Полимерная композиция для мягких контактных линз продленного ношения и способ ее получения
Владельцы патента RU 2269552:
Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Описывается полимерная композиция для МКЛ продленного ношения, представляющая собой бифазный силикон-гидрогелевый материал в виде последовательных взаимопроникающих сеток, состоящих из сшитых полисилоксана, являющегося продуктом взаимодействия винилсодержащего компонента, включающего смесь олигосилоксана и полисилоксана, и гидридсодержащего компонента, представляющего собой олигомер, и гидрофильного полимера, являющегося сшитым (со)полимером N-винилпирролидона, 2-гидроксиэтилметакрилата, акриламида и диметилакриламида и способ ее получения. Технический результат - высокие эксплуатационные свойства полимерной композиции и упрощенный способ ее получения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретения относятся к области медицины, в частности к офтальмологии, и могут быть использованы при получении полимерных материалов для мягких контактных линз (МКЛ) продленного ношения.
В последние годы контактная коррекция зрения становится одним из ведущих методов устранения аномалий рефракции. Ее достоинства определяются не только высокой эффективностью применения, но и экономическими преимуществами и безопасностью в сравнении с другими современными методами (лазерная коррекция). В значительной степени успехи контактной коррекции связаны с созданием новых полимерных материалов для МКЛ продленного ношения. К мягким контактным линзам продленного ношения относятся такие МКЛ, которые пациент может использовать непрерывно, то есть не снимая на ночь, в течение длительного времени (до 30 суток).
К материалам, применяемым для изготовления МКЛ такого типа, предъявляется ряд специальных требований:
- материал должен соответствовать требованиям, предъявляемым к традиционным материалам для МКЛ (обладать оптической прозрачностью, механической прочностью, гидрофильными свойствами, то есть смачиваться слезной жидкостью, обладать водопроницаемостью для обеспечения обмена слезной жидкости между двумя поверхностями МКЛ и, следовательно, создавать подвижность МКЛ на роговице глаза и комфортность при ее ношении);
- изготовление изделий из указанных материалов должно осуществляться с применением известных способов.
Специфичность требований, предъявляемых к материалам для МКЛ продленного ношения, состоит еще и в том, что наряду с перечисленными выше свойствами они должны иметь высокую кислородопроницаемость, чтобы исключить гипоксию роговицы во время ночного сна.
Известны МКЛ, полученные с применением способа, включающего полимеризацию водных растворов акриламида в присутствии сшивающего агента и инициирующей системы в закрытых формах [1]. Полученные таким образом МКЛ имеют очень высокое содержание воды (до 90%), что повышает их кислородопроницаемость. Расчет показывает [2], что величина кислородопроницаемости (Dk) для полиакриламидных линз превышает 80 10-11 см·см3 /(см2·с·мм рт.ст.). Для адекватного снабжения кислородом роговицы глаза МКЛ продленного ношения должны иметь Dk при толщине линзы 0,1 мм не менее 125 10-11 см·см3/(см2·с·мм рт. ст.) [3]. То есть, полиакриламидные МКЛ не могут рассматриваться в качестве линз продленного ношения. Необходимая кислородопроницаемость может быть достигнута только за счет уменьшения толщины линзы. Однако это невозможно из-за малой прочности МКЛ, имеющей очень высокое содержание воды.
Известно, что очень высокой кислородопроницаемостью обладают силоксансо-держащие полимеры [4]. Главный недостаток таких материалов заключается в их гидрофобности. Поэтому МКЛ, изготовленные из таких материалов, из-за ограниченной подвижности на роговице глаза и возникновения на поверхности отложений протеинов и липидов, содержащихся в слезной жидкости, создают дискомфорт у пациента при длительном ношении.
Известны многочисленные способы гидрофилизации поверхности полисилосанов и контактных линз на их основе химическими [5-8] или физическими (обработка в плазме) [9-11] методами. Эти способы улучшают смачиваемость полисилоксана, но из-за низкого содержания воды не могут обеспечить достаточную водо- и ионную проницаемость материала.
Для повышения водосодержания силоксансодержащих полимеров в их состав вводят звенья гидрофильных мономеров. Известно получение сополимеров для МКЛ, содержащих звенья метакриловых производных силоксанов, звенья гидрофильных мономеров - таких как 2-гидроксиэтилметакрилат, диметилакриламид, N-винилпирролидон и небольшое количество звеньев сшивающих (со)мономеров (дивинилбензол, этиленгликольдиметакрилат и др.) [13]. МКЛ из сополимеров получают по традиционной технологии механической обработки полимерных заготовок. В зависимости от содержания звеньев гидрофильных мономеров в сополимере МКЛ способны содержать от 16 до 44 мас.% воды, то есть обладают вполне удовлетворительными гидрофильными свойствами. Однако кислородопроницаемость МКЛ при толщине 0,11-0,15 мм не превышает 21·10-11 см·см3/(см2·с·мм рт.ст.), что не позволяет использовать их в режиме длительного непрерывного ношения.
