CN110082931A - 具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，其通过化学共轭方式将一聚合物薄膜附着于镜片本体表面上，再利用聚合物物质的负电荷和正电荷之间的离子吸附作用来产生另一聚合物薄膜，以在镜片本体表面形成良好结合有两聚合物薄膜的聚合物多层膜；当配戴隐形眼镜时，此聚合物多层膜会为眼睛表面提供更光滑的触感，同时可达到更高的含水量，从而可提高配戴的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隐形眼镜的制备方法，特别涉及一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法。
背景技术
使用隐形眼镜所伴随而来的主要问题是干燥的情况。因此，在制造隐形眼镜中增加使用较高透气性材料已成为一种趋势，这也推动了对于硅氧烷基材料的使用。另一方面，这些材料本质上是疏水性的，且排斥水。即使使用电浆进行表面处理来形成亲水性表面，这些镜片也可能形成斥水(water-repelling)区域，这会导致水分解(water-breakup)时间的减少。这些区域还具有吸引更多脂质和蛋白质沉积的倾向。
为了改善这些问题，隐形眼镜可以在表面涂覆上所需的材料。涂层材料可以根据所欲获得的特性来选择。通常上，亲水性聚合物已用于医疗领域，以防止聚合物在进入体内时发生不希望的免疫原性反应。可以容易地看出，胰岛素的聚乙二醇化(PEGylation)是避免其进入体内时的免疫原性反应的非常理想的方式。类似地，用亲水性聚合物涂覆也已用于保护医疗装置表面，以避免遭受表面上蛋白质的聚集。
根据这些经验，用所需材料涂覆隐形眼镜表面也是有用的，可以防止诸如蛋白质沉积物的类的不良影响。在一个实际例子，由疏水性材料制成的隐形眼镜表面可涂有一层亲水性材料。举例来说，疏水性材料可为硅，其用于制造镜片的主体，且亲水性单体可为聚(甲基丙烯酸酯)(poly(methacrylate))，则可用于涂覆隐形眼镜的表面。这种涂层可以为隐形眼镜的表面提供亲水特性。
因此，这种涂覆方法可用于为隐形眼镜的主体提供所需的特性。再者，隐形眼镜的主体可以保持制成它的材料的整体性质，而仅修饰表面，可以确保整个隐形眼镜的物理特性不受影响。而对于隐形眼镜表面制作多层涂层，可以制造亲水性表面，并为涂层带来更多的功能性，例如抗反射、防雾、抗紫外线等等。已知一种多层涂层的制作方法，是使用相反电荷的至少两种不同的聚电解质交替地形成在基底上，来形成逐层(LbL)涂层。然而，这种逐层涂层与基底的黏附性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，能够将一种或多种聚合物化学共轭于镜片本体表面上的方法，以及利用具有不同带电物质的多种聚合物来制作逐层涂层的方法，而可于镜片本体表面形成由化学共轭的聚合物薄膜以及离子接合的聚合物薄膜所组成的聚合物多层膜，此聚合物多层膜可为隐形眼镜的配戴者提供增加保水度和舒适性等益处。
本发明的另一目的是提供一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，可通过使用隐形眼镜的现有制程和生产线来实现，可降低设备成本，极具经济效益。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，首先提供一镜片本体，此镜片本体表面存在有多种化学基团；然后，提供一反应溶液，将至少一种第一聚合物加入反应溶液，此第一聚合物包含有负电荷；将镜片本体浸入反应溶液中，于紫外光源或热源作用下，使第一聚合物化学共轭到镜片本体表面形成第一聚合物薄膜；再提供一缓冲溶液，将至少一种第二聚合物加入缓冲溶液，此第二聚合物包含有正电荷；以及，将镜片本体浸入缓冲溶液中，以通过离子吸附过程形成第二聚合物薄膜于第一聚合物薄膜表面，而在镜片本体表面上形成包含第一聚合物薄膜与第二聚合物薄膜的聚合物多层膜。
前述制备方法中，为了在镜片本体的表面上进行化学共轭过程，镜片本体必须具有一些化学基团，这些化学基团较佳可为氨基(amine group)、羧基(carboxyl group)或砜基(sulfone group)，例如，镜片本体可由包含有乙醇胺(Ethanolamine)、多巴胺(Dopamine)、十八胺(Octadecylamine)或N，N-二甲基(N,N-Dimethylacrylamide)的单体所制得。
