角膜塑形镜使用透气性硬质角膜接触镜材料，即通常所说的RGP材料，RGP是英文Rigid Gas Permeable的缩写，即“透气性硬质材料”。它是在不透气硬质材料PMMA基础上发展起来的。PMMA材料，即聚甲丙烯酸甲酯材料，是最早期硬质角膜接触镜所使用的材料。尽管它具有良好的光学性能等多项优点，但由于完全不透气，患者无法长时间配戴。

RGP材料包括醋酸丁酸纤维素（CAB）、硅酮丙烯酸酯（silicone acrylates，SAS）聚合物、有机硅树酯（siliconeresin）、氟硅丙烯酸酯（fluorosilicone actylates，F-SAS）等，聚苯乙烯（polystyrene）和含氟聚合物（fluoropolymers）是近年开发的用于接触镜的材料。

具有轻度的透氧性。CAB提炼自纤维素，纤维素中的羟基由乙酰根（acetyl racicals）和丁酰根（butyryl racical）替代。增加丁酰根或减少乙酰根含量，可以增加镜片的顺应性和透氧性，但是也同时降低了表面湿润性。最常用的CAB配方是13.0%乙酰根、37.0%丁酰根、22.0%游离氢氧根。

CAB是热塑性材料（thermoplastic material）可以模铸成形成镜片。CAB比PMMA软，但是它在透氧性上有了提高。目前已很少使用CAB材料。

该材料作为镜片材料出现于1979年，SAS的透氧性与材料的硅酮含量有关。它通常是混合有荧光树脂（如PMMA）的丙烯酸树脂。目前最常用的材料是methacryloxypropyl tris（tri-methylsiloxy）silane（TRIS）。这些共聚物含有碳碳主链，硅元素与烷基组成硅氧烷侧链（alkyl siloxane moieties）使该聚合物具有透氧性。SAS材料中含有硅氧烷（silicone）、异丁烯酸盐（methacrylate），湿润剂和交联剂。硅酮优良的氧通过特性赋予材料良好的氧弥散能力。湿润剂包括hema以及异丁烯酸（methacrylic acid），它们具有很强的亲水性，从而能提高材料的亲水性。交联剂，如二甲基乙酸（ethylene dimethacrylate）则能使材料变的更坚固，从而降低材料的顺应性。

该材料的主要缺点是干燥。

通常用来合成F-SAS的氟单体有以下几种：2，2，2-三氟异丁烯酸酯（2，2，2-trifluoroethyl methacrylate）和次异丁烯酸酯（bis（1，1，3，3，3-hexafluoro-2-propyl）methacrylate）。氟元素能提高材料的抗沉淀能力，并通过提高泪膜中粘蛋白与镜片表面的相互作用以及降低镜片的表面张力来增加镜片的亲水性。氧容易在含氟的材料中扩散，所以镜片的透氧性也增加了。同时，含氟材料的强透氧性减少了镜片材料中的硅含量，材料的形态稳定性比SAS更好。F-SAS可以分为低Dk值和高Dk值两种材料。

该材料的主要组成部分是具有湿润性及相对高透氧性的perfluoropolyether dimethacrylate，它的perfluoroether主链顺应性较大，因此需要与其他的单体如MMA异分子聚合以降低整个材料的顺应性。加入亲水性单体如NVP以提高材料的湿润性。

在20世纪80年代开始出现。它具有低密度（1.0）、高折射率（1.59）及良好的抗变形能力。p-异丙基苯乙烯（p-isopropyl styrene）和p-三-丁基-苯乙烯（p-tertiary-butyl-styrene）两种烷基苯乙烯单体（alkyl styrene monomer）已经被用作接触镜的聚合物成分。由于这些单体是疏水性的，所以需要与一些亲水性单体如n-vinylpyrrolidone（NVP）或HEMA等异分子聚合，从而提高材料的亲水性。

该材料是一种半硬性材料（semirigid material），在20世纪80年代由Dow Corning首先介绍。Dk值为340。镜片易于操作（与较大的软镜片相比），更好的初戴适应性（与其他硬镜比），这些特点使小儿无晶状体眼患者成功配戴的可能性更高。然而，由于此种材料具有疏水性，所以湿润性差、配戴不适、配戴时间过长后易与角膜粘连，因而其应用受到一定程度的限制。

