隱形眼鏡的透氧性及測試方法介紹

　　隱形眼鏡，即角膜接觸鏡，是（shì）一種戴在眼球角膜上改變眼睛的屈光能力，而達到矯正近視、遠視、散（sàn）光，以及治療某些眼部疾病的目的。佩戴隱形眼鏡既美觀方便，又視野寬廣，令越來越（yuè）多人（rén）拋棄框架鏡投入到隱（yǐn）形眼（yǎn）鏡族中。佩戴者在選擇隱（yǐn）形眼鏡時多注重鏡片材質、厚度和含水量（liàng）的高低，實際上，這些設計多是為了提高鏡片的透氧性。透氧性才（cái）是關係到角（jiǎo）膜健康、佩戴舒適的重要指標。

一、隱形眼鏡的透（tòu）氧性

　　角膜的正常生理功能所需能量依賴於（yú）其葡萄糖代謝產生的三磷酸腺苷（ATP）。當角膜攝取（qǔ）氧充足時，一個分子的葡萄糖代謝後能產生（shēng）36個ATP，而缺氧狀態下生成ATP的數量大幅（fú）下降，無氧供給時僅產生2個ATP，能量供給（gěi）嚴重不足，從（cóng）而使角（jiǎo）膜的（de）水平衡（héng）遭到破壞，電（diàn）解質（zhì）代謝紊亂（luàn），角膜實質層發生水腫增厚。由此可見，角膜的氧氣攝取量是促進角膜（mó）糖代謝、保（bǎo）證其正常運轉的關鍵。

　　當（dāng）佩戴（dài）隱形眼鏡後，角膜（mó）氧供主要（yào）來自兩個（gè）渠（qú）道：一是淚液運載氧氣（qì）透過鏡片，二是鏡片邊緣淚液的排吸交換。隱形眼鏡有硬性（xìng）和軟性之（zhī）分，因材質和特點的不（bú）同，兩種鏡片的攝（shè）氧方（fāng）式存在一定的差（chà）異。硬性隱形眼鏡是由透明塑膠聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）製成，具有良好的（de）加工性，適合各種屈光不正患者的針對性設計，但PMMA幾乎無透氧性（xìng），角膜的供氧主要由鏡片（piàn）邊緣淚液的排吸交換完成。從20世紀70年代後，逐漸（jiàn）將（jiāng）矽、氟、酮以有機組合的形式添加到PMMA中，大大增加了鏡片的氧氣透過性，最終形成了今天的硬性（xìng）隱形眼鏡（jìng）新（xīn）形式——高透氧（yǎng）硬（yìng）性隱（yǐn）形眼鏡（RGP）。軟性隱形眼鏡（jìng）（SCL）由（yóu）親水性合成高分（fèn）子化合物製成，含水量高、氧透過性好，與RGP一樣主要通過鏡片的透氧性直接向角膜供（gòng）氧。

　　基於目前使用最為廣泛的SCL和RGP皆依（yī）靠自身的透氧（yǎng）性（xìng）維持角膜的氧代謝，因此鏡片的氧氣透過性越高，引發角膜損傷或病變的幾率越低，佩戴體驗更加舒適。隱形眼鏡的透氧性（xìng）一方麵與自身材質特性有關，另（lìng）一方麵也與含水量、厚度以及鏡片老化程度密切相關。一般情況下，鏡片的透氧性與含水量成正比、與鏡片厚度成反比，但（dàn）二者卻存在著矛盾。若（ruò）鏡片製的過薄且含水量高，雖有利於氧氣的透過，但鏡片中（zhōng）心材料太少，極（jí）易蒸發（fā）脫水，繼而吸收淚液維持原含水量，造成眼睛脫水幹澀。如何在研（yán）發隱形眼鏡時平衡含水量和厚度（dù）設（shè）計，獲得最佳（jiā）透氧性成為研究的重點（diǎn）。為（wéi）了便於衡量隱形眼鏡的透氧性，業（yè）界采用測定成品鏡片的氧氣透過量Dk/t和氧（yǎng）氣透（tòu）過係數Dk的方法。Dk是指在（zài）規定條件和單位壓力差作用下（xià），氧分子通過單位麵積、單位厚度鏡片材料的（de）速度，反映了某（mǒu）種鏡片材料容許氧氣透過（guò）的性能。Dk/t則是針對具體厚度的鏡片的透氧量，二者（zhě）相比這下Dk/t更能反映成品眼鏡（jìng）的氧氣（qì）透過（guò）性能。

