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TWI663197B - 應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法 - Google Patents

應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法 Download PDF

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TWI663197B
TWI663197B TW107102244A TW107102244A TWI663197B TW I663197 B TWI663197 B TW I663197B TW 107102244 A TW107102244 A TW 107102244A TW 107102244 A TW107102244 A TW 107102244A TW I663197 B TWI663197 B TW I663197B
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林文賓
王孟菊
孫亦增
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亨泰光學股份有限公司
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Abstract

本發明為有關一種應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，該隱形眼鏡表面先進行電漿改質處理，以使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基，並將隱形眼鏡浸泡於由N-乙烯基-2-吡咯酮(N-vinyl-2-pyrrolidone，NVP)、甲基丙烯酸聚乙二醇酯〔poly(ethylene glycol)methacrylate，PEGMA〕及光起始劑混合而成的溶液中，再將隱形眼鏡從溶液中取出，且透過紫外光裝置來照射紫外光，以使隱形眼鏡表面形成薄膜，而隱形眼鏡即可藉由薄膜來達到同時具有良好的親水性及抗汙染能力之效果，進而使配戴時不會感受到不適的異物感，且可大幅減少角膜感染之機率。

Description

應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法
本發明是有關於一種應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，尤指隱形眼鏡表面經由電漿改質處理、浸泡溶液及照射紫外光製程後，可使隱形眼鏡表面形成薄膜，以藉由此薄膜來具有良好的親水性及抗汙染能力。
按，隨著各種電子、電氣產品的研發、創新，帶給人們在日常生活及工作上許多便捷，尤其是3C電子產品的大量問世，更造成在通訊及網際網路的應用的普及化，以致許多人沉浸在3C電子產品的使用領域中，長時間大量應用3C電子產品，不論是上班族、學生族群或是中老年人等，涵蓋的範圍也相當廣泛，進而衍生出低頭族的現象，也因此造就許多人的眼睛視力減損、傷害等情況日趨嚴重，近視人口也就相對提高。
再者，目前人們為了解決近視的困擾，大多會配戴近視眼鏡、配戴近視隱形鏡片、角膜近視手術或配戴角膜塑型鏡片矯正，然而，一般廠商會在隱形眼鏡表面做電漿表面改質處理，以提升隱形眼鏡的親水性，但是，此親水性效果大多只能維持一~二星期左右，其主要原因大致上有下列幾項：
(1)鏡片在電漿表面改質處理期間及電漿表面改質處理後，所產生的化學基團為了最小化表面能及回到熱平衡的狀態會進行重組(re-arrangement)，藉此產生疏水性回復現象。
(2)當經由電漿表面改質處理後的鏡片表面接觸空氣時，其鏡片表面即會產生新的氧化及降解反應，因而產生疏水性回復現象。
(3)為了以較低的表面能來達成更穩定的熱平衡狀態，所以低分子量的氧化分子則會移向鏡片內部，進而產生疏水性回復現象。
(4)未經改質的低分子量物種(species)及大分子(macromolecules)會從鏡片內部移向表面，因此促進疏水性回復的程度及在表面形成低表面能的低分子層。
(5)鏡片表面的極性化學基團產生重新轉向(reorientation)之情形。
(6)基材表面粗糙度增加(the relaxation of the surface roughness)。
