AT260515B

AT260515B - Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen

Info

Publication number: AT260515B
Application number: AT149464A
Authority: AT
Original assignee: Ceskoslovenska Akademie Ved
Priority date: 1963-06-12
Filing date: 1963-06-12
Publication date: 1968-03-11

Description

Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen aus hydrophilem, polymerisierbarem Material, wobei dieses Material flüssig in eine konkave Form eingebracht und polymerisiert wird, bei dem eine Lösung bzw. ein Gemisch von einer dreidimensionalen Polymerisation fähigen Monomeren unter Polymerisationsbedingungen in der Form einer Rotation unterworfen wird, wobei in an sich bekannter Weise die Aussenfläche der Kontaktlinse durch die feste Form und die Innenfläche durch die Rotation der Form und gleichzeitig durch die Oberflächenkräfte gebildet wird. Dadurch können Kontaktlinsen mit einer vollkommen regelmässigen, scharfen, dünnen Kante hergestellt werden, sodass weder das Auge noch die Augenlider gereizt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Patent Nr. 244579 und besteht darin, dass als Polymerisationsansatz ein Gemisch von Glykol- bzw. Polyglykolmonomethacrylat oder-acrylat mit höchstens 1% Glykol- bzw. Polyglykol-bis-methacrylat bzw. -acrylat und höchstens 40% Wasser oder einer durch Wasser verdrängbaren Flüssigkeit wie z. B. Äthylenglykol verwendet wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch einige Beispiele näher erläutert, die sich auf die Zeichnung beziehen, deren Fig. 1 die Form mit dem Schutzdeckel in einem vertikalen Schnitt und Fig. 2 eine übersichtliche Zusammenstellung einer ganz einfachen, jedoch alle wichtige Teile aufweisenden Vorrichtung darstellt.

Beispiel 1 : Eine genau halbkugelige Form 1 aus Glas mit einem inneren Durchmesser von 13 mm ist in dem Träger 2 derart gelagert, dass sie in axialer Richtung bewegt werden kann. Der Träger 2 ist konzentrisch auf der senkrecht oder schief angeordneten Welle 3 befestigt. An den oberen Rand des Trägers passt genau die Schutzkappe 4 aus einem Kunststoff, z. B. aus Polymethylmethakrylat, Polyamid od. dgl., die mit einer kleinen zentralen Öffnung auf dem Boden einer trichterförmigen Höhlung versehen ist.

In der trichterförmigen Höhlung liegt lose die Stahlkugel 5, die die Öffnung selbsttätig verschliesst. 15 von solchen Trägern sind in einer Reihe angeordnet und über Zahnräder 6 (Fig. 2), die ineinandergreifend auf den Antriebswellen 3 vorgesehen sind, durch den gemeinsamen Motor 7 angetrieben werden. Der Motor ist mit einem Wechselgetriebe 8 versehen, das mit einer Genauigkeit von 0, 5 Umdr/min eingestellt werden kann. Die Umdrehungszahl wird mittels der stroboskopischen Einrichtung 9 genau kontrolliert. Die Formen werden mittels einer elektrischen Heizspirale 10 und mittels einer nicht veranschaulichten Regulierungsvorrichtung auf einer konstanten Temperatur, z. B. zwischen 35 und 40 C, gehalten.

In die erste Form wird das Monomerengemisch einerseits und die beiden Komponenten eines Initiatorsystems anderseits durch Kapillaren (11, 12, 13) mittels nicht dargestellter Einrichtungen, gleichzeitig, z. B. mit pneumatisch oder mechanisch betriebenen Dosier-Kolbenpumpen eingebracht. Das Monomerengemisch hat z. B. die folgende Zusammensetzung : 90% Äthylenglykolmonomethakrylat, 9, 8% Diäthylenglykolmonomethakrylat und 0, 2% Äthylenglykoldimethakrylat (Vernetzungsmittel). Als erste Komponente des Initiatorsystemes wird eine 5% ige Ammoniumpersulfatlösung, als zweite 2-Dimethylaminoäthylacetat
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tion mit einem inerten Gasstrom durchgemischt, worauf die Form durch Aufsetzen der Schutzkappe 4 geschlossen wird.

