Жидкие линзы

Жидкие линзы

Вяткина Алёна Дмитриевна, учащаяся 11-го класса

МОУ «Лицей № 1» г. Ачинска (Красноярский край)

Галичанина Алина Сергеевна, учащаяся 11-го класса

МБОУ «Средняя школа № 13 имени Героя Советского Союза Валентина Ипполитовича Манкевича» г. Ачинска (Красноярский край)

Григорьев Кирилл Андреевич, учащийся 9-го класса

МОУ «Лицей № 1» г. Ачинска (Красноярский край)

Смирнова Юлия Сергеевна, учащаяся 10-го класса

КГБОУ «Ачинская Мариинская женская гимназия-интернат» (Красноярский край)

Научный руководитель: Малиновская Виктория Александровна, педагог дополнительного образования

В статье авторы представят теоретическую часть своей инновационной разработки с говорящим названием «Жидкие линзы».

Ключевые слова: жидкие линзы, дальнозоркость, нарушение зрения, золь-гель переход, офтальмология, нанотехнологии, оптика.

Масштабы этой проблемы переоценить невозможно! С каждым годом всё больше людей страдает дальнозоркостью, появление которой в основном связано с возрастными изменениями хрусталика зрительного анализатора.

Целевой аудиторией нашей разработки являются люди, страдающие дальнозоркостью.

Суть разработки состоит в том, что людям не придётся больше мучительно надевать гидрогелевые линзы или носить очки, которые преображают внешность человека, делая его порой неузнаваемым! Жидкие линзы способны облегчить жизнь людям с пресбиопией, ведь использовать капли гораздо быстрее.

Целью нашей работы является исследование возможности создания жидких контактных линз из золя диоксида кремния и, при положительном раскладе, создание жидких линз.

Себе мы поставили такие задачи : выбрать вещества, из которых будет создаваться золь для жидких линз; подобрать технологию создания золя; получить необходимый золь; убедиться в его безопасности для слизистой человеческого глаза; провести исследования гелеобразования у золя.

В процессе работы над созданием жидких линз мы исследуем свойства золя диоксида кремния, для его дальнейшей модификации.

Химические составляющие золя диоксида кремния : вода и аморфные наноразмерные частицы диоксида кремния. Технология создания: раствор жидкого стекла (Na₂SiO₃) с массовой долей вещества 10–60 % пропускается через воронку из фильтровальной бумаги, наполненную ионообменной смолой. В результате получается золь диоксида кремния (SiO₂).

Физическое состояние: кремнезоль (золь кремниевой кислоты) — это коллоидный раствор диоксида кремния, содержащий дискретные частицы (дисперсную фазу). Растворителем является вода.

Рис. 1. Процесс пропускания Na₂SiO через ионообменную смолу

В ходе работы мы использовали следующие методы исследования : физические и химические. Физические методы включали в себя оптические методы. В частности, исследование с помощью рефрактометра . При проведении эксперимента использовался Рефрактометр ИРФ-454, на котором мы измеряли коэффициент преломления четырёх проб золя с разными концентрациями.

Вывод:

– Коэффициент преломления воды составляет 1,35.

– Раствор золя с концентрацией наночастиц 10 % показал коэффициент преломления 1,37.

– Раствор золя с концентрацией наночастиц 13 % показал коэффициент преломления 1,357.

– Раствор золя с концентрацией наночастиц 20 % показал коэффициент преломления 1,353.

– Раствор золя с концентрацией наночастиц 40 % показал коэффициент преломления 1,3575.

– Раствор золя с концентрацией наночастиц 60 % показал коэффициент преломления 1,361.

Рис. 2. График зависимости преломления золя от его концентрации

И, конечно, исследование с помощью микроскопа . При проведении эксперимента использовался микроскоп БиОптик С-400. При концентрациях золя 10 %, 13 %, 20 % и 60 %, увеличениях 200, 400, 800 и 1000 крат кристаллов не наблюдается, из чего можно сделать вывод, что вещество аморфное.

Рис. 3. Золь диоксида кремния, 200-кратное увеличение

Кроме того, мы изучали агрегатные состояния объекта исследования, которым является золь. Он при высыхании становится твёрдым веществом. Предположительно, аморфным. Золь диоксида кремния при -1⁰С образуется в твердое вещество т. к. вода в золе замерзает. Золь при н. у. является жидкостью. Способен переходить в гелеобразное состояние в реакции с кислотами при нагревании. Начинает вскипать при 70⁰С, кипит при 160⁰С.

Наша команда занималась также и изучением химических свойств золя диоксида кремния: он не взаимодействует с основными оксидами, с кислотами и щелочами взаимодействие протекает при температуре с процессом гелеобразования.

Так возможно ли в теории создание жидких линз? Мы можем уверенно сказать, что да! Это абсолютно точно возможно! В скором времени будет завершено создание первого прототипа.

С учётом проведённых исследований была разработана Теория создания Жидких линз. Главной особенностью наших линз будет являться то, что золь диоксида кремния при попадании на глаза будет переходить в гелеобразное состояние, и преломлять лучи света, работая как контактная линза. Преломление должно будет регулироваться с помощью свойств самого золя, а не формы, которую он будет принимать при гелеобразовании. Само же гелеобразование будет осуществляться с помощью смешивания раствора золя и кислоты.