所以，因為上述的原因，該隱形眼鏡經由電漿表面改質處理經過一星期後，其表面的接觸角便會逐漸增加而變成疏水性表面，而在約第10~14天時，則會回復至和未經電漿處理隱形眼鏡相同的接觸角，而當配戴者配戴疏水性鏡片時，配戴者的眼球即會感受到不適的異物感，以致於影響配戴者繼續配戴隱形眼鏡的意願，且疏水性鏡片亦容易供沉澱物吸附，其沉澱物不僅會影響配戴者的視力、配戴鏡片的舒適度及鏡片表面潤溼度，又沉澱物中的蛋白質沉澱亦可做為細菌成長的溫床，而當沉 澱在鏡片表面的蛋白質隨著時間變性時，可能會誘發人體免疫反應，進而造成巨大乳突狀結膜炎(Giant Papillary Conjunctivitis)、急性紅眼等角膜感染徵象，導致配戴者無法配戴隱形眼鏡。
是以，要如何設法解決上述習用之缺失與不便，即為從事此行業之相關業者所亟欲研究改善之方向所在。
故，發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法的發明專利者。
本發明之第一目的乃在於該隱形眼鏡表面為可先進行電漿改質處理，以使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基，並將隱形眼鏡浸泡於由N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始劑混合而成的溶液中，再將隱形眼鏡從溶液中取出，且透過紫外光裝置來對隱形眼鏡進行紫外光照射作業，以使隱形眼鏡表面聚合接枝形成薄膜，而隱形眼鏡便可透過薄膜來達到同時具有良好的親水性及抗汙染能力之目的。
本發明之第二目的乃在於該隱形眼鏡表面經由電漿改質處理後，會形成具親水性功能之官能基，其官能基會與溶液中之N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝為一體，所以可延遲官能基為了最小化表面能及回到熱平衡狀態而產生重組的情形，藉此達到延長親水性時間之目的。
本發明之第三目的乃在於該隱形眼鏡表面經由電漿改質處理後，會形成具親水性功能之官能基，以提升整體之親水性，且透過官能基亦可提升溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯結合於隱形眼鏡表面的貼附性，藉此達到增加隱形眼鏡表面形成薄膜穩定性之目的。
本發明之第四目的乃在於該隱形眼鏡配戴於眼球上時，其接觸的部位皆會確實地接觸到薄膜，以達到可使隱形眼鏡之親水性及抗污染的功能發揮到最大化，而生物相容性實驗證實，經聚合接枝後的隱形眼鏡無細胞毒性，故配戴者可安心配戴表面已聚合接枝有N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯的隱形眼鏡。
本發明之第五目的乃在於該光起始劑為水溶式之光起始劑，水溶式之光起始劑可避免隱形眼鏡在照射紫外光線的過程中因浸泡在非水溶性光起始劑的有機溶劑(如：酒精)而發生變形的情況，以使具薄膜之隱形眼鏡穩定製作，藉此達到提升製程良率之目的。
本發明之第六目的乃在於該N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射後，彼此間亦會相互接枝，以提升彼此鍵結的強度，進而達到提升親水性、減少蛋白質的吸附及提高抗生化汙染能力之目的。
第一圖 係為本發明之流程圖(一)。
第二圖 係為本發明之流程圖(二)。
第三圖 係為本發明N-乙烯基-2-吡咯酮接上光起始劑後之化學式圖。
第四圖 係為本發明甲基丙烯酸聚乙二醇酯接上光起始劑後之化學式圖。
第五圖 係為本發明N-乙烯基-2-吡咯酮與甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝後之化學式圖。
第六圖 係為本發明隱形眼鏡存放在生理食鹽水中的數據圖。
第七圖 係為本發明隱形眼鏡抗大腸桿菌能力之柱狀圖。
第八圖 係為本發明隱形眼鏡抗金黃色葡萄球菌能力之柱狀圖。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二圖所示，係為本發明之流程圖(一)及(二)，由圖中可清楚看出，本發明應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法為可依據下列步驟執行：
(A01)係可先對隱形眼鏡表面進行電漿改質處理，以使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基。
(A02)並將隱形眼鏡浸泡於由N-乙烯基-2-吡咯酮(N-vinyl-2-pyrrolidone，NVP)、甲基丙烯酸聚乙二醇酯〔poly(ethylene glycol)methacrylate，PEGMA〕及光起始劑混合而成的溶液中。
(A03)再將隱形眼鏡從溶液中取出，且透過紫外光裝置來對隱形眼鏡進行紫外光照射作業，以使隱形眼鏡表面形成薄膜，藉此完成製作出本發明具薄膜之隱形眼鏡。
上述隱形眼鏡較佳可為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟矽丙烯酸酯(FSA)、透氣性半硬鏡片、聚甲基丙烯酸羥乙酯、GMMA、矽水膠或其它製作隱形眼鏡的材料。
