利用基于体素的光刻技术形成带有插入件的眼科镜片的方法

摘要

本公开涉及利用基于体素的光刻技术形成带有插入件的眼科镜片的方法。本文示出了利用基于体素的光刻技术制造带有插入件的眼科镜片的方法，其中一个表面的至少一部分可由反应性混合物自由形成。可经由光化辐射源在具有弓形光学质量表面的基片上形成眼科镜片前体，所述光化辐射可被控制以使一定体积的反应性混合物的可限定部分固化，其中所述控制可为基于逐体素的。

说明书

技术领域

本发明涉及用于加工眼科镜片的装置、系统和方法，更具体地，涉及加工带有嵌入插入件的镜片，其中所述镜片的至少一部分可按照自由成形方式来形成。甚至更具体地，本发明涉及利用基于体素的光刻的自由成形工艺。

背景技术

传统上，眼科镜片可通过浇铸成型来制成，其中可在相对模具部件的光学表面之间限定的腔体中沉积单体材料。用于将水凝胶塑造成可用制品(诸如，眼科镜片)的多部件模具可包括第一模具部件和第二模具部件，所述第一模具部件具有与眼科镜片的后曲面对应的凸面部分，所述第二模具部件具有与眼科镜片的前曲面对应的凹面部分。为了使用此类模具部件来制备镜片，可将未固化的水凝胶镜片制剂放置在一次性塑性前曲面模具部件与一次性塑性后曲面模具部件之间。

前曲面模具部件和后曲面模具部件通常可经由注塑技术形成，其中可迫使熔化的塑料进入具有至少一个光学质量表面的精加工钢质模具中。可根据期望的镜片参数将前曲面和后曲面模具部件结合在一起以成形镜片。随后可(例如通过暴露于热和光)使镜片制剂固化，从而形成镜片。在固化之后，可将模具部件分离并且可将镜片从模具部件取出。

对于镜片大小和光焦度种类不多但批量很大的情况，浇铸模塑眼科镜片尤其有用。然而，注塑工艺的特性和设备可使得很难根据具体患者的眼睛或具体应用来形成定制镜片。因此，已研究出其他技术，例如车床加工镜片纽和立体光刻技术。然而，车床加工可能需要高模量镜片材料，可能耗时，并且可用表面的范围可能有限，立体光刻还未生产出适用于人使用的镜片。

近来，已提出可包括插入件的新型眼科镜片，其中所述插入件可被结合到标准眼科镜片材料(例如，水凝胶)中。目前的模塑技术可能不适合于制造这些示例性眼科镜片，与车床加工和立体光刻相关联的问题可能由于插入件的增加而加重。例如，在眼科镜片表面中车床加工过于深可能损坏封装的插入件。

与标准眼科镜片不同，可能需要附加制造步骤以允许标准眼科镜片附着或封装插入件。通过典型的模塑技术，将前曲面模具部件从后曲面模具部件牵拉的应力可能使镜片材料与插入件分离。因此，可能可取的是开发另选的技术来形成带有插入件的眼科镜片。

发明内容

能够执行根据本发明的这些制造方法的自由成形方法和相应设备克服如上面简要描述的与现有技术相关联的缺点。另外，本发明公开了利用基于体素的光刻技术制造带有插入件的眼科镜片的方法，其中一个表面的至少一部分可由反应性混合物自由形成。在一些实施例中，可经由可控制的光化辐射源在具有光学质量表面的基片上形成眼科镜片前体，所述可控制的光化辐射可使一定体积的反应性混合物的可限定部分固化。

在示例性实施例中，在前曲面模具块或后曲面模具块上形成眼科镜片可限制在从自由成形设备取出时施加在带有插入件的眼科镜片上的应力。类似地，在其它示例性实施例中，自由成形技术可与传统的模塑方法集成，其中所述自由成形技术可降低在两个模具部件之间形成镜片所需的压力。

附图说明

下文是附图所示的本发明优选实施例的更为具体的说明，通过这些说明，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1示出可用于实现本发明的一些示例性实施例的自由成形设备的示例性实施例。

图2示出可用于实现本发明的一些示例性实施例的凸模具芯轴上的自由成形镜片或自由成形镜片前体的实施例。

图3A示出眼睛上的可通电眼科镜片的示例性实施例的剖面图。

图3B示出可通电眼科镜片的示例性实施例的前视图。

图4示出介质插入件的示例性实施例的前视图，其中可通电眼科镜片可包括示例性介质插入件。

图5A-5F示出利用自由成形方法将介质插入件封装在生物相容性聚合材料内的工艺流程的示例性实施例。

图6A-6D示出利用自由成形方法将介质插入件封装在生物相容性聚合材料内的工艺流程的另选的示例性实施例。

图7示出带有插入件的镜片的示例性实施例，其中可通过在可根据本发明的一些实施例形成的自由成形处理的生物相容性聚合材料上生成的特征结构来捕集所述插入件。

图8示出图7所示的装置的示例性附加工艺，其中在装置上添加附加捕集特征结构。

图9示出利用基于自由成形的工艺来封装被置于生物相容性聚合材料上的插入件的设备的示例性实施例。

图10示出采用环形插入件的设备的示例性实施例，其中可利用自由成形方法生成定制的光学区。

图11示出可用于实现本发明的一些实施例的形成带有插入件凹坑限定特征结构的光学器件的设备的示例性实施例。

图12A-12F示出可用于实现本发明的一些实施例的利用带有插入件凹坑限定特征结构的成形光学器件的工艺流程的示例性实施例。

图13A-13F示出可用于实现本发明的一些实施例的形成包含眼科装置的插入件的示例性方法。

具体实施方式

本发明提供用于形成带有嵌入或部分嵌入的插入件的镜片的方法、装置和系统。以下章节将详细说明本发明的实施例。虽然作了详述，但优选和可供选择的实施例均仅为示例性实施例，可理解其变化、修改和更改对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此应该理解示例性实施例并不限制下述发明的各个方面的广泛性。

