隐形眼镜（contact lens），也叫角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上，用以矫正视力或保护眼睛的镜片。
很遗憾我没被命运眷顾，但我很幸运能被你照顾。
我们变老时戴框架老花镜可能会成历史英国利兹大学的Helen Gleeson和她的团队研发出一种液晶隐形眼镜可以调节焦点帮助恢复视力
人们常说年龄的增长带来智慧不幸的是各种缺点也会随之而来我们的身体也不能像以前那样运作良好 （尽管我们可能并不想承认这点） 人过中年白发数不清戴上老花镜也不可避免
我们沿着人生之路前行却渐渐发现自己的视线越来越难以聚焦在近处的物体上这是因为我们眼中的晶状体变得越来越僵硬也就是说晶状体不再像过去那样容易改变形状因此无法聚焦于近处的物体用术语表示晶状体无法自动调节这种状况可以说是老花眼也可以说我们没有足够长的手臂将书放的足够远以便阅读人们超过50岁便会深深地感受到其影响也有一些人认为老花眼并没有影响到他们但事实上他们的远视能力本来就已经不够完美老花眼使得这一切略有改善
但想象一下我们是否能够神奇地摆脱这些视力问题再也不用佩戴眼镜我们是否有办法恢复到年轻时的视力回到过去
现存的几种针对老花眼的解决方案都是折衷的方法没有一种能够让我们完全恢复年轻时的视力最常见的一个方法是使用具有不同焦点区域的眼镜这种眼镜被称为双焦眼镜或变焦眼镜它的镜片在观看远处的区域和用于阅读的区域的形状不同进而形成不同的焦距
双焦隐形眼镜也已经出现与普通双焦眼镜一样隐形眼镜在镜片的不同位置分布有不同的焦点区域大脑对聚焦和失焦图像的区分以及在阅读时瞳孔通常变小是正确使用隐形眼镜的依据这个解决方案很聪明确实帮助了一部分人但依然是一个折衷的办法
需要特别指出的是在黑暗环境中阅读时双焦隐形眼镜的问题便暴露出来因为在黑暗的环境下瞳孔会放大使得尽可能多的光线进入但是瞳孔的放大会接触到隐形眼镜的外边缘 （这部分通常与聚焦远处物体的功能相关） 双焦隐形眼镜的另一个问题是分辨率不足由于并非所有通过镜头的光线都聚焦在单个图像上用户很难区分小的文字
另一个常见的解决方案被称为单眼视 （monovision） 通过隐形眼镜或激光外科手术使一只眼睛具有良好的远视视力另一只眼睛具有良好的近视视力然而这一解决方案仍然不适用于每个人有些人会因为每只眼睛的焦点不同而出现方向迷失感而且它也无法令我们的视力恢复到年轻水平
我们正在研究另一种可行的解决方案开发可调焦 （可变换焦距和焦点） 的液晶隐形眼镜几年前我们和英国Ultravision公司一起建立了团队成员包括验光师以及光学液晶领域的专家考虑到液晶的折射率会随着施加电压的变化而改变我们想知道液晶是否可以用来制造可调焦的隐形眼镜乍一看我们的方法似乎更像是科幻小说而非现实但我们相信它能够使老年人拥有年轻人的视力
如今液晶材料在日常生活中占据着重要的地位它们被广泛用于数十亿的手机电视以及笔记本电脑的液晶显示器 （LCD） 上这些迷人的软材料是有序流体由于有许多方法能够实现流体的有序化液晶的类型也就多种多样而液晶显示器中使用的所谓的向列相是我们感兴趣的
形成向列型液晶的分子通常呈杆状且取向有序它们的长轴通常指向同一个方向而分子长轴的平均趋向的单位矢量也被称为该液晶的指向矢液晶还具有长程取向有序的特点向列型液晶的许多物理性质 （例如折射率） 是各向异性的这意味着这些属性值从一个区域到另一个区域是变化的这取决于液晶对应区域的指向矢
但由于液晶是流体液晶的指向矢对外部的刺激 （例如电场磁场温度压力等） 非常敏感比如施加超过特定值的电压指向矢平行或垂直于电场方向取决于介电各向异性为正还是负同时作为由指向矢定义的系统光轴 （例如光学对称方向） 它也会对施加的电压作出反应而这也是任何液晶显示器所依赖的特性 （见液晶显示器内部图）
液晶显示器内部
液晶显示器（LCD）包含大约5μm厚的向列型液晶薄膜薄膜位于两个透明电极之间而电极则夹在两个偏振器之间液晶分子根据不同的设备类型具有特定对应的几何分布但是最常见的是被称为扭曲向列型设备指示器在这类设备中指向矢（向列型液晶分子指向的平均方向）与同它成90°的偏振器对齐这意味着指向矢在这一层中的旋转范围是90°在没有电场（E）的情况下非偏振光在进入LCD时发生偏振其偏振轴通过液晶时旋转了90°然后光可以通过第二个偏振器形成明亮状态当有足够大的电场施加在电极上时液晶分子垂直于设备平面排列改变其有效折射率并抑制扭曲排列光因此被第二偏振器完全吸收形成黑暗状态