In die Öffnung der Kappe wird dann die Polyäthylenkapillare 14 hineingeschoben, wobei die kleine Kugel 5 einfach zur Seite geschoben wird. Durch die Kapillare wird binnen einiger Sekunden reines Argon eingeleitet, um den Luftsauerstoff vollkommen zu verdrängen und das Gemisch zu homogenisieren. Nach der Abnahme der Polyäthylenkapillare fällt die Kugel 5 augenblicklich in ihren Sitz ein, wodurch der Formraum mit der polymerisierenden Lösung luftdicht abgeschlossen wird. Auf diese Weise wird die Inhibition durch Sauerstoff vermieden. Während das Gemisch bei z. B. 442 Umdrehungen

polymerisiert, werden auf gleiche Weise die übrigen Formen gefüllt.

Nach 7-8 min ist die Kopolymerisation in der ersten Form so weit fortgeschritten, dass ein zähes, glasklare, spärlich vernetztes Gel entsteht, dessen Form sich selbst nach dem Einstellen der Rotation nicht mehr ändert. Die erste Form wird daher herausgenommen und noch 20 min abgewartet bis die Kopolymerisation beendet ist. In den Träger wird sofort eine neue leere Form eingesetzt und wie oben beschrieben, gefüllt. Die Form mit der fertigen Linse wird dann 15 min in 85 C warmes Wasser gelegt, wo die Linse soweit gequollen wird, dass sie leicht herausgenommen werden kann. Dann wird die Linse in destilliertem Wasser bis zum Entfernen der Initiatorreste und der übrigen wasserlöslichen Substanzen gewaschen. Schliesslich wird die Kontaktlinse in eine physiologische Lösung getaucht.

Die dioptrische Stärke wird in der Immersion gemessen und auf den tatsächlichen Wert beim Tragen umgerechnet. Dieser Wert beträgt in diesem Falle und in dem mittleren Teile, der sich praktisch allein geltend macht,-4 Dioptrien.

Die Linse ist wasserhell, vollkommen durchsichtig, aber weich und elastisch. Sie hat einen sehr dünnen, scharfen Rand, der sich an die Hornhautoberfläche anschmiegtsodass einefehlerlose Oberfläche gebildet wird, die weder das Auge noch das Augenlid reizt. Zwischen drei Fingerspitzen auf das offene Auge angelegt,
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die Linse fest auf die AugenoberflächeHornhautoberfläche, deren äussere Verkrümmung fast genau der inneren Verkrümmung der Kontaktlinse entspricht. Ein kleiner, gegebenenfalls vorhandener, Unterschied wird selbsttätig durch geringe elastische Deformation des Randteiles ausgeglichen. Der Schwellungsgrad der Linse wird beim Tragen nicht geändert, weil die Linse vorher in physiologischer Lösung gelagert wurde.

Die Produkte des Metabolismus können frei zur Oberfläche der Kontaktlinse diffundieren, von wo sie durch das Augenlid gewischt und fortgespült werden. Gleichzeitig ist das geschwollene, spärlich vernetzte Kopolymere für den Luft- sauerstoff genügend durchlässig. Aus diesen Gründen kannman richtig ausgewählte Kontaktlinsen dauernd tragen und die meisten Leute gewöhnen sich an diese Linsen derart, dass sie dieselben sogar für die Nacht nicht ablegen. Nötigenfalls kann die Linse mit reinen Fingern leicht herausgenommen werden ; sie wird in physiologischer Lösung aufbewahrt, der gegebenenfalls geeignete baktericide Mittel, wie Borsäure oder
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des Auges durch das weiche Hydrogel ausgeschlossen ist.

Beispiel 2 : Das Verfahren nach Beispiel 1 wird in der gleichen Vorrichtung, jedoch mit folgender Zusammensetzung des polymerisierenden Gemisches durchgeführt. Das 90 mg wiegende Gemisch besteht aus 54, 7% Äthylenglykolmonomethakrylat, 17 : 2% Diäthylenglykolmonomethakrylat, 0, 6% Diäthylenglykoldimethakrylat, 1, 1% Ammoniumpersulfat, 5, 8% Dimethylaminoäthylacetat und 20, 6% Wasser.

