隱形眼（yǎn）鏡的透氧性及測試方法介紹

　　隱形眼鏡，即（jí）角膜接觸鏡，是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（jí）治療某些眼（yǎn）部疾病的目的。佩戴隱形眼鏡既美觀方便，又視野寬廣（guǎng），令越來越多人拋棄框架鏡（jìng）投入到隱形眼鏡族中。佩戴者在選擇隱形眼鏡時多注重鏡片材質、厚度和（hé）含水量的高低，實際上，這些設計（jì）多是為了提高鏡（jìng）片的透氧性。透（tòu）氧性才是關係到角膜健康（kāng）、佩戴（dài）舒適的重要指標。

一、隱形眼鏡的透（tòu）氧性（xìng）

　　角膜的正常生理功能所需能量依賴於其葡萄糖代謝（xiè）產生的三磷酸腺苷（ATP）。當角膜攝取氧充足（zú）時，一個分子的葡（pú）萄（táo）糖代謝（xiè）後能產生36個ATP，而（ér）缺氧狀態下生成ATP的（de）數量大幅下降，無氧供給時僅產生2個ATP，能量（liàng）供給嚴重不足，從而使（shǐ）角膜的水平衡遭到破壞，電解質代謝紊亂，角膜實質層發生水腫增厚。由此可見，角膜的氧氣（qì）攝取量是促進角膜（mó）糖（táng）代謝、保證其正（zhèng）常運轉的關鍵。

　　當佩戴隱形眼鏡後，角膜氧供（gòng）主要來自兩個渠道：一是淚液運載氧氣透過鏡片（piàn），二是鏡片（piàn）邊緣淚液的排吸交換。隱形眼鏡有硬性和軟性之分，因材質和特點的不同（tóng），兩種鏡片的攝氧方式存在一定（dìng）的差異（yì）。硬性隱形（xíng）眼鏡是（shì）由透明塑膠聚甲（jiǎ）基丙烯（xī）酸甲酯（PMMA）製成，具有良好的加工性，適合（hé）各種屈光不正患者的針（zhēn）對性設計，但PMMA幾乎無透氧性，角膜的（de）供氧主要由鏡片邊（biān）緣淚（lèi）液的排吸交換完成。從20世（shì）紀70年代後，逐漸將矽、氟、酮以有機組合的形式添（tiān）加到PMMA中，大大增加了鏡（jìng）片的（de）氧氣透過性，最終形成了今天的（de）硬（yìng）性隱形眼鏡新形式——高透氧（yǎng）硬（yìng）性隱形眼鏡（RGP）。軟性隱形眼鏡（SCL）由親水性合成高分子（zǐ）化合物製成（chéng），含水量高、氧透過性好，與（yǔ）RGP一樣主要通過鏡片的透氧性直接向（xiàng）角膜供氧。

　　基於（yú）目前（qián）使用最為廣泛的SCL和RGP皆依靠自身的透氧性維持角膜的氧（yǎng）代（dài）謝，因此鏡片的氧（yǎng）氣（qì）透過性越高，引發角膜損傷或（huò）病變的幾率（lǜ）越低，佩（pèi）戴體驗更（gèng）加舒適。隱形（xíng）眼鏡的透氧性一方麵與自身材質（zhì）特性有關，另一方麵也與含水量、厚度以及鏡片老（lǎo）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（hòu）度成反比，但二者卻存在著矛盾。若鏡片製的過薄且含水量高，雖有利於氧氣的透過，但鏡（jìng）片中心材料太少，極易蒸發脫水，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設計，獲得最（zuì）佳透氧性成為研究（jiū）的重點。為了便於衡量隱形眼鏡的透氧性，業界采用測定成（chéng）品鏡片（piàn）的氧（yǎng）氣透過量Dk/t和氧氣透過係數Dk的方法。Dk是指在規定條件和單（dān）位壓力差作用下，氧分子通過單位麵積、單位厚度鏡片材料的速（sù）度，反映了某種鏡片（piàn）材料（liào）容許氧氣透過的性能。Dk/t則是針對具體厚度的鏡（jìng）片的透氧量，二者相比（bǐ）這下Dk/t更能反映成品眼鏡的氧氣（qì）透過性能。

二、測試方法介紹

　　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（èr）者皆（jiē）具有方便、實用和（hé）重複（fù）性好的（de）特點（diǎn）。圍繞極譜法已有較（jiào）多的文獻研究，因此本文（wén）將（jiāng）重點介紹（shào）庫倫法的測試過程。這種方法適用（yòng）於硬性和非水凝膠（jiāo）彈性接觸鏡材料的透氧係數和（hé）透氧量，其原理為：將（jiāng）隱形（xíng）眼鏡（jìng）裝入測試腔，測試腔被分為上下兩部分，在35℃、100%RH下使用接觸鏡（jìng）前、後表（biǎo）麵區域（即腔（qiāng）體上下兩部分）分別接觸到氧氣和作為載（zǎi）氣的氮氣。隱形眼鏡兩邊的壓力相等，但氧氣分壓不同，氧（yǎng）氣在濃度差作用下透過鏡片進入載氣流，被送至庫侖傳感（gǎn）器中，該傳感器產生（shēng）一個與流經探測器的氧濃度（dù）成（chéng）比例的電流，從而計算出材料（liào）的氧流量（liàng）量率，進而計算得（dé）出透氧係數。具（jù）體測試方法如下：

