角膜接触眼压计、眼镜、使用方法及其加工方法与流程

1.本公开属于角膜接触眼压技术领域，尤其涉及一种角膜接触眼压计、眼镜、使用方法及其加工方法。


背景技术：

2.青光眼是全球第二大不可逆的眼科致盲疾病；青光眼的产生受多因素共同影响所致，但眼压异常为直接损伤视网膜神经的关键影响因素；眼压是在青光眼的诊断和治疗过程中唯一可以直接操作的因素；因此在青光眼的筛查和治疗过程中，准确测量眼压能为病情诊断提供关键信息。
3.现有的长期连续监测眼压的技术主要包括：非接触式无创眼压监测设备、植入式有创眼压监测设备和角膜接触镜式微创眼压监测设备，但是在技术上尚不完全成熟，还不能广泛应用与临床监测；其中角膜接触镜在人群佩戴方式中的接受程度较高，已经广泛应用于视觉矫正和化妆美容中；针对眼压连续监测的临床需求，基于角膜接触镜的可佩戴式眼压计是目前最有前景的。在角膜接触眼压计加工时制作时，可以采用下述方法：将微纳尺度的导电材料分散到绝缘的柔性基材预聚物可制备柔性电子材料，可以用于加工柔性电路和柔性传感器。当所混入的纳米材料质量比超过渗流阈值后就会在宏观上表现出导电性。石墨烯纳米材料具有较好的生物兼容性，并且在高频谐振传感中能增加传感器的灵敏度。
4.本公开发明人发现，现有的基于角膜接触镜的可佩戴式眼压计使用及眼压计加工时存在以下问题：
5.1.在实际应用中基于角膜接触镜的可佩戴式眼压计的方法，面临刚性-柔性电子元件接口稳定性差；
6.2.在制备石墨烯纳米材料过程中的有机分散溶剂残留表现出生物毒性。


