隱形眼鏡的歷史

隨著國際上的發展,隱形眼鏡也有著其發展史。雖然隱形眼鏡的機制非常簡單,但其開發歷史卻相當漫長且複雜。這項技術的機制雖然簡單,但隨著製造材料和設備的發展,有了很大的變化。

過去,隱形眼鏡是眼科醫生專門為角膜疾病(如角膜圓錐症,即角膜中央部分變薄,導致角膜前突成錐狀)而設計的特殊裝置。

隨著對角膜生理學知識的發展,材料和設備的改進,以及價格的下降,隱形眼鏡也讓一般大眾能夠使用。

隱形眼鏡的出現

有一種流傳的說法認為,最早提出隱形眼鏡概念的人是列奧納多·達·芬奇。

他在1508年出版的《眼睛手稿》中,描述了一種將頭部浸入裝滿水的碗中或者將裝滿水的玻璃半球戴在眼睛上,直接改變角膜力量的方法。

不過,這只是為了探索水的折射性質,並不是考慮用於視力矯正,所以達·芬奇被否定為隱形眼鏡概念的發起者。

隱形眼鏡的概念源於哲學家勒內·笛卡爾。

1637年,笛卡爾在他的著作《光學》第七講中提出了一種將鏡片裝在充滿液體的玻璃管中的視力矯正器具,但由於這種方法直接將液體接觸到角膜上,並且不能眨眼,所以不實用。

然而,這個概念被後來的人們接受並加速了隱形眼鏡的實用化。

1801年,英國物理學家托馬斯·楊根據笛卡爾的模型製作了一對基本的隱形眼鏡。他將裝滿水的鏡片貼在眼睛上,再用另一個鏡片來補正其屈光度。

1827年,英國的喬治·比德爾·艾利受到托馬斯·楊的影響,與劍橋大學的約翰·赫歇爾合作,進行了自己的散光實驗,不僅描述了散光的光學理論,還描述了使用理論上的散光矯正鏡片。

隨後,英國科學家約翰·F·W·赫歇爾爵士提出了將「充滿動物膠的玻璃球狀膠囊」或者「填充某種透明介質的角膜模具」黏貼到眼睛上的想法。匈牙利醫生約瑟夫·達洛斯等人的研究成功地開發出直接根據人眼形狀製造鏡片的方法,使得製造適合眼睛實際形狀的隱形眼鏡成為可能。

到19世紀末,隱形眼鏡的使用是一種眼科手術,並且並不頻繁地戴上或取下,如果需要重新戴上,就必須接受手術。

此外,當時還出現了手術後疼痛和眼球腐蝕的問題。

為了解決這個問題,開發了將含有可卡因和汞藥水的明膠貼在角膜上的鏡片,起到角膜麻醉和防腐劑防止感染的作用。

1886年,可卡因滴眼麻醉廣泛應用,到19世紀末,德國眼科醫生普遍使用麻醉。

但說實話,當時其隱形眼鏡門檻還是相對高的。如果要接受手術,人們還是會覺得戴眼鏡就好了。

德國發展的玻璃強膜鏡片

玻璃製的強膜鏡片在19世紀末於德國被發明。

1887年,義眼製造商弗里德里希·A·米勒和阿爾伯特·C·米勒兄弟提供了一種獨特的「義眼」給視力因近視和白內障而下降的病人,這些義眼是使用白色薄型輕量的吹製玻璃鏡片製成的,並在角膜內注入液體以防止角膜乾燥。

由於眼淚會腐蝕玻璃表面,所以需要每一年半到兩年更換一次鏡片。但據說這位病人從1887年開始,連續兩年無論白天黑夜都一直戴著這副鏡片。

同時在1888年,德國生理學家阿道夫·加斯頓·歐根·菲克也發明了玻璃製的強膜鏡片。

他先後對兔子、自己以及少數志願者進行實驗,發現了一些重要發現並製作了強膜玻璃鏡片。例如:「角膜的曲率半徑比眼球的曲率半徑更陡峭」、「結膜隨著離開角膜而變平坦」、「角膜混濁(角膜水腫)會隨著鏡片的耐受性和佩戴時間增加而減少」、「在插入時,將空氣封在鏡片後方能延緩角膜混濁的發生」、「使用2%葡萄糖煮沸溶液插入時,兔子能在角膜混濁發生之前佩戴8到10小時」、「切除虹膜,製作人工瞳孔,然後戴上有不透明虹膜和黑色瞳孔的鏡片,並在虹膜切除區域旁設置透明的開口,以此來使用圓錐角膜」等。他將製作的玻璃強膜鏡片於1888年3月號的《眼科檔案》中發表,稱其為「接觸眼鏡(Kontaktbrille)」,這就是「隱形眼鏡」這個詞的起源。然而,由於菲克的鏡片體積龐大且難以使用,一次只能佩戴幾小時。

