蔡明明

摘 要：隐形眼镜在我们生活中非常常见，它的主要材质就是水凝胶。本文首先回顾了隐形眼镜的发展，并对隐形眼镜的材质进行了简单介绍。接着又对水凝胶进行了简单介绍，最后对水凝胶的应用场景进行了说明。

关键词：隐形眼镜;水凝胶;应用场景

中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0253-02

0 引言

隨着电子信息时代的发展，各类电子设备进入到千家万户，手机、笔记本电脑、台式机、电视机、pad等各类电子设备代替90年代之前的各类书本玩具，成为现代人手中的消遣娱乐之物。错误的用眼方式使得近视眼问题已经成为全国最流行的病，而且从近些年的研究数据来看，患病率呈上升趋势并向低龄化发展。有一项针对年龄在15～18周岁的中学生眼睛状态的调查，调查结果显示这些中学生中已经被诊断为近视的人数占总人数的66.51%，其中，被诊断为近视眼时的最小年龄为5岁，最大年龄为17岁，被诊断为近视眼的平均年龄为13～14岁之间，近视眼高发期在12～15岁之间。近视眼的发生使得眼镜成为生活中的必需品，但佩戴隐形眼镜影响外在整体美感，随着人类技术的逐步发展，轻薄、有美感的隐形眼镜问世。

如今，隐形眼镜是很多时尚爱美人士的必备品，品类繁多的隐形眼镜不但帮助近视眼的人重获清晰的视界，也为人们提供了更加个性化的装饰。我们知道，隐形眼镜的常用材质是水凝胶，接下来将一起从隐形眼镜出发，探讨水凝胶的更多应用。

1 隐形眼镜

1.1 隐形眼镜的发展

别小看这一枚小小的隐形眼镜，它的发展史可是有500多年。隐形眼镜的学名叫做角膜接触镜，它的起源要追溯到500年前的1508年，一天，意大利科学家达·芬奇透过装满水的玻璃缸中向外望时，发现原来模糊的世界变得清晰了，虽然当时他并没有意识到这能够矫正视力，但是这个偶然的发现可以说是隐形眼镜的开端了。受到这个发现的启示，人们开始了一系列的尝试，有人尝试将装满水的软管附着在人的眼睛上，也有人提议将装满水的软管隐藏在眼皮底下，但都因为无法应用到实际中使得所有设想都停留在纸面上。

1845年，英国的赫尔奇尝试在玻璃和眼睛中间填充动物胶质，发现这一操作能够实现短暂的视力恢复。之后，随着有机玻璃的发明，第一幅全塑料隐形眼镜终于问世。紧接着，通过科研人员的不断探索，终于在1950年前后，形状类似今天隐形眼镜的硬性隐形眼镜被发明出来，这种隐形眼镜可以佩戴一整天。至此隐形眼镜的设计、制造、应用等各方面迎来了前所未有的长足发展。虽然有机玻璃材质的隐形眼镜光学特性良好，还能起到矫正散光的作用，但是因为这种材质不透氧，佩戴过程中会造成角膜缺氧水肿，对眼睛的伤害非常大，所以隐形眼镜的革新仍在继续进行。经过十年的研究，时间到了1960年，科学家终于发明出了水凝胶材料，制作出了软性隐形眼镜，用这种材料制作的隐形眼镜透氧性非常高，佩戴起来舒适，所以这种材质的隐形眼镜逐渐被人们接收并沿用至今。软性隐形眼镜在使用的过程中也发现了一些缺点，比如容易吸附沉淀物、保养复杂、容易破损等，于是科学家又继续探索新的材料，终于在1976年利用CAB材料制作出来的半硬性隐形眼镜问世，如今隐形眼镜的材料逐渐增多，如氟聚合物、硅、氟硅丙烯酸酯等材料。