Bei einem Zentralhalbmesser der Form von 9 mm und 370 Umdr/min beträgt die dioptrische Stärke der fertigen Linse-7 Dioptrien.

B eis piel 3 : Das Verfahren nach Beispiel l wird in derselben Vorrichtung, jedoch mit folgender Zusam- mensetzung des 50 mg wiegenden Polymerisationsgemisches durchgeführt: 60% Äthylenglykolmonomethakrylat, 14, 7% Diäthylenglykolmonomethakrylat, 0, 3% N, N'-Methy'en-bis-methakrylamid, 1, 0% Ammoniumpersulfat, 4% p-Toluolsufinsäure und 20% Wasser. Auf je 20 ml der Persulfatlösung wurde
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das zweite 30 min. Bei einem Zentralhalbmesser der Form von 8, 5 mm und 350 Umdr/min war die resultierende optische Kraft 0 Dioptrie.

Beispiel 4 : Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde in derselben Vorrichtung durchgeführt, nur mit dem Unterschied, dass die Form paraboloidisch war und einen Zentralhalbmesser der Wölbung von 5, 80 mm hatte. Der Durchmesser der Form war 13, 5 mm. Das zu polymerisierende Gemisch hatte folgende Zusammensetzung :63%Äthylenglykolmonoakrylat,11,6%Diäthylenglykolmonoakrylat,0,4%Diäthylenglykoldimethakrylat, 1, 2% Kaliumpersulfat, 20% Wasser und 3,8% bis-(p-Toluylsulfomethyl)-methylamin der Formel
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0, 15 g9, 6% Wasser.

Das Gemischwurde ineinehalbkugeligeFormmiteinemHalbmesservon 7, 5 mmgefüllt, mit einer Kappe4 (Fig. l) aus durchsichtigemPolymethylmethakrylatabgedeckt, uudaus dem Formraumwurde die Luft
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Form durch chemisch inaktive Strahlen zu vermeiden. Nach einer 30 min dauernden Rotation ist die Kopolymerisation praktisch beendet. Die Linse kann nach dem Schwellen in einem Gemisch von 50% Äthanol und 50% Wasser herausgenommen werden. Ihre optische Stärke ist +1 Dioptrien.

Beispiel 6 : Zur Illustration der Tatsache, dass die optische Stärke nicht nur durch die Umdrehungszahl, sondern auch durch die Neigung der Umdrehungsachse geändert werden kann, wurde das Verfahren nach Beispiel 1 derart durchgeführt, dass die Rotierungsachsen um 30 zur Vertikalen geneigt wurden. Bei
400 Umdrimin und einem Zentralhalbmesser der Formwölbung von 7 mm hatte die fertige Linse-5 Dioptrien.

Durch die obigen Beispiele wird der Schutzumfang nicht beschränkt. Die oben beschriebene und auf der Zeichnung in der einfachsten Ausführung dargestellte Vorrichtung kann auf verschiedene Weise abge- ändert werden, z. B. so, dass die einzelnen Kappen der Formen durch einen gemeinsamen, mit inertem Gas gefüllten Deckel ersetzt werden. Als inertes Gas kann z. B. reiner Stickstoff dienen, der von den letzten Sau : rstonresten durch bekanntes Leiten über auf 500 C erhitzte Kupferspäne oder durch alkalische Pyrokatechollösung befreit wurde. Die Formen können anstatt in einer Reihe kreisförmig angeordnet werden, so dass sie immer an der gleichen Stelle herausgenommen und ersetzt bzw. gefüllt werden können.

Die ganze Vorrichtung kann vollständig automatisiert werden, wobei die Anzahl der gleichzeitig polymerisierten Linsen so erhöht werden kann, dass nach einigen Sekunden fertige Linsen ununterbrochen aus der
Maschine herausfallen.

