コンタクトレンズ-角膜間の涙液の流れに関する研究

• 研究課題/領域番号: 12680836
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 九州芸術工科大学
• 研究代表者: 竹之内 和樹 九州大学, 芸術工学研究院, 助教授 (90207001)
• 研究分担者: 藤 智亮 九州大学, 芸術工学研究院, 助手 (60274544)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2001年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2000年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: ハードコンタクトレンズ / 涙液の流れ / レイノルズ方程式 / 流体潤滑 / 非ニュートン流体 / 流れの可視化 / コンタクトレンズ / 角膜 / 涙液 / 隙間流れ / 瞬目

研究概要

ハードコンタクトレンズ使用時、レンズ下の涙液の流れは、角膜への酸素供給と呼吸後の二酸化炭素排出に重要な役割を果たして長期的安全使用に大きな影響を与えるとともに、装用感の良否も左右する。本課題では、コンタクトレンズの最適処方や個人個人に対応したレンズデザイン決定のための指針や定量的資料を与えることを目的とした基礎的研究を行った。まず、既存研究や資料から瞬目時の角膜上におけるレンズの挙動に関する基礎的数値データを収集して、後の研究のために整理した。ついでこの資料に基づいて、数値シミュレーション手法により、コンタクトレンズ形状の主要パラメータ、レンズ下の圧力分布による角膜の変形および涙液粘性の擬塑性特性が、涙液の流れに与える影響を調べた。流れ計算では、円形の平面形状を有するコンタクトレンズを、潤滑工学における研究例が多い二次元スライダと平面とからなる動圧軸受に等価とみなし、Reynolds方程式を数値的に解いてレンズ下の圧力分布や流量、負荷容量や摩擦力を求め、前述の基本パラメータや各条件について比較した。さらに、流れ挙動に対する知見を実験的に得るとともに、今後のさらに進んだ流れ解析結果との比較のために、レンズ模型下の流れを観察・測定するための実験装置の設計・試作も行った。装置は透明な水槽とレンズ模型の運動機構とからなり、レンズ模型が直動電動スライダにより水槽底面と平行に直線移動しながら、カム機構により水平軸回りに回転して姿勢を変え、これにより生じる流れを透明な水槽の底面側から観察・測定できる。試作装置について、レンズ模型の動作と流れの観察実験を行い、設計仕様を十分に満たすことを確認した。