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Oxigenierung der Hornhaut mit Sauerstoff

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Präsentation zum Thema: "Oxigenierung der Hornhaut mit Sauerstoff"—  Präsentation transkript:

1 Oxigenierung der Hornhaut mit Sauerstoff
12 12

2 Sauerstoffdurchlässigkeit
Spezifische Materialeigenschaften (Widerstand gegen Gasstrom) Permeabilität P = Dk wobei: D der Diffusionskoeffizient ist k der Löslichkeitskoeffizient von Sauerstoff in einem bestimmten Material ist 12 12

3 Sauerstoffdurchlässigkeit
Unabhängig von der Dicke des Materials Abhängig von der Temperatur Berechneter Wert 12 12

4 Sauerstoffdurchlässigkeit
Kontaktlinsen: x 10-11 Einheiten: (cm2 x mLO2) / (s x mLLinse x mm Hg) oder (cm2/s) x (mLO2 / [mLLens x mm Hg]) Meist wird das tiefgestellte Zeichen Linse weggelassen 12 12

5 Sauerstoffdurchlässigkeit
Beruht auf der Permeabilität des Materials (Dk) Verbunden mit der Materialdicke (t) Transmissibilität = Dk/t Klinisch relevant 12 12

6 Sauerstoffdurchlässigkeit
Kontaktlinsen: x 10-9 Einheiten: (cm x mLO2) / (s x mLLinse x mm Hg) oder (cm/s) x (mLO2 / [mLLinse x mm Hg]) Meist wird das tiefgestellte Zeichen Linse weggelassen 12 12

7 Dynamische Sauerstoffversorgung
Austauschraten des Tränenfilms (post-KL): weich 1% pro Lidschlag fomstabil % pro Lidschlag Lidschlag Frequenz Qualität (vollständig) formstabil vs weich Anpasscharakteristik 12 12

8 Gasbewegung durch die Linsen
Polymerzusammensetzung Temperatureinfluss Partialdruck des Gases auf der Linsenoberfläche Linsendicke Einfluss der Grenzschicht 12 12

9 Gasdiffusion Moleküle wandern durch ‘Mikroporen’ (Intramolekularräume) innerhalb der Molekülmatrix 12 12

10 Gaslöslichkeit Sorptionsprozess eines Gases innerhalb des Materials
Ähnlich wie bei einem Schwamm der Wasser aufnimmt und speichert Gas ist gelöst oder wird löslich gemacht im Material 12 12

11 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Techniken In vitro Polarographiezelle Gas-zu-Gas (volumetrisch) Coulometrie 12 12

12 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Typischerweise gemessen für: Linsenstärke von – 3.00 D Temperatur von 35°C Physikalischer Test (kann überwacht und wiederholt werden) 12 12

13 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Polarographiezelltechnik Sensor in der Messzelle beinhaltet: Anode (+) Kathode (–) Elektrolyte KL wird zur ‘Membran’ Kontrollierte Feuchtigkeit und Temperatur 12 12

14 Polarographiezelltechnik
Sauerstoff geht durch die KL hindurch in den Elektrolyt des Sensors Stomstärke des Sensors ist proportional zum Sauerstoffanteil an der Kathode Sauerstofffluss j, Fick’s & Henry’s Gesetze: j = Dk/t x D(pO2) 12 12

15 Polarographiezelltechnik
Permeabilität wird berechnet mittels: Linsendicke (t) Stromstärke die benötigt wird um O2 zu reduzieren (i) Partialdruck von O2 (pO2) Zellkonstante (C) C x t x i Dk = pO2 12 12

16 Polarogrphiezelltechnik
Fertige KL werden benutzt Mögliche Fehler: Grenzschichten Randeffekte Linsendicke Umgebung Zellintegrität Kalibrierung 12 12

17 Polarographiezelltechnik
Nachteile Nicht geeignet für hoch permeable, Non-hydrogel Materialien Überschätzte Werte für formstabile Linsen Variabilität zwischen den Untersuchern 12 12

18 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Gas-zu-Gas Zwei ökologische Kammern Purer Sauerstoff Ungleicher Druck Konstante Temperatur (35oC) Drucksensor in jeder Kammer 12 12

19 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Gas-zu-Gas Technik Konstanter Druck in Vorderkammer Gasfluss durch die Linse verändert den Druck in der hinteren Kammer Keine Grenzschichten oder Randeffekte Mit jedem Gas möglich 12 12

20 Gas-zu-Gas Technik Nicht geeignet für Hydrogele
Nachteile Nicht geeignet für Hydrogele Druckdifferential zu groß Hydrogele zu elastisch Hydrogele haben eine geringe Stoßfestigkeit 12 12

21 Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit
Coulometrietechnik Zwei ökologische Kammern Sauerstoff Edelgas Coulometriesensor Gemessen wird der Sauerstofffluss durch die Linse Für Hydrogele wassergesättigter Sauerstoff oder Wasservorrat nötig 12 12