В настоящее время наиболее перспективными полимерными материалами для МКЛ продленного ношения являются материалы с микрогетерогенной структурой, включающей полисилоксановую фазу, обеспечивающую высокую кислородопроницаемость, и фазу гидрофильного полимера, придающую МКЛ гидрофильные свойства. Такие материалы называют силикон-гидрогелями. Известны способы получения таких материалов и изготовления из них МКЛ [14-19]. Большинство способов получения силикон-гидрогелей основано на получении блок-привитых сополимеров. Способ получения включает несколько стадий. Вначале получают макромер, представляющий собой полисилоксан с концевыми полимеризационноспособными функциональными группами, имеющий, например, структуру [14]:
где: х=25.
Известны полисилоксаны с полимеризационноспособными функциональными группами другого типа [15]:
где: Х=-О- или -NH-, а R=-Н или -СН3.
Количество силоксановых звеньев (X) варьируется также в очень широких пределах (от 10 до 500) [15].
На второй стадии процесса готовят полимеризационную смесь, включающую, как правило, следующие компоненты:
- силоксановый макромер, монофункциональный силоксановый мономер, такой как метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан, пентаметилдисилоксанилэтилацетат и др. [16], гидрофильный мономер (2-гидроксиэтилметакрилат, акриламид, метакриламид, N,N-диметилакриламид, N-винилпирролидон и др.) [17] или смесь гидрофильных мономеров [18];
- инициатор полимеризации, обеспечивающий образование свободных радикалов под действием света или тепла;
- разбавитель (растворитель) для совмещения полимеризующихся компонентов.
Указанную реакционную смесь помещают в закрытую, состоящую из двух частей форму и осуществляют полимеризацию. После завершения полимеризации форму раскрывают и полученный материал подвергают экстракции, обычно этанолом или пропанолом, для удаления не вступивших в реакцию веществ. Затем материал промывают водой. Материал, полученный по данной технологии [19], имеет высокую кислородопроницаемость, составляющую (52-186)·10-11 см·см3/(см2·с·мм рт.ст.). Содержание воды в материале в зависимости от состава 17-52 мас.%.
Недостатком материалов этого типа является плохая смачиваемость их поверхности, что вынуждает включать в технологический процесс еще одну стадию - химическую [20] или плазмо-химическую [21] поверхностную обработку. Таким образом, сложная технология и применение дорогостоящих реактивов при синтезе макромеров и при проведении полимеризации определяют высокую стоимость указанных силикон-гидрогелевых МКЛ.
Наиболее близкими по технической сущности к заявленному изобретению являются силикон-гидрогелевый материал и способ его получения [22], принятые в качестве прототипов.
Материал-прототип представляет собой одновременные взаимопроникающие полимерные сетки, состоящие из сшитого полисилоксана, являющегося продуктом взаимодействия винилсодержащего и гидридсодержащего олигосилоксанов, и гидрофильного полимера, являющегося сшитым (со)полимером N-винилпирролидона, 2-гидроксиэтилметакрилата, акриламида и диметилакриламида.
Изготовление материала-прототипа [22] осуществляется с использованием принципа одновременных взаимопроникающих сеток. При этом сетку полисилоксана образуют взаимодействием винил- и гидридсодержащего силоксановых олигомеров в присутствии катализатора (платинахлористоводородной кислоты), а сетку гидрофильного полимера получают полимеризацией гидрофильных мономеров, таких как 2-гидроксиэтилметакрилат или N-винилпирролидон в присутствии сшивающих (со)мономеров, например этиленгликольдиметакрилата и инициаторов радикальной полимеризации. Для совмещения компонентов в композицию вводят растворители, например хлороформ. Оба процесса осуществляют одновременно, что приводит к возникновению одновременных взаимопроникающих сеток. При получении МКЛ процесс осуществляют методом центробежного формования. После получения МКЛ ее последовательно промывают гексаном и водой. Полученные таким образом МКЛ отличаются прозрачностью и эластичностью. Кислородопроницаемость указанного материала-прототипа находится на высоком уровне ((150-200)·10-11 см·см3/(см2·с·мм рт.ст.)), так как композиция содержит большое количество полисилоксановой составляющей (80-95 мас.%). Недостатком силикон-гидрогелевых материалов, полученных по данному способу, являются низкие гидрофильные свойства. Содержание воды в материале-прототипе находится в пределах 3-12 мас.%. Такое низкое водосодержание не может обеспечить комфортное длительное ношение МКЛ.
Низкое содержание воды в МКЛ обусловлено трудностью включения в состав материала-прототипа необходимого количества гидрофильной составляющей. С применением способа-прототипа этого невозможно достичь.
