CN105116564A - 一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括：(1)利用飞秒脉冲双光子聚合法在隐形眼镜模具上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具；(2)将隐形眼镜预聚体溶液加入到上述所得隐形眼镜模具中，通过纳米压印或聚合固化的方式获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；(3)将含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。该制备方法引入双光子技术制作具有光子晶体结构隐形眼镜模具，利用该模具可以低成本、高产量制备得到安全性好、可靠性高的结构色隐形眼镜。本发明实施例还提供了由上述制备方法获得的具有光子晶体结构色的隐形眼镜。

Description

一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法
技术领域
本发明涉及隐形眼镜领域，特别是涉及一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展和生活水平的日益提升，人们对于实用、美观和安全的追求日趋强烈，而隐形眼镜在过去几十年的市场需求大力膨胀，挤占了传统框架眼镜的市场，渐渐成为一种时髦、便利的元素风靡全球。
隐形眼镜不仅可以起到矫正视力的作用，同时在制备过程中添加一些色素或者颜料制备成具有特定颜色或图案的彩色隐形眼镜，还可以让眼睛看起来美观动人。但是，由于目前市场上的隐形眼镜不仅颜色较为单一，而且所添加的颜料或色素均易给配戴者带来不适，严重的甚至引发眼睛疾病。最近，Xieetal.报道了一种新颖的制备结构色隐形眼镜的制备方法：将胶体光子晶体结构引入到隐形眼镜中形成结构色，制备得到的隐形眼镜可以呈现鲜艳的颜色。然而，由于采用的是化学法合成的胶体光子晶体，胶体光子晶体自组装过程中容易形成缺陷，以及胶体光子晶体模板移除得到反蛋白石结构隐形眼镜过程中采用了剧毒化学试剂氟化氢，从而使得该种方法在实用过程中存在制作效率低下、难以批量生产、重复率低，更有甚者，残留的化学试剂对人体健康带来不可忽视的危害。
发明内容
鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，该方法创新性地引入飞秒脉冲双光子技术制作具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，并利用该模具低成本、高产量制备得到安全性好、可靠性高的结构色隐形眼镜，以解决现有技术方案难以大批量、高效率、高重复性生产安全可靠的结构色隐形眼镜的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用飞秒脉冲双光子聚合法在隐形眼镜模具上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具；
(2)将隐形眼镜预聚体溶液加入到所述具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过纳米压印或聚合固化的方式获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所述含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
双光子聚合技术是随着飞秒激光双光子技术的发展而产生的，是当前唯一能精确控制及制作任意3D微纳立体结构的技术。
具体地，步骤(1)中，利用飞秒脉冲双光子聚合法在隐形眼镜模具上制备出光子晶体结构层的操作为：先在隐形眼镜模具表面涂覆上一层光刻胶或光敏树脂，然后经飞秒光照射，使光刻胶或光敏树脂在飞秒光作用下产生双光子吸收进行光聚合，再将光刻胶进行刻蚀后得到相应的微结构，得到光子晶体结构层。其中，光刻胶可以为SU-8，SCR500等。
优选地，所述飞秒脉冲双光子聚合法采用的加工光源为300～1100nm的飞秒光。更优选地，所述加工光源为375～425nm的蓝光飞秒光。所述375～425nm的蓝光飞秒光可直接获得或通过将波长为750-850nm、脉冲宽度为60-100fs的飞秒激光经倍频形成。具体应用中，加工光源即飞秒光的选择依选用的双光子聚合的树脂聚合物单体和光引发剂而定。
优选地，所述的隐形眼镜模具的材质为玻璃、石英、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯。
优选地，所述具有光子晶体结构的隐形眼镜模具包括能够分离的上模具和下模具，所述上模具具有一凸球面，所述下模具具有一凹球面，所述光子晶体结构层局部或全部分布在所述凸球面和/或所述凹球面上。
优选地，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级凸起结构或凹坑结构。所述微纳米级凸起或凹坑可以为任意形貌，例如圆柱形、方柱形、球形等，只要这些微结构尺寸一致，且呈现周期排列即可。
优选地，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起或球面凹坑。
优选地，所述微纳米级凸起结构或凹坑结构的尺寸为50nm-50μm。
优选地，所述隐形眼镜预聚体溶液包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种的混合，或硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对二甲苯。所述隐形眼镜预聚体溶液不限于此，目前常用的制备隐形眼镜的材料都可以。
优选地，所述盐水为质量分数为0.89％的氯化钠水溶液、质量分数为0.1％的无水磷酸二氢钠水溶液或质量分数为0.6％的无水磷酸氢二钠水溶液。
具体地，可将隐形眼镜初片置于pH7.3的盐水中浸泡12-24小时。
本发明实施例第一方面提供的一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，通过引入飞秒脉冲双光子技术制作具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，再利用该模具制备具有光子晶体结构色的隐形眼镜，与现有技术方案相比，具有如下有益效果：
1.相对于现有技术方案，本发明方法更适合低成本、大批量、结构可重复的制备，解决了现有技术方案难以大批量、高效率、高重复性生产结构色隐形眼镜的问题；
2.本发明通过物理法实现光子晶体结构的复制，比现有的化学法安全性更好，可控性更强，结构的稳定性更好，而且该方法得到的光子晶体结构缺陷少；
3.本发明方法得到的光子晶体层是单层的，易控制，而化学法得到的是单层或多层，不容易控制，而且工艺复杂，有毒溶剂的使用不适合人体配戴。
第二方面，本发明实施例提供了由上述的第一方面制备方法制得的具有光子晶体结构色的隐形眼镜，其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在所述隐形眼镜中，所述光子晶体结构在所述隐形眼镜中形成结构色图案，所述隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的内凹面和/或外凸面。