　　1、試樣和儀器準備。準（zhǔn）備99.9%的氧氣和含氫2%的氮氣（qì）分別作為試驗氣（qì）體和載氣備用（yòng）。儀器采用OX2/230氧氣透過性測試係統，其包含氧氣傳輸分析部分和測試腔部分（見圖1）。前者由庫倫傳感器、記錄分析係（xì）統、控溫控濕係統及相關管路構成（chéng），用於（yú）氧氣和（hé）載氣的流通、電流的轉化（huà）與記錄（lù）、溫濕度控製等作用。測試腔不透（tòu）氧（yǎng）且分成兩半，外側包圍一圈水麵略低於（yú）槽壁的凹槽，為鏡片提（tí）供100%RH的濕度以模擬（nǐ）使用環境。

　　測試（shì）前，應當去除測試（shì）樣品材料和係統中所有的氧。對高透氧材料而言，測量前從（cóng）測試腔中除氧即可。然而，對非水凝膠低透氧材料，如PMMA，在測試腔封閉並隨後淨化除氧前，鏡片試樣應在氯化鈣的幹燥劑下放置至少48h。

　　2、安裝試樣。將鏡片（piàn）試樣的後表麵外圍（wéi）放置於下測試（shì）腔的塗有真空油脂的環形光（guāng）滑表麵上，確保樣品無褶皺。將測試腔的上部分扣（kòu）合在裝有試樣（yàng）的下半部分測試腔體上，夾緊，並在周圍凹槽中（zhōng）注入一定（dìng）量的蒸餾（liú）水，封閉測試腔罩蓋，如圖２。

　　3、除氧。設定載氣以50mL/min~60 mL/min的速率流入測試腔上下部分。3min~4min後，流速下降到5mL/min~15 mL/min並（bìng）維持10min~30min。此時測試腔殘留的氧氣從鏡片試樣（yàng）中連續（xù）脫出（chū），攜帶氧氣的載氣流被輸（shū）送到庫倫（lún）傳感器（qì），傳感器的輸出起先會快（kuài）速升高達到峰值，後逐（zhú）漸（jiàn）穩定在（zài）一個較低的值，即零電壓輸（shū）出（V₀），根據測試材料透氧性的不同，除（chú）氧（yǎng）過程（chéng）通（tōng）常持續30分鍾至十幾個小時。

　　4、測試。將氧氣和載氣維持以除氧的最終速率分別流入測試腔上下兩（liǎng）側，氧氣透過鏡片樣品，進入庫倫傳（chuán）感器輸出電壓，當輸出值穩定（dìng）為一個數值時，此時的電壓值為最終值（zhí）（V_E）。

　　5、測試結果計算。首先根（gēn）據式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（xì）數。

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

　　其中，K——校正（zhèng）常數；V_E——最（zuì）終電壓輸出；V₀——零電壓（yā）輸出；R_L——負載阻抗；

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

　　其中，Dk——測試樣品的透氧（yǎng）係數，10^-11（cm²/s）·[mLO₂/(mL·hPa)]；P_A——（大氣壓-水（shuǐ）蒸氣壓），hPa；t——徑向厚度或平（píng）均調和中心厚度，cm；A——測試樣品的暴露麵積，cm²；qo₂——流經探測（cè）器的氧流量量率，μLO₂/s；1/103——將μL轉化為mL的係（xì）數（shù）；

　　式1涉及到一個（gè）校正常數K，這（zhè）就引出了係統標定的概念。經驗（yàn）表明，在某些條件下，庫倫傳感器可能會耗（hào）盡或損壞，以至於其效率和（hé）響應時間被削弱。因此使用庫倫傳感器測試（shì）透氧性需結合定期的傳感器校驗，這依靠於一個已知透氧量（Dk/t）的標準材料。通常采用的標準材料為SRM1470，其Dk/t為0.072±0.0045Dk/t單位。通過上述方法測試標（biāo）準材料，據式2推導出氧流量量率qo₂，繼而再根據式1得出校正常數K值。利用校正常數能夠實現對（duì）測試（shì）係統和結果的初步校正。

三、典型案（àn）例測試

　　筆者依照上述方法利用OX2/230氧（yǎng）氣透過率測試係統對三款不同品牌的硬性隱形眼鏡的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（de）透氧係數Dk

　　在現實中，Dk是衡量材料透（tòu）氧係數的標準參數，雖精確但缺乏形象感，對於新人和消費者來說很難把Dk值與（yǔ）具（jù）體角膜攝氧量以及舒（shū）適度聯係（xì）在一起。因此，業界（jiè）有時會采（cǎi）用等效氧百分比（EOP）的形式表示角膜上的氧含量，即隱形眼鏡的透氧性。EOP表示混合（hé）氣體（tǐ）中氧氣的濃度，大氣中氧含量為21%，閉眼時為7%左右，隱形眼鏡長期佩戴的最低需求和理想含量（liàng）分別為12%左右（yòu）和18%左右。對於Dk值為（wéi）150的品牌一隱形眼鏡，佩戴後角膜的氧含量基本（běn）能達（dá）到17%~19%，佩戴品牌三和品牌二的隱形（xíng）眼（yǎn）鏡後角膜氧含量能達（dá）到11%和14%，均適宜長期佩戴。

四、結語

　　氧氣，是眼角膜正常生理代謝的基礎，佩戴隱形眼鏡（jìng）會使角膜的攝氧發生不同程度的折損，造成角（jiǎo）膜水腫、血管增（zēng）生等一係列病變。因此，隱形眼鏡的透氧性越高，對角膜的損傷越小，更適合於長（zhǎng）期佩戴。透氧係數（shù）Dk是國際統一的隱形眼鏡透氧性指（zhǐ）標（biāo），采用庫倫法能快速（sù）精確的測定出硬性和非水凝膠（jiāo）彈性隱（yǐn）形眼鏡材料的透氧係數和（hé）透氧量，對企業新型鏡片的材料選擇、含水量和厚度的設計以及（jí）消（xiāo）費者的選購提供了有效的參考依據。