Изобретение решает задачу создания полимерной композиции для МКЛ продленного ношения, сочетающей высокие эксплуатационные свойства (кислородопроницаемость, гидрофильные, оптические и механические характеристики) и упрощенный способ ее получения.
Задача решается за счет того, что полимерная композиция для МКЛ продленного ношения представляет собой бифазный силикон-гидрогелевый материал в виде последовательных взаимопроникающих сеток, состоящих из сшитых полисилоксана и гидрофильного полимера, при этом сшитый полисилоксан является продуктом взаимодействия винилсодержащего компонента, включающего смесь олигосилоксана:
где: R=-СН3 или -СН2 СН2 CF3, n=44-46, m=4-6, р=0-2
и полисилоксана:
с молекулярной массой 400000-900000 при мольном отношении q/r от 99,9/0,1 до 99,5/0,5, и гидридсодержащего компонента, представляющего собой олигомер:
где: s=10-100,
а гидрофильный полимер является сшитым (со)полимером N-винилпирролидона, 2-гидроксиэтилметакрилата, акриламида и диметилакриламида.
Заявляемый способ получения полимерной композиции основан на синтезе последовательных взаимопроникающих сеток и включает стадии:
1) получение полисилоксановой сетки взаимодействием винилсодержащего и гидридсодержащего силоксановых компонентов;
2) насыщение сшитого полисилоксана раствором гидрофильных мономеров и сшивающих мономеров в ароматическом или алифатическом хлорированном углеводороде;
3) полимеризация мономеров под действием УФ-облучения в присутствии фотоинициатора.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая полимерная композиция включает сшитый полисилоксан и сшитый гидрофильный (со)полимер при масс. отношении от 65:35 до 94:6, при этом сшитый полисилоксан является продуктом взаимодействия винилсодержащего и гидридсодержащего компонентов при масс. отношении от 97,08:2,92 до 90,90:9,10, а винилсодержащий компонент содержит 4-6 мас.% полисилоксана.
Реакцию проводят в растворителе - ароматическом или алифатическом хлорированном углеводороде, выбранном из группы: бензол, толуол, этилбензол, хлорбензол, хлороформ, метиленхлорид, дихлорэтан и другие. Растворитель применяют в количестве 1,76-7,32 мас. частей на 1 мас. часть силоксановых компонентов. При проведении реакции в качестве катализатора используют комплекс платинахлористоводородной кислоты с винилсодержащим олигосилоксаном. Содержание платины в комплексе составляет (2-10)·10-5 г·ат / см3. Катализатор применяют в количестве 0,91-5,45% от массы силоксановых компонентов.
Реакцию проводят в стеклянной или полимерной закрытой форме, состоящей из двух частей, при температуре 15-50°С в течение 2-48 часов.
Таким образом получают силоксановую сетку в виде пленки толщиной 50-200 мкм или в виде контактной линзы. После завершения реакции форму раскрывают и удаляют испарением при комнатной температуре растворитель.
Полученный таким образом сшитый полисилоксан в виде пленки или линзы помещают в реакционную смесь следующего состава, мас. частей:
- гидрофильный мономер - 98,0-99,5;
- сшивающий мономер - 0,5-2,0;
- фотоинициатор - 0,2-1,0;
- растворитель - 150-300.
В качестве гидрофильного мономера используют в отдельности N-винилпирролидон, акриламид, N,N-диметилакриламид или 2-гидроксиэтилметакрилат, а также их смесь.
Сшивающий мономер имеет строение:
где n=1-3.
Фотоинициатор выбирают из группы соединений: метиловый или изобутиловый эфир бензоина, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон и другие.
В качестве растворителя используют ароматический или алифатический хлорированный углеводород.
Для обеспечения равновесного набухания полисилоксан выдерживают в предварительно продутой азотом реакционной смеси в темноте в закрытом сосуде в течение 15-24 часов. После этого реакционную смесь с набухшим полисилоксаном помещают под УФ-облучатель, в качестве которого применяют лампу типа ДРК-120. Облучение проводят в течение 15-60 мин при величине энергетической экспозиции 400-700 Дж/см2.
В результате фотополимеризации образуется вторая сетка, внедренная в сшитый полисилоксан, что приводит к совмещению двух полимерных фаз, образующих взаимопроникающие сетки.
После завершения фотополимеризации полученная полимерная композиция представляет собой полимерное тело, внедренное в гель. Полимерная композиция легко извлекается из геля, если его подвергнуть дополнительному набуханию в ароматическом или хлорированном углеводороде или в алифатическом спирте. Для извлечения из полученной полимерной композиции растворителя и непрореагировавших веществ композицию многократно промывают этанолом или изопропанолом, а затем водой.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Готовят реакционную смесь, имеющую следующий состав (мас. частей):
| олигосилоксан со следующими параметрами: р=0, n=44, | |
| m=0 | 86,36 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=99,9/0,1, | |
| Мм 400000 | 4,54 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=СН3, s=10) | 9,10 |
| толуол | 176,4 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 2·10-5 г·ат/см3 | 2,27 |
Полученную реакционную массу выливают в чашки Петри в количестве, обеспечивающем образование пленки толщиной 150-200 мкм. Отверждение проводят при комнатной температуре в течение 3 часов. После полного испарения толуола пленку отделяют от чашек и разрезают на образцы размером от 10 до 20 см2.