1.2 隐形眼镜的材质

随着材料技术的不断进步，隐形眼镜的制作材质也在不断变革，如今市面上常见的隐形眼镜材料为水凝胶和硅水凝胶两种。两种材质各有特点，水凝胶材料使用历史比较久，它的主要优点是镜片柔软、负有弹性，同时湿润度很高。在我们佩戴的过程中，初期几乎感觉不到镜片的存在。只是水凝胶材质制作的隐形眼镜透氧率相对偏低，佩戴时间长了会感觉眼睛发干，有些不透气的感觉。所以如果用户在购买隐形眼镜时，要注意购买的隐形眼镜对于锁水功能的说明，只有水分不易流失的隐形眼镜才对眼睛的伤害更小。而硅水凝胶的主要特点就是透氧性能非常好，佩戴的过程中蛋白质的沉积比较少，佩戴时间长也不会出现缺水的情况，随着佩戴时间的增长也不会出现强烈的异物感。同时，由于硅水凝胶中加入了“硅”的成分，所以相对水凝胶材质会更加硬，佩戴时更加容易操作。

2 水凝胶简介

水凝胶自从被发明以来就开始为人类服务，被不断地应用在各行各业，由于其能够在水中溶胀并保持大量水分却又不溶解的特性，在生物化学、医学方面的应用更为广泛，接下来一起来认识一下水凝胶。

2.1 水凝胶发展史

从化学角度来讲，水凝胶是一种适度交联的亲水性高分子，它能够在水中发生溶胀现象，但是却不会溶解，自上个世纪40年代至今，水凝胶的众多物理性质逐渐被发现，水凝胶也开始被广泛应用在各类场景中。在水凝胶领域最早做出贡献的是P.J.Flory教授，是他率先从热力学角度提出了凝胶弹性理论，为后期水凝胶的发展奠定了坚实的基础。随着水凝胶被应用到隐形眼镜中，更多水凝胶的应用尝试取得成功。2013年，美国约翰·霍普金斯大学医学院开发出一种新型水凝胶生物材料，这种材料能够对软骨修复手术中为患者的康复提供帮助。手术中将这种材料注入到骨骼的小洞中，水凝胶就会刺激骨髓生长干细胞，最后长出软骨，新生软骨的覆盖率高达86%。同时，在关节润滑和减少发炎的相关技术中，这种材料也能起到重要作用。不但在生物医学技术，在工业、农业、制造业，水凝胶及其衍生品都在不断地被应用起来，呈现多元化的发展趋势。

2.2 水凝胶研究现状

根据近些年《先进材料》的消息显示，水凝胶材料在的应用范围不断扩展，近些年，水凝胶所具备的优良性能也在不断引起人们的兴趣，促使科研人员不断深入研究，从市场反应来看，目前高分子水凝胶材料是研究热点，主要研究的方向可分为环境敏感性高分子水凝胶材料方向，超强吸水高分子水凝胶材料的吸液速率方向以及耐盐性和凝胶强度方向。诸如pH敏感性水凝胶、温敏性水凝胶、光敏性水凝胶以及电场敏感性水凝胶都是热门研究。

2.3 水凝胶分类

水凝胶材料是一种新型热门材料，有良好的发展潜力。如今水凝胶被放置各行各业，分类也有不同，按照不同的方式会有不同的分法。如果按照网络键合来区分，可以分为物理凝胶和化学凝胶，物理凝胶通常是通过物理作用力的缠绕形成的，持久性不高。而化学凝胶则是通过化学键形成的三位网格聚合物，是永久性的材料。如果通过大小形状来区分，则分为宏观凝胶和微观凝胶两种。如果按照外界刺激来区分，水凝胶可以被分为传统水凝胶和环境敏感凝胶两大类。传统凝胶对环境的敏感程度较低，如温度、电、pH、光等刺激。而环境敏感凝胶则对这些外在环境因素比较敏感。如果按照合成材料区分，水凝胶材料也可以被分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。相比合成高分子水凝胶，天然高分子具有更优良的品质，比如较好的生物相容性、环境敏感性，同时来源比较丰富，价格也相对低廉，但天然高分子的稳定性比较差很容易发生降解。

3 水凝胶的应用场景

水凝胶具有三维网格结构，是一种新型功能高分子材料，具有含水量高、溶胀快、质地柔软、较好的粘稠性以及良好的生物相容性等特点，因此被广泛应用在各个领域，接下来将讨论水凝胶的部分应用场景。