Das Monomerengemisch kann eine mannigfaltige Zusammensetzung haben, vorausgesetzt, dass es im ganzen Verlaufe der Kopolymerisation vollständig mit Wasser mischbar ist, so dass ein klares, durchsichtiges, weiches, spärlich vernetztes Gel entsteht. Wasser kann teilweise oder vollständig durch verschiedene hydrophile Flüssigkeiten ersetzt werden, z. B. durch niedere aliphatische Alkohole, Glykole oder Glycerin, gegebenenfalls auch durch Dioxan od. dgl., die mit Wasser leicht ausgewaschen und durch Wasser ersetzt werden können. In einem wasserfreien, z. B. aus Dioxan bestehenden Medium können auch Katalysatoren für ionische Polymerisation, wie z. B. Alkoxylithium, verwendet werden.

Obwohl bei einer langjährigen chirurgischen und prothetischen Applikation bisher mit vollständiger
Sicherheit nur Hydrogele auf Grund der Glykolester bzw. Glycerinester der Methakryl- bzw. Akrylsäure ausprobiert wurden, wird die Herstellung von Kontaktlinsen gemäss der vorliegenden Erfindung keinesfalls auf diese Hydrogele beschränkt. Jeder durchschnittliche organische Chemiker kann eine Reihe von ähnlichen Hydrogelen vorschlagen und synthetisieren, die gleiche oder vielleicht sogar bessere Eigenschaften besitzen werden. Von den orientierungshalber erprobten hydrophilen Monomeren kann man z. B. Apfelsäuremonoäthylenglykolmonoallylester, Diäthylenglykolmonoallylester der Zitronensäure mit entsprechenden Diallyl- bzw.

Allylvinylestern als Vernetzungsmittel erwähnen, ferner Diäthylenglykolitakonsäurediester mit einer kleinen Menge von Monoäthylenglykolmonoallylester derselben Säure, ferner Diglykolfumarate in Kombination z. B. mit Diäthylenglykolmonomethakrylat und einer kleinen Menge von Äthylenglykolallylfumarat, ferner z. B. Äthylenglykolmonoakrylat mit einem ungesättigten niedermolekularen Polyester, der durch Kondensation von Maleinanhydrid mit Triäthylenglykol dargestellt wurde usw. Die einzige Bedingung ist, dass das resultierende Hydrogel durchsichtig und weich ist.

Bei Implantationen in einen lebendigen Körper (z. B. von Augenlinsen beim Kaninchen) haben sich zwar am besten nichtionogene, völlig neutrale Hydrogele des beschriebenen Typus bewährt, für die Kontaktlinsen kann man trotzdem auch neutralisierte ionogene Hydrogele verwenden. So kann man bei der Kopolymerisation der Monomerengemische nach den Beispielen 1-6 als Polymerisattonsbeschleuniger 5% Dimethylaminoäthylmethakrylat-Hydrochlorid verwenden, das gleichzeitig in das makromolekulare Gerüst eingebaut wird. Die aus diesem Material hergestellten Kontaktlinsen wiesen keine merkbare Reizwirkung auf die Augen auf. Ähnlich geeignet waren z. B. auch Kontaktlinsen, bei welchen 2% oder mehr freier Methakrylsäure in dem Monomerengemisch anwesend waren. Die Karboxylgruppen wurden in der fertigen Linse selbstverständlich mit Natriumkationen neutralisiert.

Die in den Beispielen angeführten Glykolester der Akryl- und Methakrylsäure sind besonders geeignet, da sie leicht zugänglich sind und ohne besondere Schwierigkeiten mit erforderlichem Reinheitsgrad dargestellt werden können. Diese Monomere entsprechen auch in anderen Hinsichten allen Forderungen.

Sie können z. B. in reinem, nicht stabilisiertem Zustande in der Kälte aufbewahrt werden, ohne spontan zu polymerisieren. Die daraus hergestellten Hydrogele sind unter Bedingungen der Kopolymerisation, der Aufbewahrung in physiologischer Lösung und beim Tragen völlig beständig und lassen sich leicht chemisch sowie auch durch Kochen sterilisieren. Sie besitzen auch eine ausgesprochene Fähigkeit, beträchtliche Mengen von wasserlöslichen Arzneimitteln, wie z. B. Oxytetracyclinhydrochlorid oder Borsäure aufzunehmen, so dass die Kontaktlinsen gemäss der Erfindung auch zu therapeutischen Zwecken, z. B. zur Behandlung von Bindehautentzündungen ausgenutzt werden kann.