Полученные образцы сшитого полисилоксана помещают в бюксы с предварительно продутой азотом реакционной смесью следующего состава (мас. частей):
| N-винилпирролидон | 99,5 |
| этиленгликольдиметакрилат | 0,5 |
| фотоинициатор-2-метокси-2-фенилацетофенон (МФА) | 0,5 |
| толуол | 200,0 |
Образцы подвергают набуханию в указанной смеси в темноте в течение 15 часов. За это время полисилоксан достигает равномерного набухания. Реакционную смесь вместе с набухшими в ней образцами полисилоксана помещают в чашки Петри и производят их УФ-облучение в течение 60 мин при энергетической экспозиции 700 Дж/см. Реакционная масса превращается в гель. В гель добавляют толуол (на 1 мас. часть геля 5 мас. частей растворителя), что вызывает его дополнительное набухание и позволяет легко отделить от реакционной массы полимерные образцы, представляющие собой последовательные взаимопроникающие сетки полисилоксана и поли-N-винилпирролидона.
Выделенные образцы промывают толуолом для удаления непрореагировавших мономеров. Затем образцы несколько раз промывают этанолом и водой. Промытые образцы помещают в сосуды с водой, установленные в кипящую водяную баню, и производят термическую обработку в течение 1 часа. Приготовленные по указанной технологии образцы помещают в изотонический раствор хлорида натрия и выдерживают в нем не менее 24 часов, после чего определяют характеристики их свойств. Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 2.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=1, n=46, m=4, R=СН3СН2СН2-) | 86,36 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=199, | |
| Мм 600000 | 4,54 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3СН2СН2-, s=25) | 9,10 |
| толуол | 176,4 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 1·10-4 г·ат/см3 | 5,45 |
Реакцию ведут в течение 3 часов.
Получение сетки гидрофильного полимера:
| N-винилпирролидон | 74,5 |
| диметилакриламид | 25,0 |
| фотоинициатор-2-метокси-2-фенилацетофенон (МФА) | 1,0 |
| толуол | 200,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 15 мин при энергетической экспозиции 400 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 3.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=2, n=46, m=0) | 93,20 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=999, | |
| Мм 900000 | 3,88 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3СН2СН2-, s=100) | 2,92 |
| толуол | 188,3 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 5·10-5 г·ат/см3 | 1,46 |
Реакцию ведут в течение 12 часов. Получение сетки гидрофильного полимера:
| 2-гидроксиэтилметакрилат | 98,0 |
| этиленгликольдиметакрилат | 2,0 |
| фотоинициатор (метиловый эфир бензоила) | 1,0 |
| хлороформ | 200,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 25 мин при энергетической экспозиции 700 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 4.
Силикон-гидрогелевую полимерною композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=0, n=44, m=6, R=СН3СН2СН2-) | 85,45 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=199, | |
| Мм 400000 | 5,45 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3СН2СН2-, s=25) | 9,10 |
| хлороформ | 731,8 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 5·10-5 г·ат/см3 | 2,21 |
Реакцию ведут в течение 24 часов при температуре 50°С.
Получение сетки гидрофильного полимера:
| N-винилпирролидон | 74,0 |
| акриламид | 25,0 |
| этиленгликольдиметакрилат | 1,0 |
| фотоинициатор (МФА) | 0,2 |
| толуол | 150,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 20 мин при энергетической экспозиции 700 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 5.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=0, n=44, m=4, R=СН3CH2СН2-) | 86,36 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=199, | |
| Мм 400000 | 4,54 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3CH2СН2-, s=10) | 9,10 |
| толуол | 176,4 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 5·10-5 г·ат/см3 | 5,45 |
Реакцию ведут в течение 3 часов при температуре 15°С. Получение сетки гидрофильного полимера:
| N-винилпирролидон | 74,5 |
| диметилакриламид | 25,0 |
| этиленгликольдиметакрилат | 0,5 |
| фотоинициатор (МФА) | 0,5 |
| толуол | 200,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 15 мин при энергетической экспозиции 480 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 6.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=1, n=46, m=4, R=CF3CH2СН2-) | 86,36 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=199, | |
| Мм 600000 | 4,54 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3СН2СН2-, s=25) | 9,10 |
| толуол | 181,8 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 5·10-5 г·ат/см3 | 0,91 |
Реакцию ведут в течение 48 часов при температуре 18°С.
