隐形眼镜专利技术综述

张珍珍 何玉玲 郭紫琪

摘要：隐形眼镜是常用的镜片种类之一。本文以隐形眼镜的专利申请数据为分析样本，对隐形眼镜的技术发展脉络进行梳理，从专利申请的年度分布、专利技术演进等角度分析隐形眼镜的技术发展状况，为企业的研发和专利布局提供参考。

关键词：隐形眼镜；硬质透气性；硅橡胶

中图分类号：TS959.6+2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）15-0056-03

Review of Contact Lens Patent Technology

ZHANG Zhenzhen HE Yuling GUO Ziqi

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office， SIPO， Chengdu Sichuan 610213）

Abstract： Contact lens is one of the commonly used types of lenses. This paper used the patent application data of contact lenses as an analysis sample to sort out the technical development of contact lenses， and analyzed the technology of contact lenses from the perspective of the annual distribution of patent applications and the evolution of patented technologies. The development status provides reference for the company's R&D and patent layout.

Key words： contact lens；rigid permeability； silicone Rubber

隐形眼镜，又称角膜接触镜，是一种直接戴在眼球角膜上用于矫正视力或保护眼睛的镜片，其镜片薄而透明，佩戴时不容易被人看见，具有美观、方便、视觉效果好等优点。隐形眼镜发展历史悠久，将眼镜直接戴在眼睛上的想法最早在16世纪初由达·芬奇提出，20世纪三四十年代由于PMMA（Polymethyl methacrylate，有机玻璃）塑胶的发明，莫伦（Mullen）和奥布赖（Obring）使用PMMA材料制造出第一副角巩膜型隐形眼镜。20世纪60年代，捷克斯洛伐克科学家奥托·威特勒（Otto Wichterle）研制出一种吸水后会变软，又能适合人体使用的HEMA材料，同时研制出将HEMA材料采用旋转成型法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯，第一副软性隐形眼镜诞生。20世纪70年代美国博士伦公司首先获得FDA（Food and Drug Administration，食品药品监督管理局）核准，率先将软性隐形眼镜推向市场，隐形眼镜由于存在透氧性差和吸附泪液中的沉淀物的特点，后来的研究主要集中在对材料的改进上，如半硬性材料醋酸丁酸纤维素、透气硬性材料硅酮丙烯酸酯、硅橡胶等[1]。之后随着光学技术和三维制造技术的发展，智能眼镜、无模生产等技术应用到隐形眼镜的研究中。

本文以隐形眼镜的专利数据为分析样本，从专利申请的年度分布、地域分布、技术演进、技术研究热点等角度详细分析了隐形眼镜的专利技术发展状况。

1 专利申请年度分布

在DWPI（德温特世界专利索引数据库）和CPRSABS（中文专利检索系统文摘数据库）中以分类号和关键词組合进行检索，通过对公开号和优先权字段等进行分析，得到隐形眼镜的申请量年度分布图（见图1）。由图1可以看出，隐形眼镜的专利申请最早出现在20世纪60年代初，在70年代和80年代稳步增长，在90年代中期、2005年之后申请量出现较大幅度的增长，表明隐形眼镜的研究取得了新的进步，隐形眼镜行业得到了快速发展。我国关于隐形眼镜的专利申请最早出现在20世纪80年代中后期，主要是因为我国的专利法于1985年4月1日正式实施。由于改革开放的影响，1886年成立第一家中美合资隐形眼镜公司——海昌公司；1988年，博士伦公司入驻中国；1993年，中澳合资公司爱康率先在国内推出硬性透气性隐形眼镜；1994年，美国视康公司入驻中国，首次将电脑数控切削工艺制作的镜片、彩色镜片和双氧护理系统在国内推广，同年强生公司入驻中国，将定期更换式和抛弃式镜片引入国内，使得20世纪90年代中期申请量大幅增长；进入21世纪，由于中国加入世界贸易组织，实施了保护知识产权的《TRIPS协议》，我国隐形眼镜的申请数量快速增长，保持在较高水平。2015年之后呈下降趋势主要是由于部分专利申请尚未被公开，未纳入统计数据。

2 专利申请地域分布

为了比较各国在隐形眼镜领域的研发能力和技术水平，通过对技术原创国进行统计分析，发现在隐形眼镜领域，超过50%的技术来源于美国，主要是因为美国隐形眼镜发展历史悠久。近100多年以来，美国的隐形眼镜制造处于领先地位，美国国内具有多个如强生、博士伦、库柏等隐形眼镜生产企业。对于中国而言，通过国外大公司入驻中国，将隐形镜片的制造技术和产品引入中国，从而带动了中国隐形眼镜的发展。日本、韩国、欧洲均是隐形眼镜的主要技术原创国或区域，约占28%。

3 全球重要申请人

通过对申请人的申请量进行统计分析，得到全球排名前十位的申请人的申请量情况。从图2可以看出，排在第一位的强生、第三位的博士伦、第八位的库柏，均属于美国的公司，申请量约占前十位申请人总量的50%；其次占比重较大的公司为排在第二位的诺瓦提斯公司，与排在第五位的西巴盖吉公司，两者同为瑞士的公司；日本公司共有2家，分别为排在第四位的成爱美和目立康，中国公司未出现在前十位申请人中。

