Hóa học đằng sau kính áp tròng

Hàng triệu người đeo kính áp tròng hay contact lense để điều chỉnh nhãn quan, tăng cường ngoại hình và bảo vệ mắt bị thương. Các loại kính này được nhiều người sử dụng do chúng có chi phí tương đối thấp, thoải mái, hiệu quả và an toàn. Trong khi các loại kính áp tròng cũ được làm bằng thủy tinh, thì những loại kính hiện đại được làm bằng polymer công nghệ cao.

Nếu bạn đã từng dùng những chiếc kính này mà không bao giờ chú ý nhiều về chúng thì trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hóa học đằng sau kính áp tròng cũng như những điều khích xung quanh chủ đề này nhé!

Tiêu điểm về kính áp tròng

• Kính áp tròng trước tiên được sử dụng là loại kính cứng làm bằng thủy tinh.
• Kính áp tròng mềm đương đại được làm từ hydrogel và polymer silicone hydrogel.
• Các loại contact lenses cứng được làm bằng polymethyl methacrylate (PMMA) hoặc Plexiglas.
• Các loại contact lenses mềm được sản xuất hàng loạt, nhưng kính áp tròng cứng được chế tạo để hiệp với người đeo.

Đôi nét về lịch sử

Kính áp tròng đã có từ cuối những năm 1800, tuy nhiên vẻ ngoài mặt của chúng nhìn khó chịu hơn nhiều. ban đầu, chúng được làm bằng thủy tinh, gấp từ mắt của thỏ hoặc xác chết, và chỉ có thể được đeo trong thời gian ngắn, không quá vài giờ. Những ống kính thủy tinh này sau đó được làm mỏng hơn một tí, nhưng không thực sự cho cảm giác thoải mái, và nên chi những chiếc kính này không quá phổ quát vào thời khắc đó.

cả thảy đã thay đổi với sự ra đời của nhựa vào khoảng những năm 1930 và 40. Các polymer, đây là các phân tử dài được tạo thành từ nhiều đơn vị nhỏ hơn y hệt nhau được gọi là các đơn phân, rất linh hoạt và tạo thành một thấu kính mỏng hơn nhiều để khít trên bề mặt của mắt. Polymer trước hết được dùng làm thấu kính giác mạc trực tiếp là poly (metyl metacrylat) (PMMA), do có một số lợi thế so với thủy tinh.

Và đương nhiên là nhẹ hơn và thoải mái hơn. Tuy nhiên, những loại kính cứng này vẫn có vấn đề; chúng không cho phép oxy đi qua, điều này có thể gây ra tác dụng phụ cho mắt, Mặc dù điều này không được biết đến vào thời điểm đó. quan yếu hơn, chúng vẫn còn khá khó chịu.

Bước đột phá thực sự dẫn đến kính áp tròng mà hầu hết những người đeo kính áp tròng của chúng ta ngày nay đã đến vào những năm 1950. Các nhà khoa học Séc đã dùng một loại polymer, poly (hydroxyethyl methacrylate) khác nhau để tạo ra các ống kính hydrogel mềm, dẻo, có thêm lợi thế là có thể thấm oxy. Những ống kính này thoải mái hơn, và như vậy có thể được đeo lâu hơn.

Kính áp tròng mềm

Các kính áp tròng mềm trước nhất xuất hiện vào những năm 1960 được làm từ một hydrogel được gọi là polymacon hoặc “Softlens”. Đây là một polymer được làm từ 2-hydroxyethylmethacrylate (Hema) kết liên chéo với ethylene glycol dimethacrylate. Các kính mềm ban sơ có khoảng 38% là nước, nhưng các ống kính hydrogel đương đại có thể lên tới 70% là nước. Vì nước được dùng để cho phép thẩm thấu oxy, do vậy các loại kính này làm tăng sự bàn bạc khí. Tuy nhiên, kính hydrogel này rất linh hoạt và dễ bị ướt.

căn nguyên là do kính hydrogel chứa các mạng lưới các polymer liên kết ngang là ưa nước nhưng cũng không hòa tan. Chúng lôi cuốn và tiếp thụ nước; điều này là do sự có mặt của các nguyên tử có độ âm điện cao như oxy trong polymer, có thể tạo kết liên hydro với nước.