技术实现要素：

7.本公开为了解决上述问题，提出了一种角膜接触眼压计、眼镜、使用方法及其加工方法；本公开中采用无线的方式对传感器供电和数据读取，并通设计了角膜接触镜眼压计加工工艺，解决了刚性-柔性电子元件接口稳定性差的问题；同时，使用干混法进行石墨烯-聚二甲基硅氧烷复合纳米材料的制备，实现了无毒害制备的目的。
8.为了实现上述目的，第一方面，本公开提供了一种角膜接触眼压计，采用如下技术方案：
9.角膜接触眼压计，包括角膜接触镜基底、谐振电感传感器和梳齿电容传感器；
10.所述谐振电感传感器和所述梳齿电容传感器连接后黏贴在所述角膜接触镜基底表面；
11.所述角膜接触镜基底为半球状壳体，所述谐振电感传感器为导电材料构成的环状齿形结构，所述谐振电感传感器与所述角膜接触镜基底同心设置；所述梳齿电容传感器为导电材料构成的梳齿状结构，设置在所述角膜接触镜基底侧面上。
12.进一步的，所述梳齿电容传感器的梳齿电容是多个电容器的并联。
13.进一步的，所述导电材料为石墨烯纳米材料。
14.为了实现上述目的，第二方面，本公开还提供了一种角膜接触眼镜，采用如下技术方案：
15.角膜接触眼镜，包括眼镜本体、与所述眼镜本体连接的外部检测线圈以及独立设置的如第一方面所述的角膜接触眼压计。
16.进一步的，所述眼镜本体内设有检测电路，所述外部检测线圈与检测电路连接；外部检测线圈与所述角膜接触眼压计同心设置。
17.进一步的，所述外部检测线圈为栅格导线构成的线圈；所述外部检测线圈设置在所述角膜接触眼压计外凸的一侧。
18.为了实现上述目的，第三方面，本公开还提供了一种角膜接触眼镜使用方法，采用如下技术方案：
19.角膜接触眼镜使用方法，采用了如第二方面所述的角膜接触眼镜，包括：
20.使瞳孔位于角膜接触眼压计的中心空白无遮挡区；外部检测线圈安装在佩戴的眼镜上，线圈导线错开瞳孔区域。
21.为了实现上述目的，第四方面，本公开还提供了一种角膜接触眼压计加工方法，采用如下技术方案：
22.角膜接触眼压计加工方法，对如第一方面所述的角膜接触眼压计进行加工，包括：
23.混合制备纳米复合材料糊状物；
24.基于3d打印机，将糊状纳米复合材料在角膜接触镜基底上打印成预设的传感器形状；
25.用微钨针在打印的传感器上施加交流电场；
26.维持交流电场进行烘焙固化；
27.基于真空气相沉积方法，在传感器表面生成聚对二甲苯保护层。
28.进一步的，所述纳米复合材料包括石墨烯、碳纳米管和聚二甲基硅氧烷；混合时，在石墨烯质量比为11wt％的渗流阈值基础上，掺入1wt％的碳纳米管。
29.进一步的，施加交流电场，石墨烯和碳纳米管在电致力矩的作用下形成交联排列的导电网络。
30.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
31.1.本公开中采用无线的方式对传感器供电和数据读取，并通设计了角膜接触镜眼压计加工工艺，解决了刚性-柔性电子元件接口稳定性差的问题；
32.2.本公开使用干混法进行石墨烯-聚二甲基硅氧烷复合纳米材料的制备，实现了无毒害制备的目的。
附图说明
33.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
34.图1为本公开实施例1的正视图；
35.图2为本公开实施例1的俯视图；
36.图3为本公开实施例2的结构示意图；
37.图4为本公开实施例4的流程图；
38.图5为本公开实施例4的掺入碳纳米管对复合材料的导电率的改进效果；
39.图6为本公开实施例4的掺入碳纳米管对复合材料的断裂伸长率的改进效果；
40.图7为本公开实施例4的干混法制备出的复合纳米材料初始状态；
41.图8为本公开实施例4的施加10khz的交流电场后，石墨烯受电致力矩作用形成端对端排列；
42.图9为本公开实施例4的施加10khz和1khz的交流电场后，石墨烯和碳纳米管都形成端对端排列；
43.图10为本公开实施例4的导电纳米结构在电场中感应出旋转力矩产生旋转的初始状态；
44.图11为本公开实施例4的导电纳米结构在电场中感应出旋转力矩产生旋转的平衡状态原理示意图；
45.其中，1、角膜接触镜基底；2、谐振电感传感器；3、梳齿电容传感器；4、外部检测线圈；5、瞳孔；6、眼球；7、眼球角膜；8、眼镜本体；9、气泵；10、气阀；11、第一步进电机；12、第二部件电机；13、第三步进电机；14、符合纳米材料；15、函数发生器；16、高压放大器；17、保护电阻；18、石墨烯； 19、碳纳米管；20聚二甲基硅氧烷。
具体实施方式：
46.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
47.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
48.实施例1：
49.如图1所示，本实施例提供了一种角膜接触眼压计，包括角膜接触镜基底1、谐振电感传感器2和梳齿电容传感器3；
50.所述谐振电感传感器2和所述梳齿电容传感器3连接后黏贴在所述角膜接触镜基底1表面；
51.所述角膜接触镜基底1为半球状壳体，所述谐振电感传感器2为导电材料构成的环状齿形结构，所述谐振电感传感器2与所述角膜接触镜基底1同心设置；所述梳齿电容传感器3为导电材料构成的梳齿状结构，设置在所述角膜接触镜基底1侧面上。