术语表

在涉及本发明的该说明书和权利要求书中，所使用的各个术语定义如下：

光化辐射：如本文所用，是指能够引发化学反应的辐射。

弧形：如本文所用，是指象弓一样的弯曲形状。

比尔定律(Beer's Law)或比尔朗伯定律(Beers-Lambert Law)：如本文所用，是指I(x)/I₀＝exp(-acx)，其中I(x)可以是作为距受辐照表面的距离x的函数的强度，I₀可以是表面处的入射强度，a可以是吸收组分的吸收系数，c可以是吸收组分的浓度。

准直：如本文所用，是指限制辐射的锥角，所述辐射包括诸如作为来自设备的输出而行进的光，所述设备接收辐射用作输入。在一些示例性实施例中，可限制锥角，使得行进的光束是平行的。因此，准直器包括执行此功能的设备，准直的则描述作用于辐射的结果。

远侧：如本文所用，是指在远离成形光学器件的位置的表面。例如，镜片前体的远端可以是与接触成形光学器件的表面相比更远离成形光学器件的表面。

DMD：如本文所用，是指数字微镜装置，其可以是由功能性地安装在CMOS SRAM之上的活动微镜阵列组成的双稳态空间光调制器。可通过将数据载入反射镜下的存储单元来独立控制各个反射镜以引导反射光转向，从而将视频数据的像素空间映射到显示器上的像素。数据以二进制方式静电地控制反射镜的倾斜角，其中反射镜状态为+X度(开)或-X度(关)。对于当前的装置，X可为10度或12度(标称)。然后由开反射镜反射的光可通过投影镜片并投射到屏幕上。光可在反射关闭时产生暗视场，并确定图像的暗电平基准。图像通过介于开电平与关电平之间的灰度调制来形成，开关速率快到足以让观看者将其视为完整图像。DMD(数字微镜装置)可包括DLP投影系统。

DMD脚本：如本文所用，是指空间光调制器的控制协议以及任何系统部件的控制信号，系统部件例如为光源或滤光轮，其中任何者都可包括一系列时序命令。使用首字母缩写DMD可能并不表示将该术语的使用限于空间光调制器的任何一种具体类型或尺寸。

依他菲康：如本文所用，是指可用作反应性混合物的示例性材料，并且可包括约95％HEMA(2-甲基丙烯酸羟乙酯)、1.97％MAA(甲基丙烯酸)、0.78％EGDMA(乙二醇二甲基丙烯酸酯)和0.10％TMPTMA(三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)-交联剂、约1％NORBLOC 7966(一种苯并三唑类紫外线阻滞剂)和约1％光引发剂CGI 1700以及稀释剂-BAGE(甘油硼酸酯)(US 4,495,313)，并且活性组分：稀释剂的比率为52∶48。

固化辐射：如本文所用，是指足以进行下列一者或多者的光化辐射：聚合和交联基本上所有的构成镜片前体或镜片的反应性混合物。

流体镜片反应性介质：如本文所用，是指反应性混合物，其天然形态、反应后的形态或部分反应后的形态可以是可流动的，并且可进一步加工成为眼科镜片的一部分。

自由成形或自由成形的：如本所用，是指可通过反应性混合物的交联形成并且可不根据浇铸模具来成形的表面。凝胶点：如本所用，是指可首先观察到凝胶或不可溶部分的点。凝胶点可以是转化程度，在该点液态聚合混合物变为固态。凝胶点可以使用索格斯列特实验来确定：可在不同的时间点停止聚合物反应，并且可分析得到的聚合物以确定残余不溶性聚合物的重量分数。可将数据外推至可不存在凝胶的点，该点可为凝胶点。凝胶点还可以通过分析反应期间反应性混合物的粘度来确定。可使用平行板流变仪将反应混合物放在板之间来测量粘度。至少一块板应透过聚合反应所用波长的辐射。粘度接近无穷大的点可为凝胶点。对于给定的聚合物体系和指定的反应条件，凝胶点以相同的转化度发生。

镜片或眼科镜片：如本文所用，是指驻留在眼睛内或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可提供光学矫正或可为美容的。例如，术语镜片可以指可用于矫正或改善视力或增强眼部机体美观效果(例如，虹膜颜色)而不影响视力的接触镜片、眼内镜片、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其它类似装置。在一些示例性实施例中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成的软性接触镜片，其中水凝胶包括但不限于硅氧烷水凝胶和含氟水凝胶。

镜片前体：如本文所用，是指由镜片前体形成物和与镜片前体形成物接触的流体镜片反应性介质组成的复合物件。例如，在一些示例性实施例中，在一定体积的反应性混合物内制备镜片前体形成物的过程中，可形成流体镜片反应性介质。从用于制备镜片前体形成物的一定体积的反应性混合物中分离出镜片前体形成物和所附着的流体镜片反应性介质，可生成镜片前体。另外，镜片前体可通过移除大部分流体镜片反应性混合物或将大部分流体镜片反应性介质转化成非流体结合材料而转化成不同的实体。

镜片前体形成物：如本文所用，是指具有至少一个光学质量表面的非流体物，其经进一步加工即可相容地结合到眼科镜片中。

镜片形成混合物或反应性混合物或反应性单体混合物(RMM)：如本文所用，是指可固化并交联、或可交联以形成眼科镜片的单体或预聚物材料。各种实施例可包括具有一种或多种添加剂的镜片形成混合物，例如紫外线阻滞剂、着色剂、光引发剂或催化剂以及眼科镜片(例如接触镜片或眼内镜片)可能需要的其他添加剂。

介质插入件：如本文所用，是指将并入通电眼科装置中的封装插入件。可将通电元件和电路嵌入介质插入件中。介质插入件限定了通电眼科装置的主要用途。例如，在通电眼科装置允许使用者调整光焦度的示例性实施例中，介质插入件可包括控制光学区中的液体弯月面部分的通电元件。另选地，介质插入件可以是环形的以使得光学区可不含材料。在此类示例性实施例中，镜片的通电功能可不是光学性能，但是例如可监测葡萄糖或施用药物。

