隱形眼鏡專利技術綜述

張珍珍 何玉玲 郭紫琪

摘要：隱形眼鏡是常用的鏡片種類之一。本文以隱形眼鏡的專利申請數據為分析樣本，對隱形眼鏡的技術發展脈絡進行梳理，從專利申請的年度分布、專利技術演進等角度分析隱形眼鏡的技術發展狀況，為企業的研發和專利布局提供參考。

關鍵詞：隱形眼鏡；硬質透氣性；硅橡膠

中圖分類號：TS959.6+2 文獻標識碼：A 文章編號：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

隱形眼鏡，又稱角膜接觸鏡，是一種直接戴在眼球角膜上用于矯正視力或保護眼睛的鏡片，其鏡片薄而透明，佩戴時不容易被人看見，具有美觀、方便、視覺效果好等優點。隱形眼鏡發展歷史悠久，將眼鏡直接戴在眼睛上的想法最早在16世紀初由達·芬奇提出，20世紀三四十年代由于PMMA（Polymethyl methacrylate，有機玻璃）塑膠的發明，莫倫（Mullen）和奧布賴（Obring）使用PMMA材料制造出第一副角鞏膜型隱形眼鏡。20世紀60年代，捷克斯洛伐克科學家奧托·威特勒（Otto Wichterle）研制出一種吸水后會變軟，又能適合人體使用的HEMA材料，同時研制出將HEMA材料采用旋轉成型法制備聚甲基丙烯酸羥乙酯，第一副軟性隱形眼鏡誕生。20世紀70年代美國博士倫公司首先獲得FDA（Food and Drug Administration，食品藥品監督管理局）核準，率先將軟性隱形眼鏡推向市場，隱形眼鏡由于存在透氧性差和吸附淚液中的沉淀物的特點，后來的研究主要集中在對材料的改進上，如半硬性材料醋酸丁酸纖維素、透氣硬性材料硅酮丙烯酸酯、硅橡膠等[1]。之后隨著光學技術和三維制造技術的發展，智能眼鏡、無模生產等技術應用到隱形眼鏡的研究中。

本文以隱形眼鏡的專利數據為分析樣本，從專利申請的年度分布、地域分布、技術演進、技術研究熱點等角度詳細分析了隱形眼鏡的專利技術發展狀況。

1 專利申請年度分布

在DWPI（德溫特世界專利索引數據庫）和CPRSABS（中文專利檢索系統文摘數據庫）中以分類號和關鍵詞組合進行檢索，通過對公開號和優先權字段等進行分析，得到隱形眼鏡的申請量年度分布圖（見圖1）。由圖1可以看出，隱形眼鏡的專利申請最早出現在20世紀60年代初，在70年代和80年代穩步增長，在90年代中期、2005年之后申請量出現較大幅度的增長，表明隱形眼鏡的研究取得了新的進步，隱形眼鏡行業得到了快速發展。我國關于隱形眼鏡的專利申請最早出現在20世紀80年代中后期，主要是因為我國的專利法于1985年4月1日正式實施。由于改革開放的影響，1886年成立第一家中美合資隱形眼鏡公司——海昌公司；1988年，博士倫公司入駐中國；1993年，中澳合資公司愛康率先在國內推出硬性透氣性隱形眼鏡；1994年，美國視康公司入駐中國，首次將電腦數控切削工藝制作的鏡片、彩色鏡片和雙氧護理系統在國內推廣，同年強生公司入駐中國，將定期更換式和拋棄式鏡片引入國內，使得20世紀90年代中期申請量大幅增長；進入21世紀，由于中國加入世界貿易組織，實施了保護知識產權的《TRIPS協議》，我國隱形眼鏡的申請數量快速增長，保持在較高水平。2015年之后呈下降趨勢主要是由于部分專利申請尚未被公開，未納入統計數據。

2 專利申請地域分布

為了比較各國在隱形眼鏡領域的研發能力和技術水平，通過對技術原創國進行統計分析，發現在隱形眼鏡領域，超過50%的技術來源于美國，主要是因為美國隱形眼鏡發展歷史悠久。近100多年以來，美國的隱形眼鏡制造處于領先地位，美國國內具有多個如強生、博士倫、庫柏等隱形眼鏡生產企業。對于中國而言，通過國外大公司入駐中國，將隱形鏡片的制造技術和產品引入中國，從而帶動了中國隱形眼鏡的發展。日本、韓國、歐洲均是隱形眼鏡的主要技術原創國或區域，約占28%。

3 全球重要申請人

通過對申請人的申請量進行統計分析，得到全球排名前十位的申請人的申請量情況。從圖2可以看出，排在第一位的強生、第三位的博士倫、第八位的庫柏，均屬于美國的公司，申請量約占前十位申請人總量的50%；其次占比重較大的公司為排在第二位的諾瓦提斯公司，與排在第五位的西巴蓋吉公司，兩者同為瑞士的公司；日本公司共有2家，分別為排在第四位的成愛美和目立康，中國公司未出現在前十位申請人中。