评价一种RGP材料，必须了解其三大类特征，即生物相容性、物理特性和表面特性。

与人眼组织有良好的生物相容性是接触镜的RGP材料必须考虑的。用RGP材料制成的接触镜必须对配戴者的眼睛无刺激作用，不含有毒物质、不能含有有害物质。如有关RGP材料的国际标准这样规定，所有RGP材料在被批准上市之前必须达到以下检验标准。

1. 经过萃取试验后，可萃取物质的总萃取率应低于0.5%。

2. 细胞毒性小于或等于1级。

3. 进行兔眼生物相容性试验时，无阳性反应。

4. 须通过全身毒性试验。

对于一种RGP材料，其透气性通常由透氧系数，即用Dk值表示。氧气要通过材料，它的分子必须先溶解于这种材料，然后再通过这种材料。Dk值是弥散系数“D”（代表材料允许气体通过的固有能力）和溶解系数“k”（代表氧溶解于材料中或材料表面上的程度）的乘积。定量地说，弥散系数是气体分子物质中移动的速度，溶解系数表示在特定的压力下，单位体积物质中能溶解气体量。

透氧系数的定义公式为，在一定条件下，在单位气压差下，单位厚度的材料的氧通量：其单位为（cm ²/s）[ml O ₂ / （mL·hPa）]或（cm ³ O ₂ ^·cm）/（cm·s·hPa）。用百帕（hPa）为单位得到的Dk数值乘以1.33322即得到以毫米汞柱为单位计算的Dk值。

有多种方法可以测量材料的Dk值，得出的数值可以不同。因此，在比较两种RGP材料的透氧系数时，一定要确定两者的数值是使用同一种方法测得的。目前，国际上普遍使用ISO/Fatt法测量Dk值。它使用在顶端带有探测头的薄片材料，探测头再被浸于液体溶剂中，即可测量出透过该薄片材料的氧气量。

我国国家食品药品监督管理局按材料的Dk值将RGP材料分类为低透氧系数（Dk值小于50）、中透氧系数（Dk值介于50至90之间）和高透氧系数（Dk值大于90）材料。

实际的透氧率还要考虑材料的厚度（t）因素，即以Dk/t来评价材料的准确透氧性能。

RGP材料的硬度通常有两种测量方法，用的最多的是“肖氏（Shore D）硬度”。这种方法用于测试镜片表面抵抗刮痕的能力。另一种方法是“洛氏（Rockwell）硬度”，它使用一个圆头探测针向一个RGP毛料施加压力，以确定它所能承受的压力并试验其弹性。

弹性系数，又称弹性模量，代表一种材料在承受压力时保持形态不变的能力。它应用压力作用于镜片，直到其开始变形（张力），测量此形变直至发生断裂。这个特性代表材料的硬度并影响其“掩盖”角膜散光的能力。弹性系数是决定镜片设计及厚度的一个重要因素。

坚韧性，又称抗断裂强度，是材料在被弯曲直至断裂前所能承受的最大压力。此特性影响镜片的操作性和耐久性。

这两个参数为材料的光学特征。光透过率越高，视觉效果越佳，而材料折射率越高，同样度数的近视（远视）镜片，其边缘厚度（中央厚度）则越薄。

其他参数相同情况下，材料比重越轻，同样的镜片参数，镜片的重量越轻。

用以表示材料能被湿润的性能。湿润角越小，材料表面湿润性越好。湿润角采用液滴法或气泡俘获法测量。液滴法将一滴生理盐水置于材料样品上，然后测量其产生的接触角。气泡俘获法利用一个浸于溶剂中的气泡来测定与材料样品表面所形成的接触角。

然而，在材料实际应用于接触镜时，由于人的泪膜中含有多种成分，可能影响镜片在人眼配戴时的湿润性。所以，静态的湿润性测量并不能完全反映该种材料的镜片在真实配戴时的湿润性。一般来说，镜片材料湿润性越好，配戴越舒适。

材料表面可能带有电荷或无电荷，带表面电荷的称为离子型材料，一般带负电荷，无电荷的称为非离子型。离子型表面容易吸附泪液中的蛋白等带正电荷的物质。非离子型表面不易吸附沉淀物，但表面湿润性相对较差。

