水凝膠類軟接觸透鏡材料的研究進(jìn)展

水凝膠類軟接觸透鏡材料的研究進(jìn)展

接觸角膜顯微鏡通常被稱為鏡子。這是一種具有矯正視力、治療和美容目的的光學(xué)醫(yī)療設(shè)備。由于它的外觀不會(huì)影響人體的外觀，因此隨身攜帶便于攜帶。相反，矯正性眼睛疲勞的效果比普通鏡子更顯著，因此許多消費(fèi)者喜愛(ài)它。在醫(yī)學(xué)上，接觸鏡子作為一種輔助工具被廣泛使用。例如，在接觸鏡子后，作為一種藥物工具，藥物可以在眼睛頂部的時(shí)間釋放，以達(dá)到治療的目的。1887年瑞士的菲克醫(yī)生將Mueller吹制成的玻璃鏡片用在病人眼睛上,較成功地矯正視力且可以隨眼睛移動(dòng).到了上世紀(jì)30年代,隨著塑料工業(yè)的崛起和高分子材料的開(kāi)發(fā),為接觸透鏡的制作及選材拓寬了條件.50年代,研究出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)硬接觸透鏡,但其硬度高,透氧性差,佩戴不舒服;1955年,捷克的Llm博士首次研究出親水性軟塑料接觸透鏡,這種透鏡既能吸收水分,又有彈性,人眼佩戴柔軟、舒服,從此一系列親水透氣、柔軟而有彈性、更近似于人眼角膜的新材料相繼被研制出來(lái).后來(lái)許多學(xué)者開(kāi)始研究人體佩戴適應(yīng)性強(qiáng)的接觸透鏡、佩戴時(shí)間延長(zhǎng)的高透氧性接觸透鏡、拋棄型接觸透鏡等.國(guó)內(nèi)對(duì)角膜接觸透鏡的研究相對(duì)較晚.1974年才研制出以HEMA為主要材料的低含水率接觸透鏡,其含水率為37%.1982年國(guó)內(nèi)開(kāi)始引進(jìn)使用PVP系列高含水率的軟接觸透鏡.暨南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所、西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院以及廣東工業(yè)大學(xué)化工研究所等也對(duì)NVP(N-乙烯吡咯烷酮)改性HEMA的共聚物水凝膠進(jìn)行研究,但對(duì)該類接觸透鏡的研究還處于實(shí)驗(yàn)室內(nèi),未對(duì)其性能進(jìn)行系統(tǒng)研究,且對(duì)NVP共聚物水凝膠接觸透鏡的生物相容性及人體佩戴時(shí)間等方面研究甚少.本文將對(duì)接觸透鏡材料的研究進(jìn)展作詳細(xì)介紹.1硬接觸透鏡材料1.1透照鏡pmma硬接觸透鏡由透明交聯(lián)聚合物材料制備,其結(jié)構(gòu)中存在疏水性基團(tuán),材料吸收很少量的水分(小于4%),彈性模量較高(>100MPa).硬鏡材料加工性能優(yōu)異、材料透明,可用于矯正視力、治療某些眼病.1937年Mulien和Obring用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)取代玻璃材料制成了第一副硬質(zhì)的接觸透透鏡.1948年Tuohey設(shè)計(jì)出第一副PMMA小鏡片,它的直徑僅覆蓋角膜,厚度較薄,可較為舒適地佩戴一整天.該鏡片透光率高、抗沉淀、質(zhì)地輕、彈性模量高且加工成型性優(yōu)異,從而使接觸透鏡真正流行起來(lái).然而聚甲基丙烯酸甲酯的透氧性低(DK值僅0.5),長(zhǎng)期佩戴眼睛紅腫,且鏡片較硬,初戴不舒服.1.2透氧性硬鏡材料人的眼睛需要氧氣來(lái)保持健康.由于眼角膜上沒(méi)有血管,需要直接從空氣中獲取氧氣來(lái)滿足眼球組織的新陳代謝的需要,而不像身體的其它器官那樣從血液中攝取氧氣.