4 專利技術發展演進

隱形眼鏡按照材質可以分為硬質隱形眼鏡和軟質隱形眼鏡，隨著PMMA材料的發明，20世紀30年代后期制造出PMMA硬質隱形鏡片的成型工藝為車削工藝，制備的鏡片硬度較高，透氣性較差，佩戴舒適性差，佩戴適應時間較長，大大限制了其應用。為了改善鏡片的性能，研究的重點主要在于材料的改進，如US3700761A中公開了通過加入NVP（N-乙烯基吡咯烷酮）與MMA共聚制備得到的鏡片的透氣性有所提高，而這種加入酮的鏡片又被稱為RGP（透氣型接觸鏡片）。20世紀60年代初，捷克斯洛伐克化學家Otto Wichterle發明了HEMA，并發明了旋轉成型工藝，利用HEMA單體通過旋轉成型工藝制備出第一副軟性隱形眼鏡，該鏡片質地柔軟、親水性好，但其透氧性差，易吸附淚液中的沉淀物，造成其無法取代硬質鏡片。為了改善硬質鏡片的性能，先后出現了由半硬性材料醋酸丁酸纖維素（CAB）和透氣硬性材料硅酮丙烯酸酯（SMA）等材料制成的鏡片，后又衍生出由多種透氣性硬鏡材料，如氟硅丙烯酸酯（FSA）、氟多聚體、有機硅烷與MMA單體的共聚物、硅酮與多氟以及單體等共聚制成的鏡片。為了改善軟質隱形眼鏡的性質，研究的主要熱點在于材料的選擇和改性，如采用硅油、硅聚合物或共聚物等對其進行改性，以提高其透氣性。同時，由于硅的加入，鏡片的硬度會增加，不適性增強。20世紀80年代，考倫（Dow Corning）制成一種較柔軟的硅彈性鏡片，透氧性極強，制成的鏡片可長時間佩戴，其中代表材料為硅橡膠（Silicone Rubber）。同期，US4495878A中公開了一種直接模塑工藝，該工藝步驟為采用HEMA單體與水可置換的稀釋劑無水聚合，后用水置換得到軟質鏡片，之后AU4769785A中將上述工藝應用于具有載藥功能的聚硅氧烷鏡片的制備。后期研究的重點主要集中在聚硅氧烷的改性上。

從功能方面分析技術的演進，早期的鏡片主要用于矯正屈光不正，后可制備有色、防紫外的鏡片，20世紀80年代出現矯正散光的鏡片。隨著科技的發展，智能變色、智能以及具有殺菌功能的鏡片應運而生。對于模具及加工工藝，最早用于鏡片生產的是車削工藝，隨著軟鏡的出現發明了旋轉成型工藝。20世紀80年代初出現鑄模成型工藝，為了排出氣泡，降低鏡片收縮率，便于脫模，先后出現對已有模具進行改進的專利文獻。此外，2000年后US786054B2公開了一種立體光刻無需模具的生產工藝。

5 典型專利申請分析

基于檢索的結果和核心專利以及技術演進路線，選取3篇典型專利申請對其技術方案進行分析。

5.1 US5949521A

傳統的鏡片通常只能矯正散焦與散光，對于眼睛與接觸透鏡保留有的附加像差，比如，球面像差、彗形像差以及許多不規則像差則不能矯正，這些眼睛的高級像差不僅使得在視網膜上形成的圖像變模糊，從而損害視力，而且使得從視網膜上取得的圖像變模糊，這兩種障礙阻止了使用特殊設計的光學元件以矯正眼睛中散焦與散光之外的像差。首先，不可能對眼睛不規則像差進行測量；其次，除散焦與散光之外，矯正眼睛單色像差的機理未得到證明。因此，驗光師只能通過主觀屈光法及客觀的自動屈光計測量散焦與散光，而不能測量包括用傳統眼鏡未矯正而遺留的所有像差在內的眼睛全部的波像差。本發明提供一種用于精確測量眼睛更高級像差以及使用由此測得的數據與定做的光學元件一起補償這些像差的方法和設備，該光學元件能夠提供超過目前可達到的改進或超長的視力，以及高分辨力的視網膜圖像。本發明的技術可應用于激光治療近視以修復近視，用于各種具有特殊功能的隱形眼鏡研究的基礎技術。

5.2 EP2270552A2

硬質透氣性鏡片RGP透氣性好，但是其質地較硬，不適合長時間佩戴。軟質的HEMA系列能夠連續佩戴7d左右，但更長時間繼續佩戴容易造成氧氣滲透率不足，導致角膜腫脹。硅氧烷基的聚合物具有較高的氧氣滲透率，但是其鏡片表面易黏附眼淚沉淀物，在鏡片表面產生薄霧干擾視線，易產生鏡片黏附于眼睛的問題。因此，研究的熱點在于尋找有平衡的氧氣滲透率、離子滲透率、能在眼睛上移動且能與眼淚交換的材料，制成的鏡片能夠長時間佩戴而無不適感，如連續佩戴時長在4～30 d。本發明將聚二甲基硅氧烷類（PDMS）等透氧性可聚合材料和甲基丙烯酸酯2-羥乙酯、丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮等透離子性可聚合材料通過一定的配比混合，制備得到可長時間佩戴的綜合性能較好的隱形鏡片。

5.3 US2007/0194499A1

傳統的隱形眼鏡鏡片加工通常采用的工藝均需要使用模具，適合批量化生產，對于生產定做的鏡片制造成本高。隨著三維打印技術的發展以及鏡片材料的開發，本發明公開了一種無需模具的通過立體光刻技術生產隱形鏡片的方法。

6 結語

通過對隱形眼鏡制造專利進行統計分析，重點關注本領域的核心專利、技術發展脈絡、重點申請人、申請量等信息，結果發現制造隱形鏡片的專利技術主要掌握在美國、日本、歐洲等國家或區域，全球前十位重要申請人中未出現中國公司。目前中國在隱形眼鏡領域與發達國家的差距較大，未來隱形眼鏡片的研究會朝向智能化、綜合化的方向發展，而且會將新興的三維制造技術用于隱形眼鏡片的制備。

參考文獻：

[1] 鐘興武，龔向明.實用隱形眼鏡學[M].北京：科學出版社，2004.