Auch die Initiatorsysteme können von verschiedener Art sein, am besten solche, die freie Radikale bereits bei Raumtemperatur bzw. bei Temperaturen von 20 bis 50 oC mit genügender Geschwindigkeit bilden.

Es sind in erster Reihe verschiedene Redox-Systeme, bei welchen Persulfate z. B. durch Wasserstoffperoxyd ersetzt werden können. Als Reduktionsmittel und zugleich Beschleuniger kann in diesem Falle z. B.

Ferrosulfat verwendet werden. Ferner sind auch verschiedene organische Peroxydverbindungen geeignet, die in dem polymerisierenden Gemische genügend löslich sind und sich auch zusammen mit ihren Zersetzungsprodukten aus dem fertigen Produkte durch Waschen entfernen lassen. Alkalische Salze der

Peressigsäure, Kumenhydroperoxyd und Peracetale der aliphatischen oder alicyclischen Ketone können als Beispiele der Oxydationsmittel, verschiedene Sulfite, Thiosulfate, Hydrosulfite, Formaldehydbisulfit, l-Ascorbinsäure, Glukose usw. als Beispiele der Reduktionsmittel angeführt werden. Die Anwesenheit von Spuren der Metalle mit veränderlicher Ionenwertigkeit ist dabei sehr wichtig. Unter solchen Metallen können besonders Eisen, Kupfer, Kobalt, Nickel, Mangan, Cer, Silber genannt werden.

Es ist jedoch möglich, auch andere Initiatoren der Polymerisation zu verwenden, vorausgesetzt, dass ihre Zersetzungsprodukte leicht ausgewaschen werden können oder völlig unschädlich sind. So z. B. können Azokörper wie Ester oder Nitril der azo-bis-Isobuttersäure Anwendung finden, falls sie in solchen Mengen vorhanden sind, dass der freigemachte Stickstoff sich noch löst und allmählich ausdiffundiert, ohne sichtbare Bläschen zu bilden. Schliesslich kann man auch Photopolymerisation verwenden, indem man z. B. Eisenchloridlösungen in Gegenwart von organischen Säuren oder Perchlorate, Permanganat mit Oxalsäure, Benzoin u. a. verwendet, oder wenn man ähnlich wie nach Beispiel 5 verfährt.

Den Zusammenhang zwischen den Umdrehungen bei der Polymerisation und der optischen Stärke der fertigen Kontaktlinse kann man entweder empirisch feststellen oder auch berechnen. Die allgemeine, einigermassen vereinfachte Formel zur Berechnung der optischen Stärke D lautet :
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worin bedeutet :
N = Brechungsindex der Linse nach endgültiger Aufqudlung, oc = Koeffizient der linearen Vergrösserung der Linse durch Aufquellen,
Ro = Scheitelkrümmung der Form, p = Dichte, a = Oberflächenspannung, < p = Winkel der Abneigung der Rotationsachse von der Vertikale, n = Umdrehungszahl pro Minute.

Aus der Formel ist ersichtlich, dass die optische Stärke der fertigen Linse nicht nur von der Umdrehungszahl, sondern u. a. auch von der Gröss der Oberflächenspannung, die bei einem Halbmesser von 5 bis 7 mm schon beträchtlich gross ist, und schliesslich auch von der etwaigen Abneigung der Rotationsachse von der Vertikale abhängig ist, wie auch aU3 dem Beispiel 6 hervorgeht.