而第一聚合物可优选自改性及未改性的聚乙二醇(Polyethylene glycol)、透明质酸(Hyaluronic acid)、透明质酸钠(sodium hyaluronate)、N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone)、聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol))、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)、聚(丙烯酰胺)(Poly(acrylamide))、海藻酸(Alginic acid)及海藻酸钠(sodium alginate)中的一种或多种。
前述制备方法中，为了在镜片本体的表面上进行逐层沉积过程，第二聚合物具有与第一聚合物电性相反的电荷，而第二聚合物可优选自透明质酸、透明质酸钠、海藻酸、海藻酸钠、改性及未改性的壳聚醣(Chitosan)中的一种或多种。
前述制备方法中，可让所有反应在适合镜片存放的小型容器内发生，无须增设额外的基础设备，而能确保所有的反应步骤。具体而言，可将镜片本体另外存放在第一容器中，第一容器中填充有反应溶液，反应溶液含有涂覆第一聚合物薄膜所需的第一聚合物，反应溶液还可含有用于促进反应进行的合适催化剂，然后，将其密封并以紫外光或温度的形式令其反应形成第一聚合物薄膜。同样地，可在上述反应完成后，再将镜片本体转移到第二容器中，第二容器填充有缓冲溶液，缓冲溶液含有第二聚合物，用于形成第二聚合物薄膜于第一聚合物薄膜之上。然后，将第二容器密封，通过湿热灭菌，即可以出售给顾客使用，来确保镜片配戴舒适。
作为一种可以选择的实施方式，所述镜片本体使用车床切割(lathe-cutting)、浇铸成型(cast-molding)、旋转铸造(spin casting)或其组合的方法所制得。
与现有技术相比，有益的技术效果：
1、本发明通过化学共轭方式将一聚合物薄膜附着于镜片本体表面上，再利用聚合物物质的负电荷和正电荷之间的离子吸附作用来产生另一聚合物薄膜，以在镜片本体表面形成良好结合有两聚合物薄膜的聚合物多层膜；当配戴隐形眼镜时，此聚合物多层膜会为眼睛表面提供更光滑的触感，同时可达到更高的含水量，从而可提高配戴的舒适性。
2、通过本发明的这种制备方法，可以运用现有制程和设备来降低成本，而达到利益最大化。
附图说明
图1为本发明所提供的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法的流程图。
图2中，图2A～2F图为本发明所提供的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，具体实施例不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明理念所做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
请参照第1图，说明本发明所提供的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法的流程步骤；同时，请参照第2A～2F图，依序绘示本发明所提供的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法的流程示意图。
首先，见步骤S100，如第2A图所示，提供镜片本体10，此镜片本体10是由富含化学基团(chemically active groups)的单体所制成，而于镜片本体10表面存在有多个化学基团。
在本发明中，隐形眼镜是指使用隐形眼镜工业中常见的任何单体所制造的光学或医疗物品。对于本领域技术人员所熟知，用于制造这种隐形眼镜的镜片本体10的单体材料包括常见的亲水性单体(如聚-2(甲基丙烯酸羟乙酯)(pHEMA,Poly-2(hydroxyethylmethacrylates))、疏水性单体(如硅氧烷(Silicones))或两者组合而成的单体混合物。此种隐形眼镜透过采用诸如车床切割(lathe-cutting)、浇铸成型(cast-molding)、旋转铸造(spin casting)或前述方法所衍生的任何其他组合方法来制作，并同时与热固化或紫外光(UV)固化的任何固化方法相结合。