3.1 水凝胶在生物医学中的应用

在医学领域，水凝胶因其众多的生物特点所以在生物医学领域的应用非常广泛，比如水凝胶的三维网格结构类似于生命组织材料，但是表面黏附蛋白质能力及黏附细胞的能力都比较差，可是血液、体液及人体组织的相容性又很好，可以说水凝胶比其他任何材料都接近人体组织。隐形眼镜的使用是水凝胶在生物医学中比较典型又比较常见的应用之一，水凝胶在上个世纪50年代就被发明出来了，从发明被应用在隐形眼镜中开始，一直是主流材料。当然，水凝胶材料一直在不断改进，使得水凝胶材料的隐形眼镜水润且柔软，佩戴起来非常舒服。加入了“硅”成分的水凝胶，在原水凝胶的优质特点之外，还增加了透氧性，质地也变得比较硬一点，佩戴时比较方便，佩戴时间也更长，甚至可以连续佩戴。另外，因其能很好地与人体组织相融，所以在药物载体中也得到广泛的应用。药物在应用到人体中时需要关注三个问题，分别是药物存储、药物释放速度的控制以及药物的释放，这三种要求水凝胶都能满足，同时水凝胶能够遮蔽药物的气味和苦味，所以在口服药、鼻腔、口腔、直肠、眼部等各类给药途径中都能被广泛应用。还有创面包覆帮助伤口愈合、隆胸等组织填充、医疗传感器、被应用在子宫角、肠粘膜等防粘连材料以及活细胞中封入水凝胶等各种应用场景。

3.2 水凝胶在智能纺织品中的应用

经过前文分析我们知道，水凝胶的内在组织是三维网格结构，网格中间还会填充不同的气体或液体，所以加了水的凝胶会被称为水凝胶，水凝胶可以看作是一个彭润体，这种舒适的材料也被广泛应用在纺织品中。因其特殊的材质，水凝胶在一定的刺激条件下会产生可逆的体积变化，这种现象被应用在纺织品中形成智能纺织品，智能纺织品能够对外界环境的变化产生响应，能实现自动调节、反馈、自我修复等功能。智能防水透湿纺织品就能及时响应外界环境刺激，当受到刺激之后，它的体积会因为吸收了水分体积逐渐增大，但是脱水后体积又会逐渐缩小。这种材质与纤维包覆在一起后制作成衣服，这种衣服遇水能迅速吸收水分，使得材料空隙迅速填满，不至让人淋湿，在干燥状态下又会形成足够的缝隙，使得人体产生的汗气得以释放出去。还有一种智能抗菌的纺织品更加神奇。制作这种功能纺织品时，需要在湿润状态的凝胶纤维浸泡在抗菌防臭剂中，然后将抗菌防臭溶液封入凝胶内部，待成品穿在人体上时，抗菌防臭溶液会逐渐释放出来，能够杀死多余的细菌又能保证皮肤维持正常数量的细菌。

3.3 水凝胶在农业中的应用

有一种专门用作抗旱保水的水凝胶被广泛应用在农业中，这种类型的水凝胶能够在很短的时间内吸收比自己重量高上千倍的水分，同时吸收后还能缓慢持续地释放出来，并且可以反复使用，可以说保水抗旱的性能非常好。目前欧美国家、日本、以色列等国家已经开始大面积推广使用这种材料，实践证明这种材料保水效果非常好，在很大程度上帮助人们解决了缺水的问题。常见的抗旱保水水凝胶使用方式是用作土壤保水剂，能够减少灌溉、有效节约水资源;还有被用作农膜防雾剂，提高农作物的透光率;还有的被直接涂覆在种子的表面，大大提高了种子的发芽率。直接喷在作物表面，还能够帮助作物吸收农药、化肥，提高药效。

4 结语

隐形眼镜被广泛应用在我们的日常生活中，其主要原材料水凝胶也通过各类不同的变形渗透到我们生活中的方方面面，在生物医学方面的应用为医学的治疗手段更加精细;在纺织品方面的应用让我们的日常用品变得更加有趣、多用;在农业中的应用让农作物长势更好。相信，随着材料技术的不断提高，水凝胶材料的应用也将更加广泛，期待水凝胶为我们带来更多有意思的生活用品。

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