如前所述，RGP材料是在PMMA基础上加入硅胶或氟-硅胶成分，以改善透氧性。然而，加入硅使材料表面干燥加快，同时使表面带负电荷，容易吸附泪液中的蛋白质等。

氟硅RGP材料抗蛋白沉淀较硅胶RGP材料好，但吸附类脂，且使蛋白酶清洁无效。

目前，一种超高透氧材料Menicon Z（Dk值为163），被应用于角膜塑形镜的制作，如荷兰的NKL镜片及美国的CRT镜片。软性角膜接触镜多用的硅水凝胶材料也开始被研究制成角膜塑形镜片。这些新材料的临床应用使镜片配戴的安全性得到了进一步的提升，也成为了角膜塑形镜材料领域未来研制的重点。

许多医师在给患者验配RGP类镜片时都会遇到选择镜片材料的问题。材料的选择主要取决于两大因素：镜片的用途和患者的情况。

镜片可能用于矫正普通近视或远视，也可能用于矫正高度屈光不正，可能用于矫正非散光性屈光不正，也可能用于矫正高度角膜散光，甚至圆锥角膜；可能用于日戴，也可能用于夜戴或长戴（多日连续过夜配戴）。这些不同的镜片用途和使用方式，要求选择不同的镜片材料，例如，矫正高度屈光不正，希望镜片不要太厚和太重，应选择折射率高、比重小的RGP材料，矫正高度角膜散光，应选择弹性模量大、硬度高、坚韧性好的RGP材料；用于日戴，只需选择中等Dk值的材料就可以，而用于夜戴或长戴，则一定要选择高Dk值的材料。

医师还应根据患者的具体情况选择相适应的镜片材料，例如，患者泪液状况不良，应选择湿润性良好，即湿润角较小的镜片材料。

角膜塑形镜是一种特殊的RGP镜片，用于改变角膜现有的几何形态。同时，大部分患者采用夜间配戴的方式。因此，对于角膜塑形镜来说，最重要的是保证配戴的安全和塑形效果。然后才是配戴舒适度、镜片寿命、护理的难易程度等。透氧系数和弹性系数是选择角膜塑形镜材料最为重要的两个参数。

1. 镜片材料的Dk值并非越高越好，因为Dk值越高，通常材料中加入了较多的硅胶或氟-硅，造成材料的其他性能下降，如硬度、表面湿润性、离子性等。因此，“足够的透氧性”是选择的原则。人眼的角膜无血管，只能通过从空气中吸收氧分。空气中的氧含量是21%。研究表明，对于白天长时间配戴的镜片，安全的要求是到达角膜表面的氧含量（等氧百分比，EOP）应高于9%；最低长戴的要求是12%；理想长戴要求应达18%。

国家食品药品监督管理局制订的角膜塑形镜行业标准规定，用于日戴的角膜塑形镜，其材料的Dk值必须大于50（ISO方法）；用于夜戴的角膜塑形镜，其材料的Dk值必须大于90（ISO方法）。Dk值的允许误差为20%。

镜片配戴时到达角膜的实际氧分，不仅与材料的透氧系数相关，也与镜片的厚度相关，同等透氧系数的镜片，厚度越薄，其透氧率（Dk/t）越高。由于角膜塑形镜大部分实行夜戴，因此，除了必须选择Dk值超过90的材料制作镜片外，镜片的中心厚度也应控制在0.3mm以内。目前，美国FDA批准的派瑞刚公司角膜塑形镜材料为HDS 100，其Dk值为100；美国FDA批准的博士伦公司角膜塑形镜材料为Boston XO，其Dk值为100。

2. 如果说配戴镜片时的EOP对角膜塑形的安全性至关重要，那么材料的弹性系数则对塑形的有效性则非常关键。如前所述，弹性系数表示材料抗形变的能力，弹性系数好的材料，其制作的镜片塑形效果较好，而弹性系数较差的材料，其制作的镜片可能产生不了塑形效果，甚至被角膜的刚性所“塑形”。中国国家食品药品监督管理局关于角膜塑形镜的行业标准对镜片断裂强度和变形强度的要求为：用垂直于镜片径向的平行平面夹持镜片，并对镜片边缘沿径向施力。当镜片的变形量（镜片变形时，两平行平面的间距相对于形变前的间距比）达到30%时，边缘特定点所受的力应大于70g。当镜片的变形量达到70%时，镜片不破裂，此时所承受的变形力应不小于200g。

3. 角膜塑形镜的材料，除了对Dk值、EOP、断裂强度和变形强度有定量要求外，对材料其他参数值无硬性规定。当然，在满足这些特定参数要求的前提下，其他材料特性越优越好。