且上述步驟(A01)中隱形眼鏡表面為可透過電漿裝置來以氬氣進行電漿改質處理，而該電漿裝置的電漿功率(W)、電漿處理的時間(sec)、氣體進入腔體的速度(sccm)及腔體內的壓力(mTorr)之參數設定值為分別介於70~80W、90~120sec、5~10sccm及80~100mTorr之間，而較佳可為80W、120sec、10sccm及100mTorr，以可藉由前述各項參數來使隱形眼鏡表面穩定形成具親水性功能之官能基，且可使經由電漿改質處理後之隱形眼鏡表面的水接觸角(WCA)介於38°±1.91°之間。
再者，上述步驟(A02)中之溶液為包括有N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始劑，其中該N-乙烯基-2-吡咯酮的體積百分濃度為介於40~60v/v%之間，且該甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度為介於40~60v/v%之間，而該光起始劑可為2-hydroxy-2-methylpropiophenone(HMPP)及去離子水(DI Water)所組成之水溶式光起始劑，且光起始劑的體積百分濃 度為介於0.5~1.0v/v%之間，便可藉由前述參數值來優化隱形眼鏡表面形成薄膜的接枝密度，進而降低薄膜的水接觸角(WCA)，藉此達到提升隱形眼鏡親水性之效用。
然而，上述步驟(A03)中之紫外光裝置為可對從溶液中取出的隱形眼鏡照射紫外光，並透過光起始劑來產生固化反應，以誘導N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯聚合接枝於隱形眼鏡表面上，藉此使隱形眼鏡表面形成薄膜，而該紫外光裝置的波長(nm)、照射功率(W)及照射時間(min)之參數設定值較佳可為254nm、60W及20~30min，即可藉由前述的數值來使N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯確實均勻地接枝於隱形眼鏡上，且不會改變隱形眼鏡本身的物理及化學性質；另外，請參閱第三、四、五圖所示，係為本發明N-乙烯基-2-吡咯酮接上光起始劑後之化學式圖、甲基丙烯酸聚乙二醇酯接上光起始劑後之化學式圖及N-乙烯基-2-吡咯酮與甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝後之化學式圖，由圖中可清楚看出，該N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射後，彼此間亦會相互進行接枝，藉以可提升彼此間鍵結的強度。
本發明於實際使用時，係可先透過電漿裝置來對隱形眼鏡表面進行電漿改質處理，以使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基，再將隱形眼鏡浸泡於由N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始劑混合而成的溶液中，進而使隱形眼鏡表面確實沾附有溶液，便可再將隱形眼鏡從溶液中取出，並利用紫外光裝置來對沾附有溶液的隱形眼鏡進行紫外光照射作業，而在紫外光照射的過程中，其溶液中之光起始 劑即會誘導N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯來聚合接枝於隱□眼鏡表面之官能基上，且待紫外光照射完成後，該隱形眼鏡表面便會形成薄膜，藉以製作出具薄膜之隱形眼鏡，因N-乙烯基-2-吡咯酮為具有良好的親水性，且甲基丙烯酸聚乙二醇酯具有減少蛋白質的吸附及提高抗生化汙染的能力，並可經由生物相容性實驗(如：體外細胞毒性試驗、急性系統毒性試驗、眼刺激試驗或皮膚敏感性試驗等)來證實，經聚合接枝後的隱形眼鏡無細胞毒性，又薄膜的厚度很薄(約介於1~10μm之間)，所以此隱形眼鏡配載於眼球上時，配戴者即不會感覺到有不適的異物感，且可大幅減少沉澱物的吸附而降低角膜感染之機率。
而上述步驟(A03)執行後，為可進一步執行步驟(A04)、(A05)及(A06)：
(A04)利用次氯酸鈉及去離子水來對具薄膜之隱形眼鏡進行預設次數的清洗作業。
(A05)再透過光譜分析裝置來對清洗出來的液體進行光譜檢測分析作業，若液體中分析到有波數為〔944、1660、1716〕的碳氧鍵(化學式：C=O)波峰或波數為〔1335、2875、2930〕的氫氧鍵(化學式：O-H)波峰或波數為〔1110〕的羰基(化學式：C-O)波峰時，即回去執行步驟(A04)；而若檢測不到，則執行步驟(A06)。
(A06)完成檢測分析。
上述步驟(A04)中清洗作業的預設次數為介於1~5次，而較佳為3次。
再者，上述步驟(A05)中之光譜分析裝置可為傅立葉轉換紅外光光譜儀(FTIR)或其它可對物質進行化學表面分析之儀器。