优选地，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级凸起结构或凹坑结构。
更优选地，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起或球面凹坑。
优选地，所述微纳米级凸起结构或凹坑结构的尺寸为50nm-50μm。
本发明实施例第二方面提供的具有光子晶体结构色的隐形眼镜，具有如下有益效果：
1、本发明具有光子晶体结构色的隐形眼镜是通过引入飞秒脉冲双光子技术制作具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，再利用该模具结合纳米压印或聚合固化获得，结构稳定，安全可靠；
2、本发明隐形眼镜中由于设有光子晶体结构，使得其既能美化眼睛又能不会带来眼睛不适；且透氧率高，既可锁住水分保持隐形眼镜的水润，同时也可以促进氧气的通透，明显改善眼部缺氧状况，有效保障角膜长期健康；
3、本发明隐形眼镜由于引入光子晶体结构，隐形眼镜的颜色是基于光子晶体的独特光衍射效应，结合微机电***(MEMS)加工技术，可以将该类隐形眼镜设计成为眼压监测计，通过隐形眼镜的颜色改变反应出眼压高低的变化，为青光眼患者提供一种更加简易便捷无创的眼压监测仪。
本发明实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
图1为实施例一具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备流程示意图。
图2为实施例一光子晶体结构球面凹坑形貌图。
图3为实施例二光子晶体结构球面凸起形貌图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。其中，本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例一
一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一聚丙烯材质隐形眼镜模具，该模具包括能够分离的上模具和下模具，其中，上模具具有一凸球面，下模具具有一凹球面，利用飞秒脉冲双光子聚合法在下模具的凹球面上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，其光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凹坑，球面凹坑的尺寸为100nm；
(2)将PDMS及其固化剂按照10:1比例混合后，取100微升上述混合液与正己烷按体积比1:1混合作为隐形眼镜预聚体溶液待用，取上述预聚体溶液100微升加入到上述所得具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过纳米压印获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所得含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于pH7.3，质量分数为0.89％的氯化钠水溶液中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
本实施例所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凹坑，球面凹坑的尺寸为100nm，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在隐形眼镜中，所述光子晶体结构在隐形眼镜中形成结构色图案，该隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的外凸面。
图1为本实施例具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备流程示意图，其中，1为隐形眼镜上模具；2为隐形眼镜下模具；3为具有光子晶体结构的隐形眼镜下模具；4为具有光子晶体结构色的隐形眼镜。所述光子晶体结构从下模具的凹球面复制到了隐形眼镜的外凸面。
图2为本实施例光子晶体结构球面凹坑形貌图。
实施例二
一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一聚苯乙烯材质隐形眼镜模具，该模具包括能够分离的上模具和下模具，其中，上模具具有一凸球面，下模具具有一凹球面，利用飞秒脉冲双光子聚合法在上模具的凸球面上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，其光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起，球面凸起的尺寸为1μm；
(2)将隐形眼镜预聚体溶液(由甲基丙烯酸甲酯50微升，二甲基丙烯酸乙二醇酯1微升，紫外光引发剂1mg混合得到)加入到上述所得具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过聚合固化获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所得含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于pH7.3，质量分数为0.1％的无水磷酸二氢钠水溶液中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
本实施例所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起，球面凸起的尺寸为1μm，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在隐形眼镜中，所述光子晶体结构在隐形眼镜中形成结构色图案，该隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的内凹面。
图3为本实施例光子晶体结构球面凸起形貌图。
实施例三
一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一聚碳酸酯材质隐形眼镜模具，该模具包括能够分离的上模具和下模具，其中，上模具具有一凸球面，下模具具有一凹球面，利用飞秒脉冲双光子聚合法分别在上模具的凸球面和下模具的凹球面上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，其光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起，球面凸起的尺寸为50μm；