模具：如本文所用，是指可以用于由未固化的制剂来形成镜片的刚性或半刚性物体。一些优选的模具包括形成前曲面模具部件和后曲面模具部件的两个模具部件。

辐射吸收组分：如本文所用，是指可被结合在反应性单体混合物制剂中并且可吸收特定波长范围中的辐射的辐射吸收组分。

从模具剥离：如本文所用，是指镜片完全从模具分离或者可只是松散地附接使得其可通过药签轻微搅动或推开而取出。

刚性插入件或插入件：如本文所用，是指保持预定形貌的插入件。在一些示例性实施例中，当包括在眼科镜片中时，刚性插入件可有助于镜片的功能和/或模量。例如，刚性插入件的不同形貌或其内的密度可以限定能够校正具有散光的使用者的视力的区。刚性插入件可为足够柔性以允许将眼科镜片放置在眼睛上以及将眼科镜片从眼睛取出。

基于体素的光刻镜片前体：如本文所用，是指使用基于体素的光刻技术形成镜片前体形成物的镜片前体。

如本文所用，基片意指在上面放置或形成其他实体的物理实体。

瞬态镜片反应性介质：如本文所用，是指可以在镜片前体形成物上保持流体或非流体形态的反应性混合物。但是，瞬态镜片反应性介质可通过下述中一者或多者而大部分除去：在其结合到眼科镜片中之前的清洁、溶剂化和水合步骤。因此，为清楚起见，镜片前体形成物和瞬态镜片反应性混合物的组合不构成镜片前体。

体素或光化辐射体素：如本所用，是指表示三维空间中的规则网格上的值的体积元。体素可被视为三维像素；然而，其中像素表示二维图像数据，体素包括三个维度。此外，其中体素常用于可视化以及医疗和科研数据分析，在本发明中，体素可用于限定到达特定体积的反应性混合物的光化辐射量的边界，从而控制该具体体积的反应性混合物的交联或聚合速率。举例来说，本发明中的体素被视为存在于与二维模具表面共形的单层内，其中光化辐射可垂直地辐射到二维表面并以每一个体素的共同轴向尺寸表示。例如，具体体积的反应性混合物可以按768×768个体素交联或聚合。

基于体素的镜片前体：如本文所用，是指使用基于体素的光刻技术形成镜片前体形成物的镜片前体。

Xgel：如本文所用，Xgel是指可交联的反应性混合物的化学转化率的程度，其中所述混合物中凝胶份额大于零。

设备

基于体素的光刻(自由成形)光学设备

基于体素的光刻光学设备可以是使用光化辐射来形成镜片前体形成物和镜片前体的部件。在本发明中，设备可接收高均匀强度的辐射，并且可在整个成形光学器件表面的众多离散点上(基本上以基于逐体素的方式)引导对成形光学器件表面的照射。这种引导可允许该部件沿着特定体素位置的光路控制反应性混合物中可发生的反应的程度。这样的反应程度可确定该特定位置中的反应材料的体积，并因此确定形成在其上的镜片前体的形状。

现在转向图1，基于体素的光刻光学成形设备100的部件可将辐射光束投射在反应性混合物的最终目标区域上。在一些实施例中，相对于成形光学器件130或芯轴的表面140的角度，该辐射或光可被聚集到垂直取向上。在成形设备100的一些示例性实施例中，辐射或光可按照大致垂直的方式投射到成形光学器件130的表面140。成形光学器件130可经由扣环121或其他扣紧装置保持就位，扣紧装置可以使光学系统相对于成形光学器件130保持在正确取向上。光基于逐体素地横跨光学器件表面140上可采取的其它路径可为显而易见的，并且在本发明的范围内。

在包括反应性单体混合物的贮存器150和成形光学器件130与光束的相对取向可为显著的示例性实施例中，可包括用于它们的联锁位置的附加机构，例如，带有相关联的联锁特征结构180和122的成形光学器件保持构件170。保持构件170与联锁特征结构180和122之间的对准还可提供使贮存器150在成形光学器件表面140上居中的位置控制。在一些示例性实施例中，可通过间隔环151来增强这种位置控制，所述间隔环还可控制添加到贮存器150的反应性单体混合物的体积。

在一些示例性实施例中，氧气的存在可使单体光化学改性，并且充当光生自由基的清除剂。因此，可能需要用于控制反应性单体混合物145周围的环境气体的装置以允许反应性单体混合物145均匀反应。例如，在一些示例性实施例中，贮存器150可被封闭在约束容器190中，所述约束容器可排除诸如氧气的环境气体。可通过经包括在约束容器190中的管或通道160流入惰性气体(诸如，氮气)来增强这种排除。在其它示例性实施例中，可通过控制流过包括在约束容器190中的通道160的气体中氧气的稀释来管理含氧量。

可利用可允许眼科镜片正确形成的足够体积的反应性单体混合物145来填充贮存器150。在一些示例性实施例中，可在可将成形光学器件130相对于贮存器150定位之前进行这种填充。在其它示例性实施例中，成形光学器件130和贮存器150可被放置在约束容器190内并利用穿过通道160的气体流来进行吹扫。另选地，反应性单体混合物145可在被放置在贮存器150内之前被脱气或过滤。或者，可将一定体积的单体反应性混合物145定量地填充到贮存器150中，在所述贮存器中反应性单体混合物145可与成形光学器件130的表面140的至少一部分相互作用。

可存在许多手段来将反应性单体混合物145转移至贮存器150，包括手动填充、通过自动装置(例如，自动反馈控制系统)的定量流体转移、或者填充直至水平检测器在贮存器150中测量到适当水平的反应性混合物145。在本发明的范围内，可使用其它填充技术。

在含氧量对于光学加工步骤可至关重要的示例性实施例中，可以显而易见的是，氧气在反应性单体混合物145中可能以溶解的物质存在。在此类实施例中，可能需要在反应性单体混合物145中达到氧气浓度的装置。一些实现此功能的此类实施例可包括允许混合物驻留在有吹扫气体160可流过的气体环境中。另选的实施例可能涉及反应性单体混合物源中溶解气体的真空吹扫，以及在混合物分配时通过气体与待分配液体的膜交换重建所需的氧气量。

在本发明的范围之内，任何可将所需的溶解气体以合适的浓度形成的装置显然可为合格的。此外，根据更一般的观点，在存在或不存在溶解氧的情况下，其他材料也可以充当合适的抑制剂。根据更一般性的观点，在本发明的范围之内预期会有包括建立并保持合适的抑制剂含量的设备的示例性实施例。