Theo định nghĩa, một hydrogel phải chứa ít ra 10% nước tính theo trọng lượng, nhưng nhiều trong số chúng có thể chứa nhiều hơn – một số gấp tới một nghìn lần trọng lượng khô ban sơ của chúng. Bạn có thể thấy hydrogel này hoạt động khi bạn tháo kính áp tròng. Khi được loại bỏ khỏi độ ẩm, các thấu kính dần co lại và trở nên cứng và giòn khi nước bay hơi. Tuy nhiên, nếu được đặt trở lại trong nước, chúng sẽ phồng lên và trở nên linh hoạt một lần nữa.

Mặc dù các kính áp tròng mềm này tốt hơn nhiều trong việc cho phép oxy đi qua, vẫn còn chỗ để cải thiện. Điều này ban sơ được thực hiện bằng cách thêm các polymer, đồng trùng hợp khác vào hổ lốn hydrogel, để sửa đổi tính thấm của ống kính.

Tuy nhiên, ngay cả với những tiến bộ này, vẫn khó có thể phát triển một ống kính có thể đeo trong thời kì dài mà không gây thiếu oxy trong mắt. Làm cho các ống kính mỏng hơn đã giúp, nhưng có một giới hạn cho cả hai điều này, và mức độ thấm oxy của các polymer đang sử dụng. Sau đó, các loại polymer khác nhau được yêu cầu để đẩy tính thấm oxy của ống kính hơn nữa.

Silicone hydrogel xuất hiện trên thị trường vào năm 1998. Những loại gel polymer này cho phép độ thẩm thấu oxy cao hơn mức có thể thu được từ nước, do đó hàm lượng nước tiếp xúc không đặc biệt quan yếu. Điều này có nghĩa là ống kính nhỏ hơn, ít kềnh càng hơn có thể được thực hiện. Sự phát triển của các kính này đã dẫn đến sự ra đời của các loại kính có thể được đeo qua đêm một cách an toàn.

Tuy nhiên, có hai nhược điểm của silicone hydrogel. Gel silicone cứng hơn các kính Softlens và kỵ nước, một đặc tính gây khó khăn cho việc làm ướt chúng và làm giảm sự thoải mái của chúng.

Ba quy trình đã được dùng để làm cho các kính áp tròng silicone hydrogel thoải mái hơn đó là:

• Một lớp phủ plasma có thể được vận dụng để làm cho bề mặt ưa nước hơn hoặc “yêu nước”.
• Một kỹ thuật thứ hai kết hợp các tác nhân lặp lại trong polymer.
• Một phương pháp khác kéo dài chuỗi polymer để chúng không kết liên chéo chặt chịa và có thể thu nhận nước tốt hơn hoặc dùng mạch phụ đặc biệt (tỉ dụ: mạch phụ pha tạp flo, cũng làm tăng tính thấm khí).

Hiện tại, cả hai loại kính áp tròng mềm hydrogel và silicone hydrogel đều có sẵn. Vì thành phần của kính đã được tinh luyện, nên bản tính của các dung dịch kính áp tròng cũng vậy. Các dung dịch đa năng giúp ống kính ướt, vô trùng chúng và ngăn ngừa sự tích protein.

Kính áp tròng cứng

Các loại kính áp tròng cứng đã xuất hiện được khoảng 120 năm. ban đầu, các kính cứng này được làm bằng thủy tinh. Chúng dày và khó chịu và không bao giờ có được dùng rộng rãi. Các kính cứng phổ quát trước hết được chế tác từ polymer polymethyl methacrylate, còn được gọi là PMMA, Plexiglas hoặc Perspex.