4 专利技术发展演进

隐形眼镜按照材质可以分为硬质隐形眼镜和软质隐形眼镜，随着PMMA材料的发明，20世纪30年代后期制造出PMMA硬质隐形镜片的成型工艺为车削工艺，制备的镜片硬度较高，透气性较差，佩戴舒适性差，佩戴适应时间较长，大大限制了其应用。为了改善镜片的性能，研究的重点主要在于材料的改进，如US3700761A中公开了通过加入NVP（N-乙烯基吡咯烷酮）与MMA共聚制备得到的镜片的透气性有所提高，而这种加入酮的镜片又被称为RGP（透气型接触镜片）。20世纪60年代初，捷克斯洛伐克化学家Otto Wichterle发明了HEMA，并发明了旋转成型工艺，利用HEMA单体通过旋转成型工艺制备出第一副软性隐形眼镜，该镜片质地柔软、亲水性好，但其透氧性差，易吸附泪液中的沉淀物，造成其无法取代硬质镜片。为了改善硬质镜片的性能，先后出现了由半硬性材料醋酸丁酸纤维素（CAB）和透气硬性材料硅酮丙烯酸酯（SMA）等材料制成的镜片，后又衍生出由多种透气性硬镜材料，如氟硅丙烯酸酯（FSA）、氟多聚体、有机硅烷与MMA单体的共聚物、硅酮与多氟以及单体等共聚制成的镜片。为了改善软质隐形眼镜的性质，研究的主要热点在于材料的选择和改性，如采用硅油、硅聚合物或共聚物等对其进行改性，以提高其透气性。同时，由于硅的加入，镜片的硬度会增加，不适性增强。20世纪80年代，考伦（Dow Corning）制成一种较柔软的硅弹性镜片，透氧性极强，制成的镜片可长时间佩戴，其中代表材料为硅橡胶（Silicone Rubber）。同期，US4495878A中公开了一种直接模塑工艺，该工艺步骤为采用HEMA单体与水可置换的稀释剂无水聚合，后用水置换得到软质镜片，之后AU4769785A中将上述工艺应用于具有载药功能的聚硅氧烷镜片的制备。后期研究的重点主要集中在聚硅氧烷的改性上。

从功能方面分析技术的演进，早期的镜片主要用于矫正屈光不正，后可制备有色、防紫外的镜片，20世纪80年代出现矫正散光的镜片。随着科技的发展，智能变色、智能以及具有杀菌功能的镜片应运而生。对于模具及加工工艺，最早用于镜片生产的是车削工艺，随着软镜的出现发明了旋转成型工艺。20世纪80年代初出现铸模成型工艺，为了排出气泡，降低镜片收缩率，便于脱模，先后出现对已有模具进行改进的专利文献。此外，2000年后US786054B2公开了一种立体光刻无需模具的生产工艺。

5 典型专利申请分析

基于检索的结果和核心专利以及技术演进路线，选取3篇典型专利申请对其技术方案进行分析。

5.1 US5949521A

传统的镜片通常只能矫正散焦与散光，对于眼睛与接触透镜保留有的附加像差，比如，球面像差、彗形像差以及许多不规则像差则不能矫正，这些眼睛的高级像差不仅使得在视网膜上形成的图像变模糊，从而损害视力，而且使得从视网膜上取得的图像变模糊，这两种障碍阻止了使用特殊设计的光学元件以矫正眼睛中散焦与散光之外的像差。首先，不可能对眼睛不规则像差进行测量；其次，除散焦与散光之外，矫正眼睛单色像差的机理未得到证明。因此，验光师只能通过主观屈光法及客观的自动屈光计测量散焦与散光，而不能测量包括用传统眼镜未矫正而遗留的所有像差在内的眼睛全部的波像差。本发明提供一种用于精确测量眼睛更高级像差以及使用由此测得的数据与定做的光学元件一起补偿这些像差的方法和设备，该光学元件能够提供超过目前可达到的改进或超长的视力，以及高分辨力的视网膜图像。本发明的技术可应用于激光治疗近视以修复近视，用于各种具有特殊功能的隐形眼镜研究的基础技术。

5.2 EP2270552A2

硬质透气性镜片RGP透气性好，但是其质地较硬，不适合长时间佩戴。软质的HEMA系列能够连续佩戴7d左右，但更长时间继续佩戴容易造成氧气渗透率不足，导致角膜肿胀。硅氧烷基的聚合物具有较高的氧气渗透率，但是其镜片表面易黏附眼泪沉淀物，在镜片表面产生薄雾干扰视线，易产生镜片黏附于眼睛的问题。因此，研究的热点在于寻找有平衡的氧气渗透率、离子渗透率、能在眼睛上移动且能与眼泪交换的材料，制成的镜片能够长时间佩戴而无不适感，如连续佩戴时长在4～30 d。本发明将聚二甲基硅氧烷类（PDMS）等透氧性可聚合材料和甲基丙烯酸酯2-羟乙酯、丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮等透离子性可聚合材料通过一定的配比混合，制备得到可长时间佩戴的综合性能较好的隐形镜片。

5.3 US2007/0194499A1

传统的隐形眼镜镜片加工通常采用的工艺均需要使用模具，适合批量化生产，对于生产定做的镜片制造成本高。随着三维打印技术的发展以及镜片材料的开发，本发明公开了一种无需模具的通过立体光刻技术生产隐形镜片的方法。

6 结语

通过对隐形眼镜制造专利进行统计分析，重点关注本领域的核心专利、技术发展脉络、重点申请人、申请量等信息，结果发现制造隐形镜片的专利技术主要掌握在美国、日本、欧洲等国家或区域，全球前十位重要申请人中未出现中国公司。目前中国在隐形眼镜领域与发达国家的差距较大，未来隐形眼镜片的研究会朝向智能化、综合化的方向发展，而且会将新兴的三维制造技术用于隐形眼镜片的制备。

参考文献：

[1] 钟兴武，龚向明.實用隐形眼镜学[M].北京：科学出版社，2004.