在一些示例性实施例中，可在空间网格111上控制并改变光化辐射110，其中光化辐射110可使反应性单体混合物145的部分胶凝成特定三维形状。在一些此类实施例中，使RMM 145暴露于光化辐射110可得到镜片前体，所述镜片前体可具有胶凝区域和流体反应性介质区域两者。所述流体反应性介质对于在胶凝表面上形成光学质量表面是重要的，但也可用于将镜片前体的部分附着到其它表面(包括例如插入件或其它基片的表面)。

自由成形设备100的一些示例性实施例可允许至少一个表面可不在模塑工艺的作用下形成的其它自由成形制备方法。例如，空间调节光强度的各种方法可包括DMD装置和空间光调节器。另选地，可使用基于体素的光刻来形成眼科镜片的生物相容性聚合材料部分，插入件可被放置在所述部分上或所述部分中。

示例性成形光学设备

参见图2，示出成形光学器件210的详细示例。成形光学器件210可由许多光学透明的材料制成，其中光束250(诸如，光化辐射)可穿过成形光学器件210并投射在成形光学器件210的表面上。来自受控辐射源240(可以是成形光学器件210的一部分)的光束250可形成胶凝眼科镜片材料220，可通过光学设备210与来自受控辐射源240的光250结合来使所述材料成形。在一些示例性实施例中，例如，成形光学器件210可包括熔融石英或者透明的聚合物材料。成形光学器件210的表面可形成为或者可被加工成包括可用于形成眼科镜片和/或使插入件在眼科镜片内对准的特征结构。例如，边缘230可用于使所得的镜片前体边缘成形为眼科镜片的适当成形的特征结构。又如，成形光学器件210可包括基准或划线标记以用于取向和内外对准。

包含有插入件的镜片以及具有用于生物相容性聚合材料的示例性材料的插入件类型的示例

本文所述的一个技术目的可包括形成在其主体内可包括嵌入的插入件的眼科镜片。所述镜片可具有柔性的生物相容性区域，所述区域可封装或围绕插入件。在一些示例性实施例中，优选的镜片材料可包括含硅氧烷的组分。详细描述在下面给出。

含硅氧烷的组分可以是在单体、大分子单体或预聚物中含至少一个[-Si-O-]单元的组分。优选地，以含硅氧烷的组分的总分子量计，所有Si和所连接的O在含硅氧烷的组分中的含量可大于约20重量％，还更优选地大于30重量％。可用的含硅氧烷的组分优选地包含可聚合的官能团，诸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基、N-乙烯基内酰胺、N-乙烯基酰胺和苯乙烯基官能团。

在一些示例性实施例中，围绕插入件的柔性生物相容性聚合部分或插入件封装层可包含标准水凝胶眼科镜片制剂。具有可向多种插入件材料提供合格匹配特性的示例性材料可包括那拉菲康族(包括那拉菲康A和那拉菲康B)和依他菲康族(包括依他菲康A)。下文将对与本领域一致的材料性质进行更全面的技术讨论。本领域中的技术人员可认识到，除所讨论的那些材料之外的其他材料还可形成密封的和封装的插入件的合格的封装件或部分封装件，并且应将其视为符合并包含在权利要求书的范围内。

合适的含硅氧烷的组分包括式I的化合物

其中R¹可独立地选自一价反应性基团、一价烷基基团或一价芳基基团，上述任何基团还可包含选自羟基、氨基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰胺基、氨基甲酸酯、碳酸酯、卤素或它们的组合的官能团；并且一价硅氧烷链含有1至100个Si-O重复单元，所述重复单元还可以包含选自烷基、羟基、氨基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰氨基、氨基甲酸酯、卤素或其组合的官能团；其中b＝0至500，其中应理解，当b可不为0时，b可为众数(mode)等于指定值的分布；其中至少一个R¹包含一价反应性基团，并且在一些示例性实施例中，一个至3个R¹包含一价反应性基团。

如本文所用，“一价反应性基团”可为可经历自由基和/或阳离子聚合的基团。自由基反应性基团的非限制性例子包括(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯基、乙烯基、乙烯基醚、(甲基)丙烯酸C1-6烷基酯、(甲基)丙烯酰胺、C1-6烷基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基内酰胺、N-乙烯基酰胺、C2-12烯基、C2-12烯基苯基、C2-12烯基萘基、C2-6烯基苯基、C1-6烷基、O-乙烯基氨基甲酸酯和O-乙烯基碳酸酯。阳离子反应性基团的非限制性例子包括乙烯基醚或环氧基团以及它们的混合物。在一个示例性实施例中，自由基反应性基团包括(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰氧基、(甲基)丙烯酰胺、以及它们的混合物。

合适的一价烷基基团和芳基基团包括未取代的一价C1至C16烷基基团、C6-C14芳基基团，例如取代的和未取代的甲基、乙基、丙基、丁基、2-羟丙基、丙酰氧丙基、聚氧乙烯丙基、其组合等。

在一些示例性实施例中，b可以为零，一个R¹可以为一价反应性基团，并且至少3个R¹可选自具有一个至16个碳原子的一价烷基基团，并且在其它实施例中，可选自具有一个至6个碳原子的一价烷基。该实施例的硅氧烷组分的非限制性例子包括2-甲基-，2-羟基-3-[3-[1，3，3，3-四甲基-1-[(三甲基甲硅烷基)氧基]二硅氧烷基]丙氧基]丙酯(“SiGMA”)、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙氧基丙基-三(三甲基甲硅烷基)硅烷、

3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷(“TRIS”)、

3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲基硅烷基)甲基硅烷以及

3-甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷。

在其它示例性实施例中，b可为2至20、3至15，或在一些实施例中为3至10；至少一个末端R¹可包含一价反应性基团，剩余的R¹选自具有1至16个碳原子的一价烷基基团，并且在另一示例性实施例中选自具有1至6个碳原子的一价烷基基团。在另一示例性实施例中，b可为3至15，一个末端R1可包含一价反应性基团，另一个末端R1可包含具有1至6个碳原子的一价烷基基团并且剩余的R1可包含具有1至3个碳原子的一价烷基基团。本示例性实施例的硅氧烷组分的非限制性例子包括(一-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)-丙醚封端的聚二甲基硅氧烷(分子量为400-1000)(“OH-mPDMS”)、一甲基丙烯酰氧基丙基封端的单正丁基封端的聚二甲基硅氧烷(分子量为800-1000)(“mPDMS”)。