52.因为眼睛经常运动和眨眼，须采用无线的方式对传感器供电和数据读取；本实施例中设计了无源被动式rlc谐振电路，将应变传感器设计到rlc谐振网络中，加工在角膜接触镜基底的表面。
53.在本实施例中，所述梳齿电容传感器的梳齿电容cs可以认为是n个电容器 c0的并联：
[0054][0055]
其中，ε为材料的介电常数，l、t和d分别为电容梳齿阵列的长度、厚度和相邻电极
的距离；当角膜曲率半径增大时，l增大，t和d几乎不变，整体电容值与l成线性关系。
[0056]
在本实施例中，所述导电材料为石墨烯纳米材料。
[0057]
实施例2：
[0058]
如图3所述，本实施例提供了一种角膜接触眼镜包括眼镜本体8、与所述眼镜本体连接的外部检测线圈4以及独立设置的如第一方面所述的角膜接触眼压计。
[0059]
在本实施中，所述眼镜本体4内设有智能眼镜信号检测电路，智能眼镜信号检测电路的结构和设置采用现有技术实现；所述外部检测线圈4与检测电路连接；所述外部检测线圈4与所述角膜接触眼压计同心设置。
[0060]
在本实施中，如图2所示，所述外部检测线圈4为栅格导线构成的线圈；所述外部检测线圈4设置在所述角膜接触眼压计外凸的一侧。
[0061]
实施例3：
[0062]
本实施提供了一种角膜接触眼镜使用方法，包括：
[0063]
使用者佩戴角膜接触镜时调整位置到中央，使瞳孔位于角膜接触镜的谐振电感和梳齿电容区域中心的空白无遮挡区，即可避免遮挡视线，佩戴效果与现有的美瞳角膜接触镜相同；外部检测线圈4安装在佩戴的眼镜本体8上，线圈导线错开瞳孔区域，从而避免造成对视线的遮挡。
[0064]
实施例4：
[0065]
如图4所示，本实施提供了一种角膜接触眼压计加工方法，包括：
[0066]
混合制备纳米复合材料糊状物；
[0067]
用改装的3d打印机将糊状纳米复合材料在角膜接触镜基底上打印成所设计的传感器形状；
[0068]
用微钨针在所打印的传感器上施加交流电场；
[0069]
维持交流电场进行高温烘焙固化；
[0070]
真空气相沉积方法在传感器表面生成聚对二甲苯保护层。
[0071]
如图4所示，为角膜接触镜眼压计加工工艺示意图，主要包含超声搅拌、 3d打印成型和电致排列烘焙固化三个关键步骤。
[0072]
具体的，角膜接触镜眼压计方法如下：
[0073]
基于渗流阈值掺杂的柔性电子材料的无毒害绿色制备方法：传统有机溶剂混合法制备的石墨烯-聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)复合纳米材料存在有毒有机溶剂残留风险，本实施例中，通过干混法实现无毒害制备工艺，并达到于传统有机溶剂混合法相接近的材料性能，为制备生物兼容性的角膜接触镜眼压计提供安全可靠的柔性电子材料。
[0074]
为了改善干混法石墨烯-pdms的导电性能，本实施例中，在渗流阈值点附近改进制备工艺，因为复合纳米材料中导电材料的质量分数在接近渗流阈值时，复合纳米材料的导电率变化率最大；经过实验测试发现，在石墨烯质量比为11wt％的渗流阈值基础上，继续掺入1wt％的碳纳米管能显著改善复合材料的导电性 (0.41s/m)，效果远优于继续添加1wt％的石墨烯(1.72
×
10-5
s/m)，另外材料的断裂伸长率提高到传统干混法的大约2倍；如图5和6所示，为在渗流阈值附件掺入碳纳米管对复合材料的导电率和断裂伸长率的改进效果；制备过程中，具体的材料比例参数、反应温度和搅拌参数等的设置根据现有工艺及实际要求
或实通过多次实验比较，得到较优的工艺参数。
[0075]
在本实施例中，所述3d打印机主要包括气泵9、气阀10、第一步进电机11、第二步进电机12和第三步进电机13；其中，所述第一步进电机11、所述第二步进电机12和所述第三步进电机13分别实现x、z和y三个方向上的运动，具体实现方式采用现有技术和常规设置实现，在此不再详述。
[0076]
在本实施例中，复合纳米材料多频电致排列的激励电场优化设计：在通过 3d打印将纳米复合材料14制备成传感器后，施加交流电场，石墨烯18和碳纳米管19在电致力矩的作用下形成交联排列的导电网络，进一步在烘焙固化的过程中保持交流电场，实现交联网络的固化；施加交流电场之后，石墨烯18和碳纳米管19在电致力矩的作用下旋转到与电场平行的方向，如图7、图8、图9、图 10和图11所示，为石墨烯18与碳纳米管19在交流电场作用下形成交联导电网络，分别为干混法制备出的复合纳米材料初始状态，其中石墨烯与碳纳米管呈无序状态、施加10khz的交流电场后，石墨烯受电致力矩作用形成端对端排列、同时施加10khz和1khz的交流电场后，石墨烯和碳纳米管都形成端对端排列、导电纳米结构在电场中感应出旋转力矩产生旋转的初始状态和导电纳米结构在电场中感应出旋转力矩产生旋转的平衡状态原理示意图。
[0077]
在本实施例中，提供交流电场的电路主要包括函数发生器15、高压放大器16和保护电阻17。
[0078]
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。