基于电压依赖的折射率研究人员早在20世纪70年代就提出了液晶镜片的设想但是制作一个可以放在眼球上的液晶隐形眼镜并不容易整个设备必须弯曲且厚度少于30008m （任何更厚的设备佩戴起来都会令人感到不适） 焦点的变化必须在+2.0屈光度左右 （验光测得的焦点） 而大部分远视眼的人则额外需要+1.5或+2.0屈光度镜片焦点的调整需要比眨眼速度更快这意味着调整的时间不到一秒钟理想的情况是它也不应该太昂贵而这也意味着简单的制造工艺很重要此外镜片需要电源支持它改变焦点事实上为了制作有可能用在眼睛上的装置镜片的能量能够维持至少一天也很重要
我们决定使用聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA） 作为镜片的基础这是一种常用的隐形眼镜材料之后我们提出了一个简单的在我们看来很优雅的基于平衡光学的解决方案它被设计成三层结构的隐形眼镜 （见图1分层镜片图） 每一层本身都是一个镜片底层以PMMA为基底契合眼睛的曲度并用透明的铟锡氧化物 （indium-tin-oxideITO） 电极和聚合物涂布在与液晶毗邻的表面上在关闭状态时聚合物能稳定液晶上面一层是液晶层它表面覆盖着另一层涂布ITO的PMMA总体上这三个镜片处于平衡状态它们的曲率PMMA的折射率和关闭状态液晶的折射率根据个人需要可设计成要么不提供视力矫正要么提供远视视力矫正当施加电压时电极之间产生电场液晶层的折射率发生改变 （取决于电压镜片几何学特性以及液晶材料） 进而镜片的聚焦能力也会发生改变
我们演示了几种不同类型液晶排列的几何学特性它们取决于液晶折射率从911.5到911.7的变化这一变化从低至910.7Vrms的电压开始目前仅通过连接到电极的导线施加响应时间大大短于1秒我们的设计使我们能够做得比戴上912.0屈光度的阅读眼镜效果更好同时它还能够不断调焦以便我们校正中间视 （比如注视电脑屏幕）
使用液晶的一个潜在缺点与其各向异性有关我们需要具有两个折射率（双折射）特性的材料来实现由电压决定的折射率但是除非我们仔细设计镜片否则聚焦能力将取决于光的偏振故而会遇到与其他技术类似的缺陷而问题在于实际折射率也取决于偏振 （需知在液晶显示器中与液晶层相互作用的是偏振光） 为此我们开发了一种具有两个液晶腔室的镜片彼此正交定向以确保整个镜片的操作不依赖于偏振
液晶隐形眼镜依靠保持平衡的三层透镜结构
尽管可调焦的眼镜镜片更容易制造和使用但液晶隐形眼镜有很多优点首先我们可以忽略隐形眼镜中的任何色差色差出现的原因是任何材料的折射率都依赖于波长不同的波长会聚焦在位置差别甚微的点上这是因为晶状体中的像差小于角膜的像差而大脑只是将其消除其次由于液晶的几何学特性我们不需要担心会出现不同焦点的离轴光线隐形眼镜的几何学特性有助于将视力限定在镜片的大部分轴线上
在我们制造出商用的可调焦隐形眼镜之前仍需要克服一些挑战首先要确定如何为镜片供电液晶显示器如此成功的一个原因是它们自身就是低功耗设备这意味着它们可以长时间依靠小型电池运行这对我们很有帮助针对镜片的供电问题目前存在几种可能的解决方案事实上我们在液晶隐形眼镜领域拥有一项强大的专利我们的第一笔投资将使我们能够制造一款eye-ready的无线镜片它能够自我供能另一个重大挑战是镜片如何知道在何时改变折射率最简单的方法就是让镜片与智能手表连线尽管如此许多其他可能的控制机制也已经被提出例如眨眼当然在这种情况下需要比正常的眨眼时间更长或者可能需要特定的眨眼次序
在隐形眼镜上安装电池或使用其他发电技术看起来仍像是科幻小说但含有由感应线圈供电的发光二极管的隐形眼镜前几年已经问世 （J.Micromech. Microeng. 21 125014） 此外还有一些其他智能隐形眼镜的例子包括可监测糖尿病患者血糖浓度的隐形眼镜比如谷歌在2014年发布的那款为这种设备提供动力是一个热门话题也出现了大量的提议其中就包括镜片可能以眼泪为动力同时也有越来越简单的技术可以用来触发焦点的变化用户也希望这一切变得简单如果可能的话最好自动化
当这些技术结合起来能够调整并控制焦点的隐形眼镜不再是科幻小说