本發明隱形眼鏡表面形成薄膜後，即可透過次氯酸鈉及去離子水來對具薄膜之隱形眼鏡進行清洗作業，再利用光譜分析裝置來對清洗出來的液體進行光譜分析作業，若液體中分析到有波數為944、1660、1716的碳氧鍵波峰或波數為1335、2875、2930的氫氧鍵波峰或波數為1110的羰基波峰時，即再繼續清洗，而若分析不到時，便代表N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯已確實接枝於隱形眼鏡表面，所以便可藉由分析光譜的方式來輕易確保N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯已確實接枝於隱形眼鏡表面，進而具有檢測便利性及穩固產品的品質之效果。
另外，請參閱第六圖所示，係為本發明隱形眼鏡存放在生理食鹽水中的數據圖，由圖中可清楚看出，該隱形眼鏡存放在生理食鹽水中的數據圖之縱軸為水接觸角、橫軸為存放時間，而該實心方塊曲線(C+P)為僅經由電漿處理之隱形眼鏡的實驗曲線，該空心方塊曲線(40/60)為薄膜中之N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度為40%及60%之隱形眼鏡的實驗曲線，該實心圓形(50/50)為薄膜中之N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度為50%及50%之隱形眼鏡的實驗曲線，該空心圓形(60/40)為薄膜中之N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度為60%及40%之隱形眼鏡的實驗曲線，該實心三角 形(Control)為一般隱形眼鏡的對照曲線。
由上述複數曲線中可以清楚看出，該複數具薄膜之隱形眼鏡在存放時間於120天的時候，其水接觸角為大幅低於僅經由電漿處理的隱形眼鏡及一般的隱形眼鏡，由此得知薄膜可對隱形眼鏡帶來良好親水性效果，其中該空心方塊曲線(40/60)在存放時間於120天的時候，其水接觸角為複數曲線中最低(約25°)，所以可得知該N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度分別為40%及60%時，可擁有最佳親水性之效果。
又請參閱第七、八圖所示，係為本發明隱形眼鏡抗大腸桿菌能力之柱狀圖及隱形眼鏡抗金黃色葡萄球菌能力之柱狀圖，由圖中可清楚看出，該N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度分別為40%及60%時，無論在檢測大腸桿菌或金黃色葡萄球菌，其在18小時的時候所能檢測到的光學密度皆為複數種類隱形眼鏡中最低，所以即可得知該N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度分別為40%及60%時，可擁有最佳抗污染之效用。
本發明為具有下列之優點：
(一)該隱形眼鏡透過電漿改質處理、浸泡溶液及照射紫外光製程後，即可使隱形眼鏡表面形成薄膜，而該隱形眼鏡為可藉由此薄膜來同時具有良好的親水性及抗生化汙染的能力。
(二)該隱形眼鏡表面經由電漿改質處理後，會使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基，且該官能基會與溶液中之N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝為一體，所以可延遲官能基為 了最小化表面能及回到熱平衡狀態而產生重組的情形，藉此達到延長親水性時間之效用。
(三)該隱形眼鏡表面經由電漿改質處理後，會使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基，以提升整體之親水性效能，且透過官能基亦可提升溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯結合於隱形眼鏡表面的貼附性，藉此達到增加隱形眼鏡表面形成薄膜穩定性之效果。
(四)該隱形眼鏡透過浸泡的方式可使表面完全成形有薄膜，所以當隱形眼鏡配戴於眼球上時，其接觸的部位皆會確實地接觸到薄膜，以使隱形眼鏡之親水性及抗污染的功能可發揮最大化，而生物相容性實驗證實，經聚合接枝後的隱形眼鏡無細胞毒性，故配戴者可安心配戴表面已聚合接枝有N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯的隱形眼鏡。
(五)該光起始劑可為2-hydroxy-2-methylpropiophenone(HMPP)及去離子水所組成之水溶式光起始劑，水溶式之光起始劑可避免隱形眼鏡在照射紫外光線的過程中因浸泡非水溶性光起始劑的有機溶劑(如：酒精)而發生變形的情況，以使本發明具薄膜之隱形眼鏡穩定製作，藉此提升製程良率。