若眼角膜長(zhǎng)時(shí)間缺氧,會(huì)引起眼角膜無(wú)氧代謝增加,乳酸濃度升高,導(dǎo)致角膜水腫,眼睛發(fā)紅等眼部疾病.因此,接觸透鏡材料要具有一定的氧氣透過(guò)率(DK>8),使角膜保持健康.隨著材料工業(yè)與接觸鏡工業(yè)的發(fā)展,1971年Seidner博士開(kāi)發(fā)出了首批聚硅醋酸鹽(polycon)和醋酸丁酸纖維素(CAB)等透氣性硬鏡材料(RGP),使RGP的透氧性較PMMA明顯提高,DK值超過(guò)100,每次戴鏡時(shí)間明顯延長(zhǎng).此類接觸透鏡材料堅(jiān)固耐用,有良好的加工性能,但不足之處是CAB吸水后易發(fā)生翹曲現(xiàn)象.1.2.1透氣性硬接觸透鏡材料為了改善鏡片的透氧性能,以達(dá)到使鏡片能夠安全地配戴過(guò)夜的目的.1973年研究出用硅氧烷甲基丙烯酸酯(SiMA)單體共聚制備透氣硬鏡材料,通常稱其為硅氧烷丙烯酸酯(SA).材料分子結(jié)構(gòu)中有一個(gè)C—C重復(fù)的甲基丙烯酸酯骨架,硅氧烷僅存在于側(cè)鏈.由于硅氧烷分子結(jié)構(gòu)蓬松,形成大量能讓氧氣透過(guò)的分子間隙,所以硅氧烷材料具有很好的透氧性能.其分子式如下(其中R為烴基):由于單獨(dú)的SiMA聚合物的Tg值低,須加入MMA等單體共聚才能使材料穩(wěn)定且具有較好的硬度.除MMA外,還研究苯乙烯、富馬酸酯和衣康酸酯等衍生物與硅氧烷共聚制備透氣性硬接觸透鏡材料.1981年DowCorning公司用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制備出第一副硅彈性體鏡片,因其結(jié)合有側(cè)基,使材料具有很好的柔韌性;但其致命的缺點(diǎn)是材料不含水,表面呈疏水性,與淚液無(wú)法親合而容易使淚液附著在鏡片表面.目前此類鏡片僅用于矯正兒童白內(nèi)障手術(shù)后的高度遠(yuǎn)視,及人工晶狀體材料.1983年該公司又開(kāi)發(fā)出硅樹(shù)脂鏡片,硅樹(shù)脂是一種較硬的硅氧烷聚合物,但其濕潤(rùn)性差,且極易吸附蛋白質(zhì)沉淀物,使得佩戴鏡片時(shí)眼睛不舒服.1.2.2紅系聚氧烷丙烯酸酯材料超氧法在聚硅氧烷硬鏡材料的基礎(chǔ)上,衍生出多種透氣硬鏡材料,具有代表性的如氟硅丙烯酸酯(Fuorosiliconeacrylate,FSA)和碳氟化合物(FC)多聚體等.用氟甲基丙烯酸酯類、MMA單體和適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕劑及交聯(lián)劑共聚,制備出一系列新的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物相容性良好、Dk值為30～160的硬鏡材料.與硅氧烷丙烯酸酯(SA)相比,FSA的透氧性有了很大改善,原因是有機(jī)氟成分能促進(jìn)大量氧溶解于聚合物網(wǎng)絡(luò)中,提高材料的透氧性能.雙元阿奇帕公司生產(chǎn)的BostonRGP,就以FSA為原料.碳氟化合物是由氟與少量的MMA和NVP共聚而成,其中氟是以聚全氟乙醚的形式存在,其濃度比FSA中的大10倍,故透氧性更高.FSA與FC能抗蛋白質(zhì)與酯類沉淀,其透氧性能是現(xiàn)有硬接觸透鏡材料中最高的(硅膠除外),這類RGP透氧性高、沉淀少,很少出現(xiàn)并發(fā)癥.RGP鏡片的透氧性高于目前市場(chǎng)上的普通軟性接觸鏡,而且鏡片清洗方便,鏡片抗沉淀性強(qiáng),使用壽命長(zhǎng);由于其沉淀的蛋白質(zhì)少,長(zhǎng)期佩戴誘發(fā)巨孔頭性結(jié)膜炎、干服癥等的概率較低.但其主要缺點(diǎn)是佩戴不舒服.