Получение сетки гидрофильного полимера:
| N-винилпирролидон | 75,0 |
| диметилакриламид | 24,0 |
| этиленгликольдиметакрилат | 1,0 |
| фотоинициатор (МФА) | 0,5 |
| толуол | 200,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 20 мин. при энергетической экспозиции 700 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 7.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 1 по следующим рецептурам (мас. частей):
Получение сшитого полисилоксана:
| олигосилоксан (р=1, n=46, m=4, R=CF3СН2СН2-) | 86,36 |
| полисилоксан со следующими параметрами: q/r=199, | |
| Мм 600000 | 4,54 |
| гидридсодержащий олигосилоксан (R=CF3СН2СН2-, s=25) | 9,1 |
| толуол | 181,82 |
| катализатор - комплекс платинахлористоводородной кислоты с олигосилоксаном (р=1, n=44, m=0) с содержанием платины 5·10-5 г·ат/см3 | 0,91 |
Реакцию ведут в течение 48 часов при температуре 18°С.
Получение сетки гидрофильного полимера:
| N-винилпирролидон | 75,0 |
| акриламид | 12,0 |
| диметилакриламид | 12,0 |
| этиленгликольдиметакрилат | 1,0 |
| фотоинициатор (МФА) | 0,5 |
| толуол | 200,0 |
Набухание сшитого полисилоксана в мономерной смеси проводят в течение 20 часов. УФ-облучение проводят в течение 20 мин. при энергетической экспозиции 700 Дж/см2.
Свойства полученной силикон-гидрогелевой композиции приведены в табл.1.
Пример 8.
Силикон-гидрогелевую полимерную композицию получают как в примере 6, но стадию получения сшитого полисилоксана проводят в форме, изготовленной из пентапласта, состоящей из двух частей (матрицы и пуансона) и имеющей конфигурацию линзы (диаметр - 13,5 мм, радиус матрицы - 8,5 мм). В результате образуется линза с диаметром 12,0 мм и внешним радиусом 7,6 мм.
Пример 9. Исследование свойств заявляемой силикон-гидрогелевой полимерной композиции
После завершения промывки заявляемую силикон-гидрогелевую полимерную композицию помещают в изотонический раствор хлорида натрия и проводят ее испытание в гидратированном состоянии.
При испытании определяют следующие характеристики:
- химический состав (соотношение полисилоксан/гидрофильный полимер);
- содержание воды в материале;
- краевой угол смачивания;
- кислородопроницаемость;
- влагопроницаемость;
- коэффициент светопропускания;
- механические свойства.
Указанные характеристики определяют, используя следующие методики.
Химический состав (мас. соотношение полисилоксан/сшитый гидрофильный полимер) определяли по изменению массы полисилоксана после проведения процедуры получения взаимопроникающих сеток. Для этого сначала измеряли массу полисилоксана, а затем массу конечного материала (m) после его высушивания.
Содержание сшитого гидрофильного полимера (Сг) в материале и полисилоксана (Cps) определяют по формулам:
где: mps - масса полисилоксана;
m - масса конечного материала после высушивания.
Содержание воды в МКЛ или пленке, выдержанных в изотоническом растворе хлорида натрия в течение 24 ч, определяют следующим образом: взвешивают влажные МКЛ или пленку, затем их высушивают в вакуумном шкафу при комнатной температуре до постоянной массы. Определив массу сухих МКЛ или пленки, их влагосодержание (Cw) определяют по формуле:
где w1 - масса сухой МКЛ или пленки;
w2 - масса влажной МКЛ или пленки.
Коэффициент светопропускания измеряют на фотометре универсальном объективном ФОУ УХЛ 42. Применяют методику, принятую для измерений на образцах малого размера [23].
Исследование механических свойств (прочность при разрыве и относительное удлинение при разрыве) проводят на универсальной разрывной машине RTM-1 (Япония). Образцы представляют собой пленки шириной 3 мм, длиной от 30 до 45 мм и толщиной 0,2-0,3 мм. Скорость растяжения составляет 20 мм/мин. Испытания проводят при температуре 23±1°С.
Краевой угол смачивания (СA) поверхности МКЛ определяют в изотоническом растворе хлорида натрия методом пузырька [24].
Влагопроницаемость определяют по методике [25], заключающейся в следующем: в стеклянную емкость объемом 15-20 см3 помещают 4-5 см3 воды и герметично закрывают исследуемым материалом в виде пленок; верхнюю часть емкости помещают в эксикатор, содержащий осушитель (CaCl2 или СаО). Пары воды, диффундирующие через пленку, связывают осушителем. Периодически проводят взвешивание емкости для определения количества воды, проникшей через пленку за определенное время.
Расчет влагопроницаемости (Рw) производят по формуле:
где: m - убыль массы воды (г) за промежуток времени Δt (мин);
t - толщина образца (см);
р - давление насыщенных паров воды (мм рт. ст.) при температуре измерения;
S - площадь (см2), через которую диффундирует вода (1,54 см2).