Tuy nhiên PMMA kỵ nước, giúp các ống kính này đẩy lùi protein. Những kính cứng này không sử dụng nước hoặc silicone để cho phép thở. Thay vào đó, flo được thêm vào polymer, tạo thành lỗ chân lông siêu nhỏ trong vật liệu để tạo ra một thấu kính thấm khí cứng. Một tuyển lựa khác là thêm methyl methacrylate (MMA) với TRIS để tăng tính thấm cho ống kính.

Mặc dù các kính áp tròng cứng có thiên hướng không thoải mái hơn kính mềm, nhưng chúng có thể khắc phục vấn đề về nhãn quang rộng hơn và chúng không phản ứng hóa học, vì thế chúng có thể được đeo trong một số môi trường mà kính áp tròng mềm có nguy cơ về sức khỏe.

Kính áp tròng hybrid (lai)

Kính áp tròng hybrid hiệu chỉnh tầm nhìn chuyên dụng của kính cứng với sự thoải mái của kính mềm. Một kính hybrid có một trọng tâm cứng được bao quanh bởi một vòng nguyên liệu kính mềm. Những lọa kính áp tròng mới hơn này có thể được sử dụng để điều chỉnh loạn thị và giác mạc thất thường, cung cấp một tùy chọn bên cạnh kính cứng.

Cách làm kính áp tròng

Các kính áp tròng cứng có thiên hướng được thực hiện để thích hợp với một cá nhân nào đó, trong khi các kính mềm được sinh sản hàng loạt. Có ba phương pháp được sử dụng để tạo ra kính áp tròng như sau:

• Spin Casting – Silicone lỏng được quay trên khuôn quay, nơi nó polymer hóa hay trùng hợp.
• Molding ( Đúc) – Polymer lỏng được bơm vào khuôn quay. Lực hướng tâm định hình thấu kính khi nhựa được trùng hợp. Khuôn kính được làm ẩm từ đầu đến cuối. hồ hết các kính mềm được thực hành bằng phương pháp này.
• Diamond Turning (Cắt tiện) – Một viên kim cương công nghiệp cắt một đĩa polymer để định hình kính, được đánh bóng bằng cách dùng chất mài mòn. Cả hai loại kính mềm và cứng có thể được định hình bằng phương pháp này. Tròng kính mềm được ngậm nước sau quá trình cắt và đánh bóng.

Dung dịch chứa kính áp tròng

Chúng ta không thể bảo quản kính áp tròng trực tiếp như các loại kính đeo bình thường mà cần một loạt các hợp chất hóa học để hoạt động – dung dịch làm sạch kính áp tròng cũng cần một số thành phần khác nhau. Có hai loại dung dịch làm sạch: dung dịch peroxide hoặc dung dịch đa năng.

• Các dung dịch peroxide sử dụng peroxide làm chất vô trùng, thường ở nồng độ khoảng 3%. Một chất xúc tác trung hòa cũng có trong vỏ kính áp tròng (thường là bạch kim, palađi hoặc bạc) để giúp cuối cùng phân hủy peroxide thành nước và oxy, vì nếu không, nó có thể gây thương tổn cho mắt khi đeo.
• Các dung dịch đa năng, mặt khác, thường chứa polyalkylene biguanide hoặc polyqu Parentium. Cả hai đều là polymer có hoạt tính kháng khuẩn. Các polymer của chúng được tạo thành từ các monomer chống vi khuẩn hiệu quả hơn, nhưng chúng sẽ quá khó để đưa vào mắt bạn khi bạn đặt ống kính vào!

Cả hai loại dung dịch làm sạch cũng sẽ chứa một loạt các hợp chất khác để giúp duy trì kính. tỉ dụ như biphosphonate giúp phá vỡ các protein có thể bị kẹt vào kính sau một ngày mài mòn, bên cạnh đó các hóa chất dưỡng ẩm và điều hòa đảm bảo rằng các ống kính vẫn ở trong tình trạng tốt trong khi lưu trữ, do vậy chúng hoạt động hoàn toàn khi bạn đeo chúng trở lại.

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. nhìn sẽ giúp ích cho các bạn trong ngày mai. Lần sau nếu có ai hỏi về kính áp tròng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Thoughtco , C&EN , Theorganicsolution và Compound Interest .