(2)将隐形眼镜预聚体溶液：甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液(摩尔比30:1)中，以Irgacure2959(质量浓度为0.2％)为引发剂，加入到上述所得具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过紫外光固化30min获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所得含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于pH7.3，质量分数为0.6％的无水磷酸氢二钠水溶液中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
本实施例所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凸起，球面凸起的尺寸为50μm，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在隐形眼镜中，所述光子晶体结构在隐形眼镜中形成结构色图案，该隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的内凹面和外凸面。
实施例四
一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一聚丙烯材质隐形眼镜模具，该模具包括能够分离的上模具和下模具，其中，上模具具有一凸球面，下模具具有一凹球面，利用飞秒脉冲双光子聚合法在下模具的凹球面上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具，其光子晶体结构为密集周期性排布的微纳米级圆柱形凹坑，圆柱形凹坑的尺寸为10μm；
(2)将PDMS及其固化剂按照10:1比例混合后，取100微升上述混合液与正己烷按体积比1:1混合作为隐形眼镜预聚体溶液待用，取上述预聚体溶液100微升加入到上述所得具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过纳米压印获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所得含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于pH7.3，质量分数为0.89％的氯化钠水溶液中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
本实施例所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构为密集周期性排布的微纳米级圆柱形凹坑，圆柱形凹坑的尺寸为10μm，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在隐形眼镜中，所述光子晶体结构在隐形眼镜中形成结构色图案，该隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的外凸面。
效果实施例
为对本发明实施例技术方案带来的有益效果进行有力支持，特提供以下性能测试：
A.透光性测试
将本发明实施例一至四所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜进行透光性测试，结果显示白光的透过率达到90％以上。
B.含水量测试
将本发明实施例一至四所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜进行含水量测试，结果显示其含水量高于60％。
C.透氧率测试
将本发明实施例一至四所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜进行进行透氧率测试，结果显示其透氧率高达180Dk/t。
D.细胞毒性测试
由于细胞毒性测试能准备客观的反应测试样品的潜在毒性，采用常用的IS09363-1测试方法，考察隐形眼镜的细胞毒性能准确的反应其安全性，在该方法中，将细胞毒性反应分成0-4级的等级，级数越低，被测试材料的安全性越高。将本发明实施例一至四所得具有光子晶体结构色的隐形眼镜与市售的海昌超薄隐形眼镜做细胞毒性的对比测试，结果显示本发明结构色隐形眼镜的细胞毒性和市售的海昌超薄隐形眼镜一样，均为0级，说明本发明隐形眼镜的安全性。

Claims (10)

1.一种具有光子晶体结构色的隐形眼镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用飞秒脉冲双光子聚合法在隐形眼镜模具上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的隐形眼镜模具；
(2)将隐形眼镜预聚体溶液加入到所述具有光子晶体结构的隐形眼镜模具中，通过纳米压印或聚合固化的方式获得含有光子晶体层的隐形眼镜初片；
(3)将所述含有光子晶体层的隐形眼镜初片置于盐水中浸泡至膨胀率稳定不变，制得具有光子晶体结构色的隐形眼镜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒脉冲双光子聚合法采用的加工光源为300～1100nm的飞秒光。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的隐形眼镜模具的材质为玻璃、石英、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述具有光子晶体结构的隐形眼镜模具包括能够分离的上模具和下模具，所述上模具具有一凸球面，所述下模具具有一凹球面，所述光子晶体结构层局部或全部分布在所述凸球面和/或所述凹球面上。
5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级凸起结构或凹坑结构。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述微纳米级凸起或凹坑的尺寸为50nm-50μm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述隐形眼镜预聚体溶液包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种的混合，或硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述盐水为质量分数为0.89％的氯化钠水溶液、质量分数为0.1％的无水磷酸二氢钠水溶液或质量分数为0.6％的无水磷酸氢二钠水溶液。
9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的具有光子晶体结构色的隐形眼镜，其内部含有光子晶体结构，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在所述隐形眼镜中，所述光子晶体结构在所述隐形眼镜中形成结构色图案，所述隐形眼镜包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的内凹面和/或外凸面。
10.如权利要求9所述的具有光子晶体结构色的隐形眼镜，其特征在于，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级凸起结构或凹坑结构。
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