Кислородопроницаемость (Dk) определяют, используя полярографическую методику, на образцах в виде пленок с размерами 25×25×(0,05-0,10) мм [26].
Результаты исследований свойств заявляемой полимерной композиции, полученной в соответствии с примерами 1-7, представлены в таблице 1.
Из представленных в таблице 1 данных видно, что благодаря бифазной природе материал сочетает высокую кислородопроницаемость, составляющую (125-150)·10-11 (см·см3)/(см2·с·мм рт.ст.), и содержание воды на уровне 17,1-30,5 мас.%. Смачиваемость композиции, характеризуемая величиной краевого угла смачивания, составляет 45-54°. Высокие показатели механических свойств заявляемой силикон-гидрогелевой композиции в гидратированном состоянии - предел прочности при разрыве на уровне 0,6-1,2 МПа и относительное удлинение при разрыве на уровне 120-150% - позволяют широко использовать ее для изготовления МКЛ с толщиной менее 0,1 мм.
Пример 10. Клинические исследования переносимости разработанных силикон-гидрогелевых мягких контактных линз на экспериментальных моделях
Исследования переносимости разработанных МКЛ по критерию гипоксических осложнений проведены на 30 кроликах (самцах) породы шиншилла массой тела 2,5-3,0 кг. Животные были разделены на 5 групп (по 6 животных в каждой) в зависимости от продолжительности ношения линзы и сроков выведения подопытных животных из эксперимента. Контролем служил правый глаз.
Реакция на линзу сразу после одевания оценивалась по увеличению секреции слезы, увеличению частоты мигания, поведенческим реакциям (потряхивания головой, попытка освободиться от линзы передними конечностями). Для удержания линз на глазу животных применялись специально изготовленные синтетические маски различных фасонов (с фиксацией за ушные раковины, с фиксацией за ушные раковины и передние конечности с освобожденными для приема корма и воды челюстями) и временная блефарорафия.
Блефарорафия производилась под ретробульбарной анестезией Sol.Lidocaini 2% - 1,5 мл в наружной трети глазной щели так, чтобы глазное яблоко было приоткрыто. Использовался атравматический шовный материал (супрамид 3/0). У некоторых животных линзы удерживались на глазу без применения каких-либо дополнительных средств. Маски заменялись в гигиенических целях каждые 3-4 сутки (загрязнение масок кормом и продуктами жизнедеятельности).
Клинические наблюдения производились ежедневно и включали в себя изучение поведения животных в клетке, осмотр глаз в проходящем свете, биомикроскопию с целью выявления стрий и микроцист роговицы, оценку состояния сосудов конъюнктивы и лимба, степени неоваскуляризации (выборочно с окраской флюоресцеином, для чего линза на время снималась), измерение степени отека роговицы по сравнению с контрольным глазом, анализ характера отложений на поверхности линзы, подвижность линзы.
Из данных клинического наблюдения следует, что, несмотря на высокую кислородопроницаемость силикон-гидрогелевых линз, наблюдаются отдельные случаи обратимых гипоксических проявлений со стороны роговицы и конъюнктивы у экспериментальных животных. Наиболее выраженные признаки гипоксии наблюдаются в период адаптации к линзе, т.е. в течение первых трех суток ношения. В утренние часы наблюдалась гиперсекреция слезы, незначительное количество слизистого отделяемого в нижнем конъюнктивальном своде. Глаза животных, на которых линзы удерживались без масок и блефарорафии, в течение всего срока ношения отличались минимальными проявлениями сосудистых реакций и гипоксических феноменов.
Пример 11. Биохимические исследования экспериментальных моделей при ношении разработанных МКЛ
Результаты исследования приведены в таблице 2.
Использование разработанных силикон-гидрогелевых линз у кроликов на протяжении 7 суток привело к возрастанию во влаге передней камеры процессов свободнорадикального обмена на 27% и активности общей окислительной активности на 19%. На 15 сутки ношения указанных МКЛ данные показатели оставались также повышенными и составляли 12-16% от контрольных значений.
Полученные результаты исследования состояния свободнорадикального обмена и общей окислительной активности во влаге передней камеры у экспериментальных животных при ношении разработанных МКЛ позволяют предполагать, что в процессе ношения линз развиваются умеренные гипоксические изменения, которые проявляются в течение всего срока их ношения.
Таким образом, проведенные исследования образцов МКЛ, полученных в соответствии с примером 8, на животных показали, что по критериям гипоксических изменений, морфологических изменений тканей и токсико-аллергических реакций заявляемая композиция может рассматриваться как перспективная и конкурентоспособная при изготовлении МКЛ по отношению к коммерчески доступным аналогам ведущих зарубежных фирм.
Заявляемые изобретения удовлетворяют критерию «новизна», так как впервые в качестве материала для МКЛ продленного ношения предложена полимерная композиция, представляющая собой бифазный силикон-гидрогелевый материал в виде последовательных взаимопроникающих сеток, и способ ее получения.