(六)該N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射後，彼此間亦會相互接枝，以提升彼此鍵結的強度，進而達到更進一步提升親水性、減少蛋白質的吸附及提高抗生化汙染的能力。
上述詳細說明為針對本發明一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本發明所涵蓋之專利範圍中。
綜上所述，本發明應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法於實際應用、實施時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發、創設，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

Claims (9)

  1. 一種應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，係依據下列步驟執行：(A01)係先對隱形眼鏡表面進行電漿改質處理，以使隱形眼鏡表面形成具親水性功能之官能基；(A02)並將隱形眼鏡浸泡於由N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始劑混合而成的溶液中，該溶液為包括有N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始劑，其中該N-乙烯基-2-吡咯酮的體積百分濃度為介於40~60v/v%之間，且該甲基丙烯酸聚乙二醇酯的體積百分濃度為介於40~60v/v%之間；以及(A03)再將隱形眼鏡從溶液中取出，且透過紫外光裝置來對隱形眼鏡進行紫外光照射作業，以使隱形眼鏡表面形成薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該隱形眼鏡為聚甲基丙烯酸甲酯、氟矽丙烯酸酯、透氣性半硬鏡片、聚甲基丙烯酸羥乙酯、GMMA或矽水膠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A01)中隱形眼鏡表面為利用電漿裝置來進行電漿改質處理，而該電漿裝置的電漿功率、電漿處理的時間、氣體進入腔體的速度及腔體內的壓力之參數設定值為分別介於70~80W、90~120sec、5~10sccm及80~100mTorr之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該電漿裝置為氬氣電漿裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A02)中之光起始劑為水溶式光起始劑，且水溶式光起始劑為由2-Hydroxy-2-methylpropiophenone(HMPP)及去離子水組成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A03)中之紫外光裝置對從溶液中取出的隱形眼鏡照射紫外光，並透過光起始劑來產生固化反應，以誘導N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯聚合接枝於隱形眼鏡表面上，藉此使隱形眼鏡表面形成薄膜，且該N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射後，彼此間會相互進行接枝，而該紫外光裝置的波長為254nm、照射功率為60W及照射時間為介於20~30min之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A03)執行後，為執行步驟(A04)、(A05)及(A06)：(A04)利用次氯酸鈉及去離子水來對具薄膜之隱形眼鏡進行預設次數的清洗作業；(A05)再透過光譜分析裝置來對清洗出來的液體進行光譜分析作業，若液體中分析到有波數為944、1660、1716的碳氧鍵(化學式：C=O)波峰或波數為1335、2875、2930的氫氧鍵(化學式：O-H)波峰或波數為1110的羰基(化學式：C-O)波峰時，即回去執行步驟(A04)；而若分析不到，則執行步驟(A06)；(A06)完成檢測分析。
  8. 如申請專利範圍第7項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A04)中清洗作業的預設次數為介於1~5次。
  9. 如申請專利範圍第7項所述應用電漿誘導聚合接枝製備具薄膜之隱形眼鏡加工方法，其中該步驟(A05)中之光譜分析裝置為傅立葉轉換紅外光光譜儀。
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