二、測試方法介紹（shào）

　　上述隱形眼鏡透氧性指標的測（cè）試主要有極譜法和庫倫法，二者皆具有方便、實用和重複性（xìng）好的特點。圍繞極譜法已有較多的文獻研究，因此（cǐ）本文將重點介紹庫（kù）倫法（fǎ）的測試過（guò）程。這種方法（fǎ）適用於硬性和非水凝膠（jiāo）彈（dàn）性接觸鏡材料的透氧（yǎng）係（xì）數和透氧量，其原理為：將隱形眼鏡裝入測試腔，測（cè）試腔被分為上下兩部分，在35℃、100%RH下使用接觸鏡前、後表麵區域（即腔體上下兩部（bù）分）分別接觸到（dào）氧氣和作為載氣（qì）的氮氣。隱形眼鏡兩邊的壓力相等，但氧氣分壓不同，氧氣在濃度差作（zuò）用下透過鏡片進（jìn）入載氣（qì）流，被送至庫侖傳感器中，該傳感器產生一（yī）個與流經探測器的氧濃度成比例的電流，從而計算出材料的氧流量量率，進（jìn）而計算（suàn）得出透（tòu）氧係數。具體測試方法如下：

　　1、試樣和儀器準備。準備99.9%的氧氣和含氫2%的氮氣分別（bié）作為（wéi）試驗氣體和載氣備用。儀器采用OX2/230氧氣透（tòu）過性（xìng）測試係統，其包含氧氣傳輸分析部分和測試腔部（bù）分（見圖1）。前者由庫倫傳感器、記錄分析係統、控（kòng）溫控濕係統及相關管路構成，用於氧氣和載（zǎi）氣的流通、電流的轉化與記錄、溫濕度控製等（děng）作用。測試腔不透氧且分成兩半，外側包（bāo）圍一圈水麵略低於槽壁的凹槽，為鏡片提供100%RH的濕度以模擬（nǐ）使用環境。

　　測試前，應當去除測試樣品材料和係統中所有的氧。對高透氧材料而（ér）言，測量（liàng）前從（cóng）測試腔中除氧（yǎng）即可。然而，對非水凝膠低透氧材料，如PMMA，在測試腔（qiāng）封閉（bì）並隨後淨（jìng）化除氧前，鏡片試（shì）樣應在氯（lǜ）化鈣的幹（gàn）燥劑下放置至（zhì）少48h。

　　2、安裝試樣（yàng）。將鏡片試樣的後表麵外圍放置於下測試腔的（de）塗有真空油脂的（de）環形光滑表麵上，確保樣品無褶皺。將測（cè）試腔的上部分扣合在裝有試樣的下半部分測試腔體上，夾緊，並在周圍凹槽中注入一定量的蒸餾水，封閉測試腔罩蓋，如圖２。

　　3、除氧。設定載氣以50mL/min~60 mL/min的速率流入測試（shì）腔（qiāng）上（shàng）下部分。3min~4min後，流（liú）速下降到5mL/min~15 mL/min並維（wéi）持10min~30min。此時（shí）測試腔殘留的（de）氧氣從鏡片試樣中連續脫出，攜帶氧氣（qì）的（de）載氣流被輸送到庫倫傳感器，傳感器的輸出起先會快速（sù）升高達到峰值，後逐漸穩定在一個（gè）較（jiào）低的值，即（jí）零電壓（yā）輸出（V₀），根據測試材料透氧性的不同，除（chú）氧過程通常持續（xù）30分鍾至十幾個小時。