Заявляемое изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как в известных и доступных источниках информации нет сведений, из которых была бы очевидна возможность реализации метода последовательных взаимопроникающих сеток для получения силикон-гидрогеля, сочетающего высокую кислородопроницаемость, водосодержание и смачиваемость.
Соответствие критерию "промышленная применимость" доказывается результатами приведенных лабораторных и клинических исследований, из которых видно, что силикон-гидрогель является перспективным материалом для МКЛ продленного ношения, а способ его получения отличается простотой, не требует применения дорогостоящих методов поверхностной обработки материала, основан на применении относительно недорогого и коммерчески доступного в Российской Федерации сырья. Предлагаемая полимерная композиция не содержит токсических веществ, а благодаря высокой кислородопроницаемости по критериям гипоксических осложнений, морфологических изменений тканей и токсико-аллергических реакций при длительном непрерывном ношении МКЛ находится на уровне материалов, производимых зарубежными фирмами.
| Таблица 1 | |||||||
| Результаты исследования свойств заявляемой силикон-гидрогелевой полимерной композиции | |||||||
| Исследуемый параметр | Свойства заявляемой силикон-гидрогелевой полимерной композиции, полученной по примеру: | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Масс. отношение силикон/гидрогель | |||||||
| 85:15 | 65:35 | 72:28 | 80:20 | 69:31 | 90:10 | 94:6 | |
| Содержание воды, мас.% | 18,2 | 30,5 | 29,0 | 21,3 | 25,1 | 20,0 | 17,1 |
| Влагопроницаемость, (г·см)/(мин ·см2·мм рт. ст.) | 4,1·10-9 | 7,2·10-9 | 7,7·10-9 | 4,0·10-9 | 5,5·10-9 | 5,3·10-9 | 5,0·10-9 |
| Краевой угол смачивания, градус | 54 | 45 | 48 | 50 | 52 | 53 | 53 |
| Коэффициент светопроницаемости при толщине образца 150 мкм, % | 92 | 85 | 85 | 90 | 88 | 91 | 82 |
| Кислородопроницаемость, 10-11 (см·см3)/(см2·с·мм рт. ст.) | 150 | 125 | 135 | 145 | 130 | 130 | 130 |
| Предел прочности при разрыве, МПа | 1,2 | 0,7 | 1,0 | 0,9 | 0,6 | 1,1 | 1,2 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 130 | 150 | 135 | 130 | 140 | 125 | 125 |
| Таблица 2 | |||||
| Динамика показателей индуцированной хемилюминесценции и общей антиокислительной активности по рибофлавину влаги передней камеры кроликов с различными сроками ношения контактных линз | |||||
| Тип контактной линзы (КЛ) | Срок ношения КЛ, суток | Время забора материала, суток | Показатели хемилюминесценции | АОА по рибофлавину, mV*c | |
| Imax, mV | АОС, усл.ед. | ||||
| Контроль | 2,02±0,04 | 5,66±0,07 | 12,63±0,08 | ||
| Силикон-гидрогелевые линзы | 30 | 0 | 2,14±0,04 | 5,92±0,06 | 12,79±0,12 |
| 30 | 7 | 2,10±0,08 | 5,85±0,09 | 12,48±0,15 | |
| 30 | 15 | 2,07±0,05 | 5,69±0,12 | 11,92±0,07 | |
| 30 | 30 | 2,05±0,06 | 5,72±0,10 | 12,04±0,11 | |
| 15 | 0 | 2,35±0,09* | 6,32±0,06* | 10,57±0,08* | |
| 7 | 0 | 2,57±0,11* | 6,74±0,11* | 9,45±0,10* | |
| *-отличия достоверны по отношению к контрольной группе животных при р<0,05 |
Источники информации
1. Патент СССР №1831709, 30.07.1993.
2. Б. Тиге. Силикон-гидрогелевые материалы: как они «работают» // Вестник оптометрии. 2001. - №1. - С.52-60.
3. D.V. Harvitt, J.A. Bonnano. Optometry and Vision Science. 1998. - N 12. - p.189.
4. Энциклопедия полимеров. Т.1. Изд. «Советская энциклопедия», М., 1972. С.589.
5. US Patent 5364918, 15.11.1994.
6. US Patent 5525691, 11.06.1996.
7. US Patent 5219965, 15.06.1993.
8. US Patent 5135297, 04.08.1992.
9. US Patent 4055378, 25.10.1977.
10. US Patent 4122942, 31.10.1978.
11. US Patent 4214014, 22.06.1980.
12. US Patent 4312575, 26.01.1982.
13. US Patent 4139513, 13.02.1979.
14. US Patent 5070215, 03.12.1991.
15. US Patent 6367929, 09.04.2002.
16. US Patent 5352714, 04.10.1994.
17. US Patent 5260000, 09.11.1993.
18. Y.-C. Lai, P.L. Valint Jr. Control of properties in silicone hydrogels by using a pair ofhydrophylic monomers. // J. Appl. Polym. Sci. 1998. - V.61. - №12. - р.2051-2058.