Die Zusammensetzung des zu polymerisierenden Gemisches kann zwar in sehr breiten Grenzen geändert werden, es ist jedoch vorteilhaft, einige Massregeln einzuhalten, die die Erreichung maximaler Ausbeute von tadellosen Ergebnissen gewährleisten. So z. B. hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gemisch etwa 15-40% Wasser oder eine mit Wasser verdrängbare Flüssigkeit enthält. Dies ermöglicht die Bildung eines homogenen, klaren Hydrogels, das nachträglich noch bedeutend mit Wasser aufgequollen werden kann. Ebenso ist es ratsam, die Konzentration des Vernetzungsmittels zwischen 0, 1 und 1, 0 zu wählen. Diese Massnahmen ermöglichen ein leichtes Herausnehmen der Linse aus der Form ohne Anhaften.

Bei Verwendung eines peroxy3. ischen Initiators und eines tertiären Amins oder eines sonstigen Reduktionsmittels als Aktivator kann die Dosierung vereinfacht und genauer gemacht werden, wenn das Monomerengemisch mit Wasser od. dgl. in zwei gleiche oder ungleiche Teile geteilt wird, von denen dem einen der gesamte peroxydische Initiator, dem anderen wieder der gesamte Aktivator oder Beschleuniger zugesetzt wird. Die beiden Teile polymerisieren allein erst nach längerer Zeit, so dass das Gemisch ein einer verhältnismässig grösseren Menge bereitet werden kann. Dadurch wird die Dosierung gleichmässiger, einfacher und
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klein ist. Das Vernetzungsmittel kann vorzugsweise dem Teil der Lösung zugesetzt werden, der zu einer spontanen Polymerisation weniger geneigt ist.

Die Formen können aus beliebigem, formbaren Material erzeugt werden, das keinen störenden Einfluss auf die Polymerisation ausübt und durch die polymerisierende Lösung nicht angegriffen wird. Ausser Glas sind dazu hart verchromte Metalle geeignet. Man kann auch reine, ungefüllte Phenol-, Karbamid- oder Melaininformaldehydharze verwenden, die mittels einer polierten Matrize in der Wärme gepresst wurden.

Die besten Ergebnisse werden jedoch üblicherweise mit Formen aus gutem Silikatglas erreicht.

Die Menge des polymerisierten Gemisches ist ausserordentlich gering, gewöhnlich 20-120 mg, höchstens 200 mg, für eine Kontaktlinse. Die Linsen sind daher sehr leicht und stören beim Tragen nicht.

Zum Ausgleichen eines astigmatischen Fehlers (Zweischalenfehlers) kann die Form individuell angepasst werden ; für leichtere Fälle ist es jedoch unnötig, da die weichen und elastischen Kontaktlinsen kleinere Fehler dieser Art auch ohne absichtliche Änderung der regelmässigen Oberfläche selbst ausgleichen.

Anstatt der stroboskopischen Einrichtung zum Messen der Umdrehungszahl kann auch jede andere Mess- bzw. Regulierungseinrichtung verwendet werden. Der elektrische Strom für den Antriebsmotor geht vorteilhaft über einen Spannungsstabilisator. Die Umdrehungszahl wird auf beliebige Weise geregelt und selbsttätig auf einem eingestellten Wert gehalten. Anstatt eines Elektromotors kann man auch z. B. eine Pressluftturbine benutzen, die mit der pneumatischen Regelung der Umdrehungszahl gekuppelt ist.

Claims

PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen aus hydrophilem polymerisierbarem Material, wobei dieses Material flüssig in eine konkave Form eingebracht und polymerisiert wird, bei welchem eine Lösung bzw. ein Gemisch von einer dreidimensionalen Polymerisation fähigen Monomeren unter Polymerisationsbedingungen in der Form einer Rotation unterworfen wird, wobei in an sich bekannter Weise die Aussenfläche der Kontaktlinse durch die feste Form und die Innenfläche durch die Rotation der Form und gleichzeitig durch die Oberflächenkräfte gebildet wird, nach Patent Nr. 244579, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerisationsansatz ein Gemisch von Glykol- bzw.

Polyglykolmonomethacrylat oder -acrylat mit höchstens 1% Glykol- bzw. Polyglykol-bis-methacrylat bzw. -acrylat und höchstens 40% Wasser oder einer durch Wasser verdrängbaren Flüssigkeit wie z. B. Äthylenglykol verwendet wird.