在其它示例性实施例中，b可为5至400或10至300，两个末端R¹均可包含一价反应性基团，并且剩余的R¹可独立地选自具有1至18个碳原子的一价烷基基团，所述一价烷基基团在碳原子之间可具有醚键并且还可包含卤素。

在一些示例性实施例中，在可能需要硅氧烷水凝胶镜片的情况下，本发明的镜片将由反应性混合物制成，基于用于制造所述聚合物的反应性单体组分的总重量计，所述反应性混合物包含至少约20％重量并且优选为约20％重量和70％重量之间的含硅氧烷的组分。

在其它示例性实施例中，一至四个R1可包含下式的乙烯基碳酸酯或氨基甲酸酯：

式II

其中：Y表示O-、S-或NH-；R表示氢或甲基；d可为1、2、3或4；并且q可为0或1。

含硅氧烷的乙烯基碳酸酯或乙烯基氨基甲酸酯单体具体包括：1，3双[4(乙烯氧基羰基氧基)丁-1-基]四甲基二硅氧烷；3(乙烯氧基羰基硫基)丙基[三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷]；3[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基烯丙基氨基甲酸酯；3[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基乙烯基氨基甲酸酯；碳酸三甲基甲硅烷基乙基乙烯酯；碳酸三甲基甲硅烷基甲基酯乙烯酯，并且在期望生物医疗装置的模量在约200以下的情况下，只有一个R1应包含一价反应性基团，并且剩余的R1基团中不超过两个将包含一价硅氧烷基团。

另一类含硅氧烷的组分包括下式的聚氨酯大分子单体：

式IV-VI

(*D*A*D*G)a*D*D*E1；

E(*D*G*D*A)a*D*G*D*E1或；

E(*D*A*D*G)a*D*A*D*E1

其中：

D代表具有6至30个碳原子的烷二基、烷基环烷二基、环烷二基、芳二基或烷基芳二基，

G代表具有1至40个碳原子并且主链中可包含醚、硫代键或胺键的烷二基、环烷二基、烷基环烷二基、芳二基或烷基芳二基；

*代表氨基甲酸酯或脲基键；

a可为至少1；

A代表下式的二价聚合基：

式VII

R¹¹独立地代表具有1至10个碳原子并且碳原子之间可以包含醚键的烷基或氟代烷基基团；y可为至少1；并且p提供400至10,000的部分重量；E和E1中的每一个独立地代表可聚合的不饱和有机基，其用下式表示：

式VIII

其中：R¹²可以为氢或甲基；R¹³可以为氢、具有1至6个碳原子的烷基或-CO-Y-R¹⁵基，其中Y为-O-、Y-S-或-NH-；R¹⁴可以为具有1至12个碳原子的二价基团；X代表-CO-或-OCO-；Z代表-O-或-NH-；Ar代表具有6至30个碳原子的芳基；w可为0至6；x可为0或1；y可为0或1；z可为0或1。

优选的含硅氧烷的组分可以是由如下式表示的聚氨酯大分子单体：

式IX(可以通过结合对应星号区域*至*、**至**来了解完整特征)

其中R16可以是移除异氰酸酯基团后的二异氰酸酯的双自由基，诸如异佛乐酮二异氰酸酯的双自由基。其它合适的含硅氧烷的大分子单体可以是由氟代醚、羟基封端的聚二甲基硅氧烷、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸异氰基乙酯的反应形成的式X的化合物(其中x+y可以是在10至30范围内的数值)。

式X(可以通过结合对应星号区域*至*来了解完整特征)

其他适合用于本发明的含硅氧烷的组分包括大分子单体，所述大分子单体包含聚硅氧烷基团、聚亚烷基醚基团、二异氰酸酯基团、聚氟代烃基团、聚氟醚基团和多糖基团；具有极性氟化接枝或具有氢原子连接到末端二氟代碳原子的侧基的聚硅氧烷；含醚键和硅氧烷键的亲水性硅氧烷基甲基丙烯酸酯以及含聚醚基团和聚硅氧烷基团的可交联单体。上述任何聚硅氧烷也可用作本发明中的含硅氧烷的组分。

现在参见图3A、图3B和图4，图3A示出用于眼睛350上的通电眼科装置360的介质插入件355的示例性实施例的侧视图，图3B示出对应通电眼科装置360的前视图，图4示出介质插入件455的前视图。图3A和图3B的介质插入件355可包括光学区365，该光学区可能提供或可能不提供第二功能，包括例如视力矫正。在眼科装置的通电功能可与视力无关的情况下，介质插入件355的光学区365可不含材料。

在一些示例性实施例中，介质插入件355可以包括不在光学区365内的部分，所述介质插入件包括结合通电元件(诸如，功率源363)和电子部件(诸如，处理器362)的基片。在一些实施例中，包括例如电池的功率源363和包括例如半导体芯片的处理器362可附接到基片。在一些此类方面，导电迹线366可以电连接电子部件362、361和通电元件或功率源363。

在一些示例性实施例中，介质插入件355还可以包括接收器367，其可以无线检测外部装置的接口数据、将接口数据发送至外部装置并且从外部装置接收接口数据。接收器367可例如通过导电迹线366与处理器362和功率源363电通信。

在一些示例性实施例中，可对处理器362进行编程以建立眼科镜片360的功能性的参数。例如，在眼科镜片360包括光学区365内的可变光学部分的情况下，处理器362可编程为用于设定通电光焦度。此类示例性实施例可允许大量生产具有相同组成但包括独特编程的处理器的介质插入件。

可在将电子部件361-363、366、367封装入介质插入件355之前对处理器362进行编程。另选地，可在封装之后对处理器362进行无线编程。无线编程可以允许在制造过程之后例如通过医生办公室、商店或家中的编程设备进行定制。在一些示例性实施例中，外部装置可能够对眼科镜片360进行编程。