19. US Patent 5321108, 14.06.1994.
20. WO 0134312, 17.05.2001.
21. US Patent 6348507, 19.02.2002.
22. DE 2518904, С 08 J 3/OOB, 13.11.1975.- прототип.
23. Фотометр универсальный объективный ФОУ // Техническое описание по эксплуатации / Загорский оптико-механический завод. 1989, - с.31.
24. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. - М.: Высшая школа. 1973, - С.24-26.
25. Энциклопедия полимеров. Т.1. Изд. "Советская энциклопедия". М. 1972. С.883.
26. M.L. Hitchman, M.B. Huglin, M.B. Zakaria. Observations relating to oxygen permeability measurements on membranes // Polymer. 1984. - V.25, - N10, - p.1441-1445.
1. Полимерная композиция для мягких контактных линз продленного ношения, представляющая собой бифазный силикон-гидрогелевый материал в виде взаимопроникающих сеток, состоящих из сшитых полисилоксана, являющегося продуктом взаимодействия винилсодержащего и гидридсодержащего олигосилоксанов, и гидрофильного полимера, являющегося сшитым сополимером или полимером N-винилпирролидона, 2-гидроксиэтилметакрилата, акриламида и диметилакриламида, отличающаяся тем, что взаимопроникающие сетки являются последовательными, а сшитый полисилоксан является продуктом взаимодействия винилсодержащего компонента, включающего смесь олигосилоксана:
где R=-СН3 или - СН2 СН2 CF3, n=44-46, m=4-6, р=0-2,
и полисилоксана:
с молекулярной массой 400000-900000 при мольном отношении q/r от 99,9:0,1 до 99,5:0,5,
и гидридсодержащего компонента, представляющего собой олигомер:
где s=10÷100, при массовом соотношении винилсодержащего компонента, содержащего полисилоксан в количестве 4-6 мас.%, и гидридсодержащего компонента от 97,08 : 2,92 до 90,90 : 9,10.
2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что включает сшитый полисилоксан и сшитый гидрофильный сополимер или полимер при массовом отношении от 65: 35 до 94: 6.
3. Полимерная композиция по пп.1-3, отличающаяся тем, что гидрофильный сополимер или полимер содержит сшивающий сомономер в количестве 0,5-2,0 мас.%.
4. Способ получения полимерной композиции для мягких контактных линз продленного ношения, предусматривающий синтез взаимопроникающих сеток, отличающийся тем, что для получения последовательных взаимопроникающих сеток синтез включает выполнение последовательных операций: получение полисилоксановой сетки взаимодействием винилсодержащего и гидридсодержащего силоксановых компонентов в стеклянной или полимерной закрытой форме, состоящей из двух частей, при температуре 15-50°С в течение 2-48 ч в присутствии растворителя и с применением катализатора, взятого в количестве 0,91-5,45% от массы силоксановых компонентов и представляющего собой комплекс платинохлористоводородной кислоты с винилсодержащим олигосилоксаном при содержании в комплексе платины в количестве (2÷10)·10-5 г-ат/см3; насыщение сшитого полисилоксана раствором гидрофильных мономеров и сшивающих мономеров в ароматическом или алифатическом хлорированном углеводороде проводят после раскрывания формы и удаления растворителя испарением при комнатной температуре путем набухания его в течение 15-24 ч в темноте в закрытом сосуде в предварительно продутой азотом реакционной смеси, имеющей состав, мас.ч.:
гидрофильный мономер 98,0-99,5; сшивающий мономер 0,5-2,0; фотоинициатор 0,2-1,0; ароматический или алифатический хлорированный углеводород 150-300; полимеризацию мономеров под действием УФ-облучения в присутствии фотоинициатора; отделение полимерной композиции от геля, образующегося после полимеризации гидрофильных мономеров, и ее промывка.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что получение сшитого полисилоксана производят при массовом соотношение силоксановых компонентов и растворителя от 1 : 1,76 до 1 : 7,32
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что полимеризацию мономеров проводят в течение 15-60 мин под действием УФ-облучения при энергетической экспозиции 400-700 Дж/см2.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного мономера используют в отдельности N-винилпирролидон, акриламид, N,N-диметилакриламид или 2-гидроксиэтилметакрилат, а также их смесь, фотоинициатор выбирают из группы соединений: метиловый или изобутиловый эфир бензоина, 2,2-диметокси-2-фенил-ацетофенон, а сшивающий мономер имеет строение:
где n=1-3.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что полимерную композицию отделяют от геля, образующегося после полимеризации гидрофильных мономеров, путем разрушения геля при его набухании в ароматическом или хлорированном углеводороде или в алифатическом спирте, а затем многократно промывают этиловым или изопропиловым спиртом и водой.