首個將隱形眼鏡商品化的是德國的光學技術師卡爾·蔡司。

蔡司於1846年在耶拿創辦了卡爾·蔡司公司,從事顯微鏡和眼鏡的製造。他在1916年開始應用這項技術進行隱形眼鏡的量產。

在20世紀初,隱形眼鏡只有威斯巴登的米勒兄弟公司製造的「吹製玻璃鏡片」和耶拿的卡爾·蔡司公司製造的「磨砂玻璃鏡片」兩種選擇。

▽米勒兄弟公司的隱形眼鏡

吹製玻璃鏡片在光學品質的穩定性方面稍遜,但在佩戴感受和持續時間方面優越。磨砂玻璃鏡片可以進行適度的屈光矯正,但佩戴時間最多只能維持30分鐘到2小時。

偶然中誕生的角膜鏡片

於1949年,角膜鏡片被開發出來。與傳統的硬性鏡片相比,這種鏡片安裝在角膜上,而不是整個眼球表面,因此尺寸要小得多,每天可以佩戴長達16小時。

角膜鏡片的「發明」被認為是美國眼科醫生凱文·托西(Kevin Tuohy)的功績。

在1949年,托西正在製造高度近視的硬性鏡片時,其中一個鏡片碎裂成完整的圓盤狀。這個尺寸接近他妻子的角膜大小,於是托西將其帶回家供妻子試用,結果她視力變好且感覺舒適。因此取得了這個成功,他在隔年獲得了角膜鏡片的專利。

事實上,角膜鏡片自古以來就存在。卡爾·萊茵(Carl Zeiss)公司的目錄中,已於1912年、1923年、1932年、1965年和1966年刊登了玻璃製角膜鏡片。

然而,玻璃角膜鏡片重量較重且不易貼合眼睛,有些困難。托西的PMMA鏡片比玻璃輕很多,且能在眨眼時由上眼瞼提起,更貼合角膜。

在日本,第一位製作角膜鏡片的是田中恭一。

他於1950年製作了從航空器的PMMA前擋風玻璃手工雕刻而成的國產第一個角膜鏡片。由於這個手工製作的隱形眼鏡貼合眼睛且舒適,田中恭一設計了一台可以一次製作10片鏡片的機器,以保持相同品質。為了大量生產隱形眼鏡,他於1957年成立了日本隱形眼鏡股份有限公司,後來分拆出去,建立了「Menicon」品牌,發展成為世界第五大眼鏡製造商(截至2020年)。

在1952年,弗蘭克·迪金森(Frank Dickinson)開始了「微型鏡片」,隨後在1960年至1970年期間,不斷開發符合角膜曲線的鏡片調整方法,例如「雙焦點角膜鏡片」、「旋轉切削連續非球面鏡片」和「凱文連續曲線鏡片」。

PMMA角膜鏡片的視覺品質通常優於當時開始流行的軟性鏡片,但舒適性有問題,且容易引起角膜缺氧。初期的角膜鏡片價格昂貴且易碎,使得隱形眼鏡保險市場得以發展。現在的價格已經大幅下降,真是難以想像。

捷克斯洛伐克誕生的軟性隱形眼鏡

軟性隱形眼鏡利用能夠透過水和氧氣的材料,相較於玻璃和塑膠,在舒適度方面有著明顯的優勢。

發明軟性隱形眼鏡的人是捷克斯洛伐克科學院高分子化學研究所的奧托·維夫特勒。

他正在研究可溶於水的新型凝膠,並於1952年製造了一種名為羥乙基甲基丙烯酸甲酯(pHEMA)的凝膠。這種凝膠具有透明性並可吸收高達40%的水分,維夫特勒認為HEMA非常適合用於隱形眼鏡,並獲得了第一個軟性隱形眼鏡的專利。