为了进行示意性的说明，在环形形式或构造中可示出示例性介质插入件355，所述介质插入件可不包括光学区365中的部分，尽管对于功能性插入件的机械实现而言可以存在多个可能性。然而，在介质插入件355的功能可能与视力有关的情况下，介质插入件355可以包括光学区365中的可通电元件。例如，介质插入件355可包括可变光学部分，其中介质插入件355可基于不同的通电水平提供视力矫正的多个光焦度。需着重注意的是可通电元件可包括球面光焦度、柱面光焦度和/或对高阶像差的矫正。另外，需着重注意的是镜片可以是圆形、非圆形、平面的、非平面的和/或其任何组合。

例如，液体弯月面镜片可促进具有可变聚焦能力的光学器件，如随后更详细说明的。

在一些示例性实施例中，上述外部装置可包括用于可变光学部分的控制机构或其它可调节功能。例如，可基于诸如有老花眼的使用者的观看距离来调节可变光学部分。在一些示例性实施例中，可变光学部分可包括液体弯月面，其中两个不同的不混溶液体可分层。液体弯月面可在通电时改变形状，从而允许液体弯月面提供通电光焦度和未通电光焦度。相似地，在其它示例性实施例中，可变光学部分可包括液晶，其中液晶内的对准可通过通电而改变，从而允许多种光焦度。

在未示出的另外的示例性实施例中，插入件可不包括通电元件。在一些此类方面，插入件可提供用于眼科镜片的无源功能。例如，刚性插入件可包括偏振特征结构、无源生物标记指示器或者无源美观特征结构(诸如，虹膜着色)。

介质插入件355可被完全封装以保护和容纳通电元件363、迹线366以及电子部件361、362和367。在一些示例性实施例中，封装材料可为半可渗透的例如以防止特定物质，诸如水进入介质插入件355并允许特定物质，诸如环境气体或通电元件内反应的副产物渗透或从介质插入件355逸出。

在一些示例性实施例中，刚性插入件(未示出)或介质插入件355可包括在眼科装置360中，所述眼科装置可包含聚合物生物相容性材料。眼科装置360可包括刚性中心、柔性裙边设计，在该设计中，中心刚性光学元件包括介质插入件355。在一些特定实施例中，介质插入件355可与大气和/或相应的前表面和后表面上的角膜表面直接接触，或者作为另外一种选择，介质插入件355可以封装在眼科装置360中。眼科装置360的周边364可为柔性生物相容性材料，包括例如聚合的反应性单体混合物，诸如水凝胶材料。

现在参见图4，示出带有非光学区区域和光学区区域465两者的插入件455的示例性实施例的俯视图。一些此类实施例可包括支持电池型通电元件的元件(诸如，电极475、480、485、490)，电池化学物质可被置于其上并封装。

例如，可围绕周边包括两个碱性电池对的一系列组合并通过互连元件466将其电连接。这些元件可定位于非光学区区域中，因为这些材料可能吸收或散射光。非光学区区域还可具有电子部件(包括电路元件)，这些电子部件可被封装在插入件主体内并连接到通电元件462。在各种示例性实施例中可存在制成电路元件的其它连接和电极。

制备包含插入件的眼科镜片的自由成形方法

参见图5A-5F，示出利用基于体素的光刻自由成形方法的各方面形成包含插入件的眼科镜片的工艺步骤。在该示例性实施例中，在步骤510可形成专用凹孔511。可通过包括热成形、模塑或三维印刷的多种工艺来形成专用凹孔511。专用凹孔511可包括突起的支撑特征结构512，所述支撑特征结构可允许将可被封装在眼科镜片内的插入件固定和放置。其它示例性实施例可包括模具表面上的附加特征结构512，但至少三个突起512(示出了其中两个)可用于建立插入件的保持位置。

在步骤520，可将插入件放置在突起的支撑特征结构512上。在一些示例性实施例中，支撑特征结构512可以是相对尖锐的特征结构，其被设计成与插入件主体中预成形的特征结构配合以允许优选的取向。在插入件处于其指定的位置的情况下，如步骤530所示，可用反应性介质填充贮存器。在一些另选的示例性实施例中，可不需要配合，支撑特征结构512可用作对准机构，其中支撑特征结构512可允许插入件521相对于成形光学器件541精确居中。例如，支撑特征结构512可接触插入件521的周边并将其固定在专用凹孔511内。又如，支撑特征结构(未示出)可与成形光学器件集成。

在另选的示例性实施例中，贮存器可在放置插入件之前已经包含反应性介质或者插入件并且支撑特征结构可被下放到贮存器中。在步骤530，通过提及的各种方法中的一个，可将插入件定位于反应性单体混合物浴中的确定位置处，可使用所述反应性单体混合物通过基于体素的光刻法来封装插入件。

参见图5D和步骤540，可将成形光学器件541定位到靠近插入件的限定位置中。当来自光学系统542的光可穿过成形光学器件照射时，反应性单体可聚合。通过基于体素的光刻系统所允许的不同能力，可精确地控制聚合层的厚度。在一些示例性实施例中，成形光学器件与插入件之间的整个区域可被聚合。在许多示例性实施例中，围绕插入件周边的区域也可经受受控的聚合。在获得成形光学器件与插入件之间的区域的聚合之后，插入件附接到成形光学器件。

由于在稍后的步骤将聚合材料从成形光学器件剥离可能很重要，所以在成形光学器件可被下放到反应性单体混合物中之前可对成形光学器件表面执行许多准备步骤，诸如用剥离剂涂覆该表面，所述剥离剂可有利于通过基于热、光敏或化学/溶剂化的作用将聚合材料剥离。例如，可在成形光学器件可用于聚合反应性单体混合物之前将水溶性粘合剂施加到成形光学器件。在稍后的水合步骤，附着的镜片产品可由于粘合剂在基于水或蒸汽的环境中的溶剂化而剥离。需着重注意的是可使用任何合适的材料。