　　4、測試。將氧氣和載氣維持以除氧（yǎng）的最終速率分別流入測試腔上下兩側，氧氣透過鏡片樣（yàng）品，進入庫倫傳感器輸出電壓，當輸出值穩定為一個數值時（shí），此時的電壓值為最終（zhōng）值（V_E）。

　　5、測試結果計算。首先根據式（shì）1，計算出氧流量量率（μLO₂/s）。進而據式2推算出鏡片的透氧係數。

　　qo₂=K×(V_E-V₀)/R_L  --------------------------------------  (1)

　　其中，K——校正常（cháng）數；V_E——最終電壓輸出；V₀——零電壓輸出（chū）；R_L——負（fù）載阻抗；

　　Dk=t×qo₂×0.001/(P_A×A)-------------------------------  (2)

　　其中，Dk——測（cè）試樣（yàng）品的（de）透氧（yǎng）係數，10^-11（cm²/s）·[mLO₂/(mL·hPa)]；P_A——（大氣壓-水蒸氣壓），hPa；t——徑向厚度或平均調和中心厚度，cm；A——測試樣品的暴露麵積，cm²；qo₂——流經探測器的氧（yǎng）流量（liàng）量率，μLO₂/s；1/103——將μL轉化為（wéi）mL的係數；

　　式1涉及到一個（gè）校正常數K，這就引出了係統標（biāo）定的概念。經驗表明，在某些條（tiáo）件下，庫倫傳感器可能會耗盡或損壞，以至於其效率和（hé）響應時間（jiān）被削弱。因此使用庫倫傳感（gǎn）器測試透氧性需結合定期（qī）的傳感器校驗，這依靠於一個已知透氧量（Dk/t）的標準材料。通常采用（yòng）的標準材料為SRM1470，其（qí）Dk/t為0.072±0.0045Dk/t單位。通過上（shàng）述方法測試（shì）標準材（cái）料，據式2推導（dǎo）出氧流量量率qo₂，繼（jì）而再根據式1得出校正常數K值（zhí）。利用校（xiào）正常數能夠實（shí）現對測試係統和結果的初步校正。

三、典型案例測試

　　筆者（zhě）依照上述方法利用（yòng）OX2/230氧氣透過率測試（shì）係統（tǒng）對三款不同品牌（pái）的硬性隱形眼鏡的Dk值進行了測試，測試結果如下：

表1 三種品牌硬性隱形眼鏡的透氧係數Dk

　　在現實（shí）中，Dk是衡量材料透氧係數的標準參數，雖精（jīng）確但缺乏形象感，對於新（xīn）人和消（xiāo）費者來說很難把Dk值與具體角膜攝氧量以及舒適度聯係在一（yī）起。因此（cǐ），業界有時會采用等效氧百分比（EOP）的形式表示角膜（mó）上的氧含量，即（jí）隱形眼鏡的透氧性。EOP表示混合氣體中氧氣的濃度，大氣中氧含量為21%，閉（bì）眼（yǎn）時為7%左（zuǒ）右，隱形眼鏡長期佩戴的最低需求和理想含量（liàng）分（fèn）別為12%左右和18%左右。對於Dk值為150的（de）品（pǐn）牌（pái）一隱（yǐn）形眼鏡，佩戴後角膜的氧含量基本能達到17%~19%，佩戴品牌三和品牌二的隱（yǐn）形眼鏡後角膜氧含量能達（dá）到11%和14%，均適宜長（zhǎng）期佩戴。

四、結語

　　氧氣，是眼角膜正常（cháng）生理代謝（xiè）的基礎，佩（pèi）戴隱形眼鏡會使角膜的攝氧發生不同程度的折損，造成角膜水腫、血管增生等（děng）一係（xì）列病變。因此，隱形眼鏡的透氧性越高，對角膜的損傷越小，更適合於（yú）長期佩戴。透氧係數Dk是國（guó）際統一的隱形眼鏡透氧性指標，采用庫倫法能快（kuài）速精確的測定出硬性和非水凝膠彈性隱形眼鏡材料的透氧係數和透氧量，對企業新型鏡片的材料選擇、含水量和（hé）厚度的設計以及消費者的選購提供了有效的參考依據。