硬接觸透鏡材料性能比較見(jiàn)表1.2軟接觸透鏡材料2.1hema單體聚合物自50年代捷克斯洛伐克Wichterle等人用聚甲基丙烯酸β-羥乙酯(HEMA)制成軟質(zhì)角膜接觸透鏡以來(lái),一系列親水透氣、柔軟而有彈性、更近似于人眼角膜的新材料相繼被研制出來(lái).該材料是HEMA單體聚合形成的有交聯(lián)側(cè)鏈的聚合物,含水量為38%.這種材料比較柔軟,力學(xué)強(qiáng)度也比較高,具有一定的透氧性和彈性.但是其透氧性能不很理想,且抗蛋白質(zhì)和類酯物質(zhì)沉積性能差.隨后人們研究向其中加入其它單體如PVA,NVP和MMA等物質(zhì)以改善其性能.2.1.1聚合物水凝膠PVP水凝膠具有良好的生物相容性等優(yōu)異性能而被廣泛用于接觸透鏡材料.NVP與其他親水性或者非親水性單體共聚所得到的水凝膠,具有較好的透光性和生物相容性,含水量較高,透氧性也較好,適合制造角膜接觸鏡.目前,日本、美國(guó)等國(guó)家已在市場(chǎng)上推廣NVP共聚物水凝膠接觸透鏡材料.但是,含PVP的水凝膠角膜接觸鏡材料,強(qiáng)度均不高,必須與HEMA,MMA等單體共聚以提高機(jī)械強(qiáng)度.2.1.2軟接觸鏡的生產(chǎn)殼聚糖是甲殼素脫乙?；蟮漠a(chǎn)物,材料具有成膜性、生物活性以及吸濕、保濕性,可以用于制造軟接觸鏡.采用殼聚糖制造的軟接觸鏡,具有較好的染色性、透氧性和促進(jìn)傷口愈合的特性,可以作為美容鏡以及用于眼科手術(shù)輔助治療.2.1.3pva和pva復(fù)合膜聚乙烯醇(PVA)水凝膠無(wú)毒副作用、無(wú)降解現(xiàn)象,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,與人體組織具有高度的相容性,具有良好的彈性,含水量高,容易成型加工,可以用于制造角膜接觸鏡.Marner等人研究出用PVA水凝膠材料浸泡藥物后,治療干眼,病人出現(xiàn)佩戴后視覺(jué)模糊不清的很少.另外用PVA與水、甘油、乙烯乙二醇、二甲亞砜等混合溶劑混合,制得的水凝膠材料有良好的透光性能,含水量達(dá)80%,在白兔眼內(nèi)配戴實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)角膜異常和鏡片污染情況.2.1.4衍生物二亞甲基丙烯酰胺聚丙烯酰胺水凝膠生物相容性良好,可用作接觸透鏡材料.其衍生物二亞甲基丙烯酰胺與芳基丙烯酸類疏水單體共聚得到的水凝膠,透光性強(qiáng),材料柔軟有彈性,其伸長(zhǎng)率達(dá)150%.2.2關(guān)于水凝膠接觸透鏡材料由于普通水凝膠材料的透氧性大小與其含水率高低成正比,在選擇材料時(shí),既要有高含水率,又要保證一定的強(qiáng)度,這類材料不能長(zhǎng)期佩戴,且每天清洗比較麻煩.于是開(kāi)發(fā)出了佩戴時(shí)間延長(zhǎng)的水凝膠接觸透鏡材料,此類材料可連續(xù)佩戴最長(zhǎng)時(shí)間達(dá)30天,清洗后繼續(xù)佩戴,還開(kāi)發(fā)出拋棄型接觸透鏡,即連續(xù)佩戴幾天后直接拋棄.2.2.1復(fù)合膠凝劑的透氧性能用硅氧烷結(jié)合質(zhì)量最好的水凝膠鏡片,從而避免了硅氧烷和水凝膠本身的局限,使之成為真正的長(zhǎng)戴型鏡片的理想材料.該材料有兩個(gè)關(guān)鍵的組分,一種是硅氧烷-聚二甲基硅氧烷,另一種是控制流體遷移的NVP等親水性單體.聚二甲基硅氧烷是疏水硅氧烷組分,使得鏡片具有較高的透氧率.所合成的材料是透明的,彈性模量低,軟而易于處理,對(duì)蛋白和類脂有很低的親和力,流體遷移率較聚HEMA高20%,3.00D鏡片的透氧性能DK為110,抗撕拉強(qiáng)度為10g/mm,彈性模量為110g/mm2.