在成形光学器件表面与插入件之间的单体可被聚合之后，光学系统542的曝光可继续照射反应性单体混合物。然而，在插入件区域中，光可穿过插入件本身。如例如图3B所示，在光学区365中的一些区域中，光可容易地穿过插入件，带有少量扰动。在这些区域中的插入件的影响可从一个插入件样本至下一样品重复，其中光学系统的控制系统可被编程以针对所述影响进行调节。例如，可针对整个表面调节聚合设置以克服由插入件引起的扰动。另选地，可针对光可穿过插入件的特定区域调节聚合设置。在其它区域中，例如在图3中的电子部件361、362、367的区域中，光可被完全阻挡。因此，在插入件表面的某些非透明区域之上，可存在很小的聚合。基于体素的光刻系统也可被编程以不对插入件表面的某些区域曝光，这些区域也可具有很小的聚合。

参见步骤550，可将成形光学器件以及附接的至少部分封装的插入件从反应性单体混合物去除并按照使得组合的成形光学器件、插入件和聚合材料的远侧区域可指向上的方式放置，使得流体介质可在重力作用下沿着聚合材料的表面向下流。该步骤和方法可以是用于镜片前体制备的基于体素的光刻技术中常常采用的。

在一些情况下，表面551上的流体材料的量可足以流到表面中的各种空隙552中(如果有的话)。所述空隙可以是由于光被插入件中的组分阻挡而引起的聚合特征结构中的空隙。在其它区域553中，可存在由于在选择区域中对光进行编程以便于(例如)支撑特征结构从插入件脱离而故意形成的空隙。在一些情况下，填充镜片表面上的空隙552、553所需的材料量可能超过在将镜片从反应性单体混合物去除的过程中自然保留下的流体材料的量。在一些此类实施例中，可通过包括喷涂、滴落或流动以及印刷技术的各种技术来向空隙区域施加补充的反应性单体混合物。

在通过流体材料的流动以及在任何补充材料可被添加到表面之后使得表面实现期望的形状之后，所得表面以及(在一些实施例中)整个形成的生物相容性聚合材料可经受固化辐射以使任何不完全聚合的材料聚合。可如步骤560所示利用来自源561的辐射来执行固化步骤。当所得产品可从成形光学器件取出时，可得到封装有插入件的眼科镜片。

参见图6A-6D，示出形成带有插入件622的眼科镜片的工艺流程的另选的示例性实施例。在步骤610，可将成形光学器件611定位于容纳有反应性单体混合物的贮存器612内。通过使用自由成形工艺，可由聚合的单体混合物形成所得产品621。产品621可包括凹坑623，插入件622可被放置到该凹坑中。在一些示例性实施例中，在从自由成形贮存器612取出之后，成形光学器件611和产品621可具有在其表面上放置的流体反应性介质。此时在产品上还可存在剩余流体镜片反应性介质。在步骤620，可移动插入件622使其与凹坑623接触。

在一些示例性实施例中，在步骤630，可在组合的插入件622和生物相容性聚合材料产品621的表面631上施加一层反应性单体混合物。可通过包括喷涂、滴落、流动或印刷技术的各种技术来施加混合物。在一些示例性实施例中可进行允许施加的混合物流过整个表面631并呈现均匀的膜的滞留时间。

在步骤640，可进行用于固化辐射的曝光(例如，通过照射源641)以使存在于成形光学器件611上的未反应的和部分反应的单体完全聚合。在一些示例性实施例中，可如图所示从顶侧照射，也穿过成形光学器件611的主体照射。在一些示例性实施例中，流体镜片反应性介质642可流过表面631。

参见图7，示出镜片产品的另选的示例性实施例。例如，所述产品可通过在图6A-6D所示的工艺流程中在610处开始并在620处结束来得到。如果在滞留周期之后可对镜片的顶部以及穿过成形光学器件暴露固化辐射，则可得到镜片产品700，其中镜片插入件的侧面740上以及整个底表面可被捕集在生物相容性聚合材料上。

参见图8，可示出图6A-6D所示的工艺流程800的另一变型。在一些此类变型中，在630，添加的反应性单体可被置于插入件的边缘820周围。随后，当固化辐射可从光学装置810暴露于镜片时，可得到所得部分封装的产品。

参见图9，可示出工艺流程的另一变型900。在一些此类变型中，图6A-6D所示的630处的所得物可被重新放入含有反应性单体混合物的贮存器中。穿过成形光学器件的附加照射可导致整个插入件表面上的沉积物910。在一些示例性实施例中，可将630处的所得物浸入贮存器中，并且一旦从贮存器取出就从部件的凸面侧固化。

如先前讨论的，在光可穿过插入件的区域上可具有聚合的单体混合物，而在其它区域上可具有未聚合或部分聚合的单体混合物的涂层。使用流体介质使其流过镜片前体的整个表面，并且结合有可能向表面添加单体混合物作为流体介质，可得到具有完全封装的插入件的产品。

参见图10，可示出可包括环形插入件的实施例1000的例子。在一些此类实施例中，内部光学区可缺少材料，并且功能性环形插入件1020可被封装在材料内。环形插入件在光学区中可不包括可能阻挡、反射或吸收来自照射源的光的材料。因此，处理视力矫正方面的光学区1010所需的步骤可类似于没有插入件的眼科镜片的处理。

参见图11，示出利用自由成形工艺的概念形成封装在镜片内的插入件的前体成形设备1100的另选的示例性实施例。变化的成形光学器件1110可在其表面上具有特征结构1111，所述特征结构可在形成在其表面上的眼科装置中创建凹坑。延伸的特征结构1121可在其表面上包括聚合材料1122，所述材料可形成凹坑。由于在插入件可被置于聚合材料内或上之前可形成聚合装置，所以在没有具有相似光学特性的插入件的情况下，眼科处方性质或者形成的装置的光学参数可被赋予聚合材料上，类似于镜片的自由成形制备。

参见图12A-12F，示出通过自由成形工艺形成带有插入件的镜片的工艺流程1200，其可利用图11所示的成形光学器件1110、1211的示例性实施例来进行。在步骤1210，可将成形光学器件1211置于填充有反应性单体的贮存器1212中。在一些示例性实施例中，可在成形光学器件1211上形成镜片前体，并且可将附接有镜片前体的成形光学器件1211从贮存器1212取出。在步骤1220，可将镜片前体压到固定夹具1221中。为了进行示意性的说明，图12A-12F所示的步骤涉及镜片前体，但在其它示例性实施例中，镜片前体形成物也可以是有效的。