В процессе создания мы прибегали к помощи экспертов в таких областях науки как биохимия (Спирина Людмила Викторовна, заведующий кафедры биохимии и молекулярной биологии ФГБОУ ВО СибГМУ Министерства здравоохранения РФ), химия (Ерёмин Вадим Владимирович, профессор химфака МГУ; Карпушкин Евгений Александрович, доцент кафедры коллоидной химии химфака МГУ), офтальмология (Кривошеина Ольга Ивановна, заведующий кафедры офтальмологии ФГБОУ ВО СибГМУ Министерства здравоохранения РФ), так как информации в доступных источниках не было достаточно для нашего исследования. На данный момент мы подбираем такие соотношения веществ, которые помогли бы глазу человека корректировать аккомодацию лучей света. Нами был сделан запрос на создание модели человеческого глаза из прозрачного пластика путём печати на 3D-принтере. Это поможет смоделировать наглядный процесс гелеобразования на теле сферической формы. В дальнейшем будет создана упаковка, которая позволит использовать Жидкие линзы без угрозы для слизистой оболочки глаза (всё же для гелеобразования будет использоваться кислота, pH которой неблагоприятен для слизистой).

Проект является перспективным: при успешном создании Жидких линз можно будет открыть массовое производство.

В заключение хочется отметить, что аналогов Жидких линз на данный момент не существует, это наша идея инновационной разработки.

При поддержке Красноярского Краевого фонда науки в рамках Межрегионального конкурса техников-изобретателей Енисейской Сибири планируется продолжать разработку темы жидких линз.

Литература:

1. Исследование закономерностей гелеобразования в золях диоксида кремния, полученных методом ионного обмена (cyberleninka.ru) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-zakonomernostey-geleobrazovaniya-v-zolyah-dioksida-kremniya-poluchennyh-metodom-ionnogo-obmena/viewer
2. Получение золя диоксида кремния мембранным концентрированием водных растворов — Фундаментальные исследования (научный журнал) (fundamental-research.ru) URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35706&ysclid=lmiz8rnkxi734083878
3. Золи на основе диоксида кремния, их получение и использование (findpatent.ru) URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35706&ysclid=lmiz8rnkxi734083878
4. Диссертация_НН-Губановой.pdf (iscras.ru) URL: http://www.iscras.ru/wp-content/uploads/2019/10/диссертация_НН-Губановой.pdf
5. Научная электронная библиотека (monographies.ru) URL: https://monographies.ru/en/book/section?id=9110&ysclid=lmizza7ir6144727485
6. Получение стабильного коллоидного кремнезема с наносферами контролируемого размера из раствора силиката натрия (researchgate.net) URL: https://www.researchgate.net/publication/327320079_Preparation_of_Stable_Colloidal_Silica_with_Controlled_Size_Nano_Spheres_from_Sodium_Silicate_Solution
7. RU2513214C2 — Золи на основе диоксида кремния — Яндекс.Патенты (yandex.ru) URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2513214C2_20140420?ysclid=lqf0vew4xd364806985
8. Химия кремнезема Ч.2. Растворимость, полимеризация, коллоидные и поверхностные свойства биохимии — Айлер Р. — 1982 (djvu.online) URL: https://djvu.online/file/O7BWDWgSyDbOC
9. Методы синтеза, свойства и применения кремнезолей для получения композиционных материалов часть i (cyberleninka.ru) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-sinteza-svoystva-i-primeneniya-kremnezoley-dlya-polucheniya-kompozitsionnyh-materialov-chast-i/viewer
10. http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_70_Kudryavtsev_II.pdf_3b98cb56a9.pdf
11. Исследование закономерностей гелеобразования в золях диоксида кремния, полученных методом ионного обмена (cyberleninka.ru) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-zakonomernostey-geleobrazovaniya-v-zolyah-dioksida-kremniya-poluchennyh-metodom-ionnogo-obmena/viewer
12. Золь диоксида кремния и способ его получения — 30.03.2000–3251 — База патентов Беларуси (bypatents.com) URL: https://bypatents.com/9–3251-zol-dioksida-kremniya-i-sposob-ego-polucheniya.html?ysclid=lr91et80p276364283
13. metody-sinteza-svoystva-i-primeneniya-kremnezoley-dlya-polucheniya-kompozitsionnyh-materialov-chast-i (1).pdf
14. https://msd.com.ua/texnologiya-ogneuporov/ogneupory-s-primeneniem-kolloidnogo-kremnezema-i-kvarcevogo-stekla/
15. https://www.ikir.ru/ru/krasec/journal/volumes/2013/1/downloads/F_054–064.pdf
16. https://diss.muctr.ru/media/dissertations/2015/11/Горев_Д.С..pdf
17. Золи — Википедия (wikipedia.org) URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Золи
18. Агрегатное состояние — Википедия (wikipedia.org) URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Агрегатное_состояние#Твёрдое_тело