可以連續(xù)佩戴30天,而眼角膜未出現(xiàn)異常.將雙丙基雙甲基聚硅酮與N,N-二甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸縮水甘油酯等聚合,制備含有聚硅酮水凝膠的軟接觸透鏡,生物相容性優(yōu)異,斷裂長(zhǎng)度達(dá)308%,DK值147,適宜連續(xù)佩戴,該研究獲得專利.其分子式如下:其中,R1是H或CH3;q為1或2,而且對(duì)于每個(gè)q,R2,R3和R4分別是包括1～100個(gè)重復(fù)Si—O單元的乙基、甲基、苯甲基、苯基或一價(jià)硅氧烷鏈;p為1～10,r=(3-q),X為O(氧)或N(氮),其中R5是H或具有1至4個(gè)碳的一價(jià)烷基基團(tuán),a為0或1,L為二價(jià)鏈基團(tuán).2.2.2氟硅氧烷水凝膠材料用成孔材料聚(亞烷基)二醇、氟化醇、氟表面活性劑和丙烯酰胺類單體共聚,制備含有全氟聚醚(PFPE)單元的多孔大單體,其結(jié)構(gòu)如下:—OCH2CF2O?CF2CF2O)x?CF2O)y—CF2CH2O—(PFPE)其中,CF2CF2O和CF2O單元可以在整個(gè)鏈中無(wú)規(guī)分布或以嵌段分布,且其中x和y可以相同或不同,使全氟聚醚的分子量為242～4000.該大單體與異丙醇等聚合得到高含水率的水凝膠材料,其透氧性高,可用作軟接觸透鏡材料.此外PFPE與NVP和MMA以適當(dāng)比例混合,制得的高透氧性水凝膠柔韌性高.隨后開(kāi)發(fā)出將有機(jī)硅和有機(jī)氟相結(jié)合的氟硅氧烷水凝膠,乙烯基氟硅氧烷和親水性單體DMA或NVP等聚合制備接觸透鏡材料.該材料引進(jìn)親水性單體改善了硅氧烷側(cè)鏈的疏水性,氟化基團(tuán)改善抗沉積性,而且可通過(guò)條件單體配比改善接觸透鏡的軟硬度.其優(yōu)點(diǎn)諸如:鏡片的透氧性、光學(xué)性能、使用壽命及生理相容性高于傳統(tǒng)軟性鏡片;鏡片不容易被污染,保養(yǎng)方法簡(jiǎn)單;長(zhǎng)期使用不會(huì)有炎癥反應(yīng),健康安全等.高透氧性軟接觸透鏡材料性能比較,見(jiàn)表2.2.3復(fù)合涂料涂膜的制備向含有機(jī)硅水凝膠中涂覆磷酸膽堿衍生物(PC)的仿生材料,這種具有親水性含硅樹(shù)脂的水凝膠是由胺類物質(zhì)根據(jù)麥克爾規(guī)則與丙烯酸類單體加成后制得的.通過(guò)在模具內(nèi)涂覆技術(shù)(IMC)將PC膜涂在合成材料上得到均衡、穩(wěn)定的表面.用該技術(shù)所得的材料具有較低的膜系數(shù)(<0.3MPa)、足夠高的拉伸強(qiáng)度(>2～4MPa)以及優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率(>200%).除機(jī)械性能外,材料的氧和溶液滲透性可通過(guò)親水性進(jìn)行控制:調(diào)節(jié)配方中疏水單體的含量來(lái)獲得延長(zhǎng)佩戴時(shí)間的接觸透鏡.由于這種材料含有兩性離子基團(tuán),材料離子滲透性優(yōu)異;不同系列的含水量最高達(dá)58%,最佳透氧性DK值達(dá)80.涂膜部分不僅能提高透鏡的浸水性(在完全沒(méi)有磁滯現(xiàn)象下可提高優(yōu)異接觸角50°左右),具有較好的保濕性;而且能夠抗淚液中的蛋白質(zhì)沉淀,降低蛋白質(zhì)沉積量,不需要使用蛋白酶片消毒.采用這種材料制造的角膜接觸鏡,因其具有良好的透氧性和透離子性,可延長(zhǎng)佩戴時(shí)間.3接觸透鏡材料由于接觸透鏡材料存在某些缺點(diǎn)如材