在一些方面中，夹具1221可被限定为使得镜片前体仅沿着其边缘接触。通过利用固化辐射穿过成形光学器件照射镜片前体，所述镜片前体可被固化，其中周边可附接到固定夹具1221，而光学区区域形成未附接的镜片表面1222。在步骤1230，可将成形光学器件1211从聚合材料剥离。可通过在成形光学器件1211表面上使用剥离剂来方便这种剥离。另选地，物理应力可允许将镜片从成形光学器件1211取出。

在步骤1240，可将插入件1241置于形成在生物相容性聚合材料装置中的凹坑中。可利用各种方法(例如，通过注入)在插入件1241装置上添加反应性单体混合物。在一些示例性实施例中，在步骤1250，可通过后曲面特征结构1251使添加的单体混合物模塑。在步骤1260，模具1221、1251和单体混合物可经受辐射以使单体聚合成围绕镜片插入件1241的镜片材料的封装生物相容性聚合材料1262。在示例性实施例中，可将后曲面特征结构1251与模具1221分离。可将眼科镜片1262、1241从模具1221取出并进行水合。

在一些实施例中，后曲面特征结构1251与模具1221的分离可通过两个部件1251、1221之间的机械分离来进行。一旦分离，就可将眼科镜片1262、1241从模具1221或后曲面特征结构1251剥离(例如，通过物理应力)。另选地，后曲面特征结构1251和模具1221中的一者或两者可为可溶的。此类例子可降低眼科镜片1262、1241上的脱模工艺的应力，并因此，可降低损坏眼科镜片1241、1262的可能性。

在一些示例性实施例中，软镜片部分1262和模具1221之间的接触区域可与软镜片部分1262和后曲面特征1251之间的接触区域不成比例。在脱模过程中，眼科镜片1262、1241可保持附接到带有最大接触区域的模塑部件，同时允许带有最小接触区域的模塑部件以剥离眼科镜片1262、1241。此类实施例可确保眼科镜片1262、1241保持附接到可溶的模塑部件。

眼科镜片1262、1241和可溶的模塑部件可被置于溶液中，其中所述模塑部件可从眼科镜片1262、1241上被溶解掉。在一些示例性实施例中，模塑部件可溶解在水性溶液中，所述水性溶液可以还能够对眼科镜片1262、1241进行水合。

在其它示例性实施例中，模具1221和后曲面特征结构1251可均为可溶的，可不需要机械脱模工艺。在步骤1260聚合之后，模塑部件1221、1251和模塑的眼科镜片1241、1262可被置于溶液中，从而允许模具1221和后曲面特征结构1251从眼科镜片1241、1262上溶解掉。在一些例子中，溶解步骤可独立于水合步骤进行，其中眼科镜片1241、1262可对溶解溶液具有耐受性。另选地，溶解溶液可以是水性的，并且溶解步骤可与水合工艺整合。

参见图13A-13F，示出工艺流程1300的另选的示例性实施例。在一些此类实施例中，在步骤1310，可将成形光学器件1311置于含有反应性单体的贮存器1312中。可在成形光学器件1311上形成镜片前体，并且可将附接有镜片前体的成形光学器件1311从贮存器取出。在步骤1320，可将镜片前体压到固定夹具1321中。夹具1321可被限定为允许镜片前体仅沿着镜片前体的边缘接触夹具1321。

通过利用固化辐射穿过成形光学器件1311照射镜片前体，所述镜片前体可被暂时固化到固定夹具1321，其中镜片前体的周边可附接，而光学区区域可形成未附接的镜片表面1322。在步骤1330，在一些示例性实施例中，可将成形光学器件1311从聚合材料剥离。可通过在成形光学器件表面上使用剥离剂来方便这种剥离。另选地，可通过物理应力将镜片前体从成形光学器件1311取出。

在步骤1340，可将插入件1341置于形成在生物相容性聚合材料装置中的凹坑中。在一些此类实施例中，在步骤1350，可向可容纳固定夹具1321和附接的镜片前体的贮存器添加反应性单体混合物1351。固定夹具1321和反应性单体混合物1351可经受穿过固定夹具1321的辐射，以使单体1351聚合成围绕镜片插入件1341的封装生物相容性材料。在步骤1360，可将反应性单体混合物1351去除，在一些示例性实施例中，可将所得产品反转以允许流体材料流过表面，然后镜片可被进一步照射。然后，流体材料可通过暴露于光化辐射而聚合，所述光化辐射可基于逐体素地施加。

在一些示例性实施例中，光化辐射可能无法有效地穿透插入件1341。在插入件1341包括介质插入件，其中插入件1341包括电子部件的情况下可尤其是这样。在一些此类实施例中，介质插入件可被设计成允许光化辐射穿透预定义的区域。在这些方面，步骤1360可足以形成眼科镜片。

另选地，在步骤1350，光化辐射可不被引导穿过固定夹具。在此类示例性实施例中，可将第二成形光学器件邻近插入件放置在可允许反应性单体混合物将插入件封装在凹坑内的位置中。在一些方面，可利用自由成形技术使反应性单体混合物基于逐体素地聚合。在这些方面，流体未聚合部分可为更靠近成形光学器件的那部分，这可允许流体部分流过可与眼睛接触的表面。进一步暴露于光化辐射(诸如，在1360)可使流体介质聚合从而形成带有插入件的眼科镜片。

另选地，成形光学器件的功能可类似于后曲面模具部件，其中成形光学器件相对于镜片前体和插入件的位置可限定眼科镜片的后曲面部分的形状和尺寸。在此类示例性实施例中，可不需要穿过成形光学器件的光化辐射以基于逐体素地控制聚合。因此，可不需要使流体介质可流过聚合反应性单体混合物的体素的另外的步骤(诸如，步骤1360)。

尽管所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施例，但可显而易见的是，本领域中的技术人员可以对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更，并且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下使用这些变更形式。本发明并非局限于所述和所示的具体构造，而是应该理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。