同时，本发明制造隐形眼镜的镜片本体10的单体材料中必须具有一些化学基团。这些化学基团可用于将所需聚合物共轭(conjugation)到镜片本体表面上。共轭聚合物的反应类型可以依照镜片本体10表面和预期在表面上共轭的聚合物上存在的化学基团的化学性质来选择，再者，可以根据化学基团来设计合适的反应环境，也可以选择所需的催化剂(catalyst)；如第2B图所示，可以用催化剂11进行活化。
在本发明中，化学基团可以为胺基(amine group)、羧基(carboxyl group)或砜基(sulfone group)。而镜片本体10则可由包含有乙醇胺(Ethanolamine)、多巴胺(Dopamine)、十八胺(Octadecylamine)或N，N-二甲基(N,N-Dimethylacrylamide)的单体混合物所制得。
然后，见步骤S110，提供一反应溶液20，将至少一种第一聚合物加入反应溶液20，第一聚合物包含有负电荷，且第一聚合物具有可与镜片本体10上存在的多个化学基团反应并共轭的化学基团。
在本发明中，第一聚合物可选自改质及未改质的聚乙二醇(Polyethyleneglycol)、透明质酸(Hyaluronic acid)、透明质酸钠(sodium hyaluronate)、N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone)、聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol))、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)、聚(丙烯酰胺)(Poly(acrylamide))、海藻酸(Alginic acid)及海藻酸钠(sodium alginate)中的一种或多种。
举例而言，反应溶液20中，可于水中包含0.5-5％(w/v)的聚乙烯醇和0.1-3％(w/v)的海藻酸钠。
见步骤S120，如第2C图所示，将镜片本体10浸入反应溶液20中，如第2D图所示，于紫外光源或热源的作用下，镜片本体10的化学基团与第一聚合物会进行反应，以在镜片本体10表面和第一聚合物之间形成稳定的共价键(chemical bond)，达到化学共轭(chemicalconjugation)，而于镜片本体10表面形成第一聚合物薄膜。
见步骤S130，提供一缓冲溶液30，将至少一第二聚合物加入缓冲溶液30，第二聚合物包含有正电荷。
在本发明中，第二聚合物可选自透明质酸、透明质酸钠、海藻酸、海藻酸钠、改质及未改质的壳聚醣(Chitosan)中的一种或多种。
举例而言，缓冲溶液30中，可于水中包含0.1-3％的海藻酸钠和0.05-2％的透明质酸钠。
在本发明中，缓冲溶液30是指用于在隐形眼镜销售和使用之前将隐形眼镜保存在其聚丙烯包装中的溶液。这种溶液基本上由与其他试剂结合的水性缓冲液组成，以确保与人眼相容的渗透压。
见步骤S140，如第2E图所示，将镜片本体10浸入缓冲溶液30中时，第一聚合物薄膜的第一聚合物和第二聚合物分别在其链上具有不同的负电荷和正电荷，在不同种类的电荷之间会产生离子吸引力，可以通过离子吸附过程形成第二聚合物薄膜于第一聚合物薄膜表面，而如第2F图所示，最终在镜片本体10表面上形成包含透过离子吸引力相互散布的第一聚合物薄膜与第二聚合物薄膜的聚合物多层膜(multiple layers)。
本发明通过适当地选择第一聚合物和第二聚合物，可以在镜片本体的表面上进行多种聚合物的逐层沉积过程。其中，第一聚合物在其整个链中具有多种负电荷，而第二聚合物在其链中具有多种正电荷。除了在第一聚合物层和镜片本体表面之间形成的化学键之外，这种相反电荷的集合允许它通过离子吸引过程形成彼此结合的多层聚合物。
另外，为了进行所述化学共轭和逐层沉积的方法有许多可能的选择，通常需要进行反应的制品需要置于含有反应物(reagents)的溶剂中，然后，在温度和催化剂方面提供适当的起始条件。为了在隐形眼镜工业中进行作业，通常使用填充有溶剂和反应物的储存槽(storage tank)，再将待涂覆的隐形眼镜浸入储存槽中，然后，提供适当的搅拌和能量以引发反应。
通常隐形眼镜会以小型聚丙烯容器出售，其中隐形眼镜储存在水性缓冲溶液中。造成这种情况的原因，包括用于在运输和储存期间储存隐形眼镜及防止其干燥，使镜片保持完美的形状以便放在眼球上，并确保镜片佩戴舒适。因此，隐形眼镜生产过程中的关键步骤是用缓冲溶液填充聚丙烯容器，然后，将镜片放入溶液中，再将其密封并高压灭菌。