22 Coulometrietechnik Linsenvorderfläche ist ungeschützt
Vorteile Linsenvorderfläche ist ungeschützt Wenig oder kein Einfluss der Grenzschicht Keine Randeffekte Genauer als Polarographietechnik bei formstabilen Kontaktlinsen 12 12

23 Coulometrietechnik erfordert: speziellen Gassensor (z.B. Sauerstoff)
Nachteile erfordert: speziellen Gassensor (z.B. Sauerstoff) Vorderen Wasservorrat für Hydrogele 12 12

24 Klassifikation der Durchlässigkeit
Weiche KL Low < 12 Med High > 25 12 12

25 Klassifikation der Durchlässigkeit
Formstabile KL Low < 25 Mod High > 50 12 12

26 Coulometrietechnik Ausstrom Formstabile Probe KL
Ausstrom zu Coulometriesensor Vordere Kammer 159 mm Hg O2 Hintere Kammer Sauerstoffstrom Zustrom von Sauerstoff – freies Gas 'O' Ringe Zustrom des oxygenierten Gases 12 12

27 Gas Pressure Transducer
Gas-zu-Gas Technik Formstabile Probe KL Vordere Kammer Hintere Kammer 3 ATM pures O2 Gas Pressure Transducer Sauerstoffstrom Gasdruckwandler 'O' Ringe 12 12

28 Polarographie Zelle + Formstabile Probe KL
'O' Ring Salzgesättigtes Filterpapier Tip des Sauerstoffsensors 155 mmHg O2 Sauerstoffstrom Sauerstoffsensor Kathode (–) + 'O' Ring Sauerstofffreie Zone 12 12

29 Randeffekt ‘Effective’ Sensor Apertur Sensor Apertur
Wege des Sauerstoffstroms ‘Effective’ Sensor Apertur salzschicht Vorderfläche Hydrogel Contact Lens Thickness Rückfläche Wasserschicht ‘Brücke’ Sensor Apertur Polarographie Sensor Kathode (–) 12 12

30 Coulometrischer Sauerstoff Sensorenchemie
4 e– + O H2O OH– Kathode (– ve, Carbon [graphit]): 2 Cd + 4OH– Cd(OH) e– Anode (+ ve, Cadmium [nickel-cadmium]): e = Elektron Übersicht: 2Cd + O2 + 2H2O + 4OH– Cd(OH)2 + 4OH–

31 Dk Einheit O2 O2 1 sec nach Refojo et al., 1984 1 cm 1 mm Hg Druck
Polymerisches Linsenmaterial 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm O2 Hypotetische KL (viel größer als reale KL) 1 cm Bedingungen: STP (0°C, 760 mm Hg) wenn nicht anders angegeben, e.g. 21° or 760 mm Hg

32 Permeabilität (Dk) Herleitung der Einheit
mL 2 cm & O 2 k = D = mL x mmHg s Linse cm 2 mL O 2 X Dk = s mL x mmHg Linse 2 cm x mL O 2 Dk = s x mL x mmHg Linse

33 Transmissibilität (Dk/t ) Herleitung der Einheit
2 cm x mL O 2 Dk = s x mL x mmHg Linse 2 cm x mL O 2 Dk/ t = s x mL x mmHg x cm Linse cm x mL O 2 Dk/ t = s x mL x mmHg Linse

34 Dk Einheit O2 O2 1 mm Hg Druck Linsenmaterial 1 sec
nach Refojo et al., 1984 1 mm Hg Druck 1 cm O2 1 cm 1 sec 1 cm Linsenmaterial 1 cm 1 cm 1 cm O2 1 cm Hypotetische KL (viel größer als reale KL) 1 cm 1 cm Bedingungen: STP (0°C, 760 mm Hg) wenn nicht anders angegeben, e.g. 21° or 760 mm Hg

35 Dk Einheit O2 O2 1 sec nach Refojo et al., 1984 1 mm Hg Druck 1 cm
Polymerisches Linsenmaterial 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm O2 Hypotetische KL (viel größer als reale KL) 1 cm Bedingungen: STP (0°C, 760 mm Hg) wenn nicht anders angegeben, e.g. 21° or 760 mm Hg

36 Auswirkungen der Temperatur auf KL
Offenes Auge: mit weichen KL: Vorderfläche 0.5°C kälter Mit formstabilen KL (geringere Leitfähigkeit): Vorderfläche >0.5°C kälter Geschlossenes Auge (Erwärmung der HH »3°C): Keine Auswirkungen (formstabil und weich) Kein Unterschied zwischen den Vorderflächen

37 Auswirkungen von KL auf den Tränenfilm
Verdunstungsrate: weich » formstabil KL setzen BUT herab BUT: Formstabil - 4 bis 6 s weich - 4 bis 10 s (H2O Gehalt ¯, \Dk/t¯ )


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