液晶隐形眼镜帮助老年人“看清”未来

作者: Helen Gleeson

来源: Physics World

发布日期: 2018-04-26

英国利兹大学的Helen Gleeson和她的团队研发出一种液晶隐形眼镜,可以调节焦点,帮助恢复老年人的视力。这种隐形眼镜利用液晶材料的特性,通过施加电压改变折射率来调整焦点,旨在解决老花眼问题。

我们变老时,戴框架老花镜可能会成历史。英国利兹大学的Helen Gleeson和她的团队研发出一种液晶隐形眼镜,可以调节焦点,帮助恢复视力。

人们常说,年龄的增长带来智慧。不幸的是,各种缺点也会随之而来,我们的身体也不能像以前那样运作良好。人过中年,白发数不清,戴上老花镜也不可避免。我们沿着人生之路前行,却渐渐发现自己的视线越来越难以聚焦在近处的物体上,这是因为我们眼中的晶状体变得越来越僵硬。

也就是说,晶状体不再像过去那样容易改变形状,因此无法聚焦于近处的物体。用术语表示,晶状体无法“自动调节”。这种状况,可以说是老花眼,也可以说我们没有足够长的手臂将书放的足够远以便阅读。人们超过50岁,便会深深地感受到其影响。也有一些人认为老花眼并没有影响到他们,但事实上,他们的远视能力本来就已经不够完美,老花眼使得这一切略有改善。

但想象一下,我们是否能够神奇地摆脱这些视力问题,再也不用佩戴眼镜?我们是否有办法恢复到年轻时的视力,回到过去?

现存的几种针对老花眼的解决方案都是折衷的方法,没有一种能够让我们完全恢复年轻时的视力。最常见的一个方法,是使用具有不同焦点区域的眼镜,这种眼镜被称为双焦眼镜或变焦眼镜,它的镜片在观看远处的区域和用于阅读的区域的形状不同,进而形成不同的焦距。

双焦隐形眼镜也已经出现。与普通双焦眼镜一样,隐形眼镜在镜片的不同位置分布有不同的焦点区域。大脑对聚焦和失焦图像的区分以及在阅读时瞳孔通常变小是正确使用隐形眼镜的依据。这个解决方案很聪明,确实帮助了一部分人,但依然是一个折衷的办法。

我们正在研究另一种可行的解决方案,开发可调焦(可变换焦距和焦点)的液晶隐形眼镜。几年前,我们和英国Ultravision公司一起建立了团队,成员包括验光师以及光学、液晶领域的专家。考虑到液晶的折射率会随着施加电压的变化而改变,我们想知道液晶是否可以用来制造“可调焦”的隐形眼镜。乍一看,我们的方法似乎更像是科幻小说而非现实,但我们相信它能够使老年人拥有年轻人的视力。

如今,液晶材料在日常生活中占据着重要的地位,它们被广泛用于数十亿的手机、电视以及笔记本电脑的液晶显示器(LCD)上。这些迷人的“软”材料是有序流体。由于有许多方法能够实现流体的有序化,液晶的类型也就多种多样,而液晶显示器中使用的所谓的“向列相”是我们感兴趣的。

我们决定使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为镜片的基础,这是一种常用的隐形眼镜材料。

之后,我们提出了一个简单的、在我们看来很优雅的、基于“平衡光学”的解决方案。它被设计成三层结构的隐形眼镜(见图1,分层镜片图),每一层本身都是一个镜片。底层以PMMA为基底,契合眼睛的曲度,并用透明的铟锡氧化物(indium-tin-oxide,ITO)电极和聚合物涂布在与液晶毗邻的表面上,在“关闭”状态时,聚合物能稳定液晶。上面一层是液晶层,它表面覆盖着另一层涂布ITO的PMMA。

总体上,这三个镜片处于平衡状态。它们的曲率、PMMA的折射率和“关闭”状态液晶的折射率根据个人需要,可设计成要么不提供视力矫正,要么提供远视视力矫正。当施加电压时,电极之间产生电场,液晶层的折射率发生改变(取决于电压、镜片几何学特性以及液晶材料),进而,镜片的聚焦能力也会发生改变。

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