1 punct pentru materialul candidat.

Figura 1

ideea unui grafic de proprietate a materialelor: modulul lui Young, în funcție de densitate, în funcție de densitatea lui, în funcție de densitatea lui, în funcție de densitatea lui, în funcție de densitatea lui, în funcție de densitatea lui .

Figura 2

rezistența la fractură, IC de la un nivel de la un nivel de la un nivel de la un nivel de la un nivel de la un nivel de la altul .

3.4. Selectarea celui mai bun Material pentru lentilele pentru ochi

se vede din tabelul 1 că scorul PMMA este de 47 de puncte și, prin urmare, performanța sa este maximă. PMMA (acrilic) are cea mai bună performanță datorită fabricării sale ușoare, transparenței, modulului elastic adecvat și, de asemenea, prețului său rezonabil. În ordinea a doua, PC și PET sunt văzute în același scor de 44. Cu toate acestea, PET trebuie anulat din cauza opacității sale. PC-ul este puțin mai ieftin decât acrilicul, dar are unele dificultăți de fabricație . Prin urmare, preia un punct mai mic decât acrilicul. În plus, toate materialele ar trebui să fie biocompatibile în organism și toate materialele polimerice utilizate în ochi au biocompatibilitate. Prin urmare, nu se confruntă nicio problemă cu privire la această problemă.

4. PostScript

acrilul sau PMMA este termoplasticul care seamănă cel mai mult cu sticla în transparență și rezistență la intemperii. Este greu și rigid pe măsură ce polimerii merg, ușor de lustruit, dar sensibil la concentrațiile de stres. Împărtășește cu sticla o anumită fragilitate, lucru care poate fi depășit prin amestecarea cu cauciuc acrilic pentru a da un aliaj de mare impact (HIPMMA). PVC-ul poate fi amestecat cu PMMA pentru a oferi foi dure și durabile. Acrilul este disponibil sub formă de foaie, tijă sau tub și poate fi modelat prin turnare sau extrudare . De asemenea, potențialul de reciclare și rezistența la intemperii a acrilicului sunt ridicate; prin urmare, lentilele pentru ochi sunt produse în mare parte din acril sau PMMA.

5. Concluzie

în această lucrare, un studiu de caz privind selecția materialelor pentru lentilele de ochi este dat folosind diagramele de selecție ale lui Ashby. În această lucrare, 6 materiale polimerice de PMMA, PC, PS, PVC, PET și PA sunt luate în considerare și proprietățile lor se găsesc din diagramele de selecție ale Ashby și comparate în tabelul 1. Rezultatele finale au arătat că PMMA (acrilic) este cel mai bun pentru lentilele oculare. Rezultatul a susținut, de asemenea, că materialul PMMA este bun pentru considerente de mediu (netoxic și reciclabil).