隨後,維夫特勒致力於開發用於大規模生產隱形眼鏡的設備,他使用兒子的工具組裝了第一個遠心鑄造裝置的原型。使用這個裝置,他在家裡的廚房於1961年生產出第一批量產型的軟性隱形眼鏡,並於1964年在布拉格的Protetika公司開始大規模生產。

初期的軟性隱形眼鏡在長時間佩戴後可能導致角膜浮腫,佩戴時間也有時限制在8小時以下,但由於捷克斯洛伐克政府向國民免費提供,因此非常受歡迎。

隨後,全球各地開始研發新的材料取代HEMA的軟性隱形眼鏡。

1966年,美國發明了一種名為”Etafilcon A”的獨特軟性隱形眼鏡材料,後來成為了強生公司的熱門系列”Acuvue”。

1970年,美國的約翰·德卡爾為了提高長時間佩戴的舒適性和安全性,自製的廚房爐子上開發了含水率接近角膜的軟性隱形眼鏡。他將這種鏡片命名為Permalens(HEMA/VP),這是世界第二大隱形眼鏡品牌”CooperVision”的開始。

1970年代,開始探索大量生產軟性隱形眼鏡的方法。

在美國,軟性隱形眼鏡的製造方式主要是使用旋轉注塑法和車床加工,但這種方法勞動密集,材料浪費多且品質不穩定。隨後,英國的湯姆·謝帕德申請了注塑模具的軟性隱形眼鏡專利。該方法是在兩個模具之間注入鏡片材料並使其固化。這樣可以減少材料浪費,大幅提高生產速度,並推動了使用即棄隱形眼鏡的製造。

在丹麥誕生的一次性隱形眼鏡

首次生產和銷售一次性隱形眼鏡的是丹麥眼科醫生邁克爾·貝。

他對長時間佩戴的軟性隱形眼鏡的破損表示擔憂,認為應該有更好的隱形眼鏡製作方法,於是開發出新的鏡片成型方法。

這種稱為穩定軟性鏡片模具系統的方法,通過在成型時使用稀釋劑補充水分,使鏡片保持柔軟,然後在包裝前用生理食鹽水進行交換。這樣可以以較低的成本製造出更穩定的鏡片,實現了使用一次性隱形眼鏡的低成本化,即使定期更換也不會太負擔。

當這種新型隱形眼鏡由丹麥的眼鏡連鎖店Synoptic推出後,立刻引起了轟動,人們為了獲得這種新型隱形眼鏡而排起長龍。邁克爾·貝的系統在1983年被強生公司收購。

1988年,強生公司的子公司Vistakon推出了一週拋型隱形眼鏡”Acuvue Disposable”。這款隱形眼鏡使用了以Etafilcon A為材料,提高了品質並進行了包裝的合理化。

1989年,由蘇格蘭的朗·漢密爾頓和比爾·西頓創辦的Award公司開發出了使用新型成型技術的一日拋型隱形眼鏡。此後,Award公司被博士倫公司收購。

1995年,強生公司推出了”1-Day Acuvue”隱形眼鏡。

通過對設施和廣告的巨額投資,一日拋型隱形眼鏡在全世界得到了普及。據說每人每年使用約730片隱形眼鏡,數量驚人。

這樣,原本價格昂貴且繁瑣的隱形眼鏡已經變成了可以一天使用後棄置的低成本和便利性的產品。

總結

除了上述內容,事實上還有各種不同材質的隱形眼鏡歷史中誕生出來,但為了簡潔起見,我們做了一個概括性的整理。

隨著普及和價格的降低,隱形眼鏡逐漸成為某種商品化的產品。而且,隨著激光近視手術技術的發展,它變得越來越普及,這可能會減少對隱形眼鏡的需求。

未來,如果要發展隱形眼鏡,可能會有哪些功能呢?

例如,自動對焦、在黑暗中看起來像夜視鏡一樣的功能。或者,像谷歌眼鏡一樣,可以連接到互聯網,將數字信息投射到鏡片上。如果這樣的功能實現,隱形眼鏡的角色可能會再次發生重大變化。