根据本发明所揭露的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，可让所有反应在适合镜片存放的小型容器内发生，无须增设额外的基础设备(例如化学品的大型反应槽或储存槽)，而能确保所有的反应步骤。进一步来说，可将镜片本体另外存放在第一容器中，第一容器填充有反应溶液，反应溶液含有涂覆第一聚合物薄膜所需的第一聚合物。反应溶液还可含有用于促进反应进行的合适催化剂。然后，用铝箔密封第一容器。之后，在第一容器内的反应混合物以紫外光或温度的形式提供能量，并进行适当的搅拌。这导致在第一容器内发生反应，以将所需第一聚合物涂覆到镜片本体的表面上，来形成第一聚合物薄膜。
同样地，可在上述反应完成后，再将表面上具有第一聚合物薄膜的镜片本体转移到第二容器中，第二容器填充有缓冲溶液，缓冲溶液含有第二聚合物，用于形成第二聚合物薄膜于第一聚合物薄膜之上。然后，将第二容器密封，通过湿热灭菌，即可出售给顾客使用。由于存在所需的正/负电荷物质和由于灭菌过程以高温形式提供的能量，可以在隐形眼镜表面上的聚合物之间形成多层。上述第一容器和第二容器实务上可为聚丙烯容器。本发明利用隐形眼镜生产过程中的现有制程和设备来确保所有反应步骤的执行，藉以达到利益最大化。
本发明在此提供一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法的实例，其包含以下步骤：
首先，步骤S100，称量45克甲基丙烯酸羟乙酯(hydroxyethyl methacrylate)，并于其中加入1克甲基丙烯酸(methacrylic acid，MAA)。此后，加入0.75克2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one)(来自CibaTM的Darocur TM1173)的聚合起始剂(polymerisation initiator)和0.5克乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethylene glycol dimethacrylate，EGDMA)，以得到用于制备镜片本体的混合物。将混合物在35℃和200转/分钟下搅拌50分钟。搅拌过后，向前述步骤所得到的混合物添加1％多巴胺(v/v)，并搅拌以确保混合均匀。然后，将所述混合物倒入模具中，在室温下，波长310-370nm的紫外光和24-28mW/cm2的光能下固化35分钟。固化之后，在80℃的温度下浸入20％乙醇中20分钟，从模具中取出镜片本体。然后，将镜片本体放入80℃的去离子水中55分钟，来洗涤镜片本体，以除去任何未反应的化学物质。
接着，步骤S110，将35g聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)和15g海藻酸钠(sodiumalginate)的亲水聚合物加入1000mL水中来制备反应溶液。
此后，步骤S120，将步骤S110所制得的反应溶液放入小型聚丙烯容器中，并将步骤S100所制得的镜片本体放入反应溶液中。将聚丙烯容器密封，然后置于UV光源下，使UV光通过聚丙烯容器的透明部分，并在容器内部接触镜片本体的情况下到达反应溶液，使聚合物交联到镜片本体表面。UV光源的总曝光时间为35分钟。
继而，步骤S130，于1000mL水中加入8.18g氯化钠、3.5g磷酸氢二钠二水合物(sodium phosphate dibasic dihydrate)和0.5g磷酸二氢钠二水合物盐(sodiumdihydrogen phosphate dihydrate salts)制备缓冲溶液。同时，用去离子水中制备0.5％(w/v)的海藻酸钠溶液和2％(w/v)透明质酸钠溶液。将两种溶液在45℃的温度下搅拌，直至形成溶质(海藻酸钠、透明质酸钠)的均匀溶液。
将两种溶液混合于缓冲溶液中制得混合缓冲溶液，具体步骤如下：分别取0.5％(w/v)海藻酸钠和2％(w/v)透明质酸钠溶液20mL，加入到960mL的缓冲溶液中，从而制备得总体积为1000mL的混合缓冲溶液。
步骤S140，将UV固化后的镜片本体放入80℃的去离子水中，以洗去未反应的化学物质。在洗涤之后，将镜片本体置于另一聚丙烯容器中，并于聚丙烯容器中加入步骤S130所制得的混合缓冲溶液。在每种情况下，聚丙烯容器中使用的混合缓冲溶液的量为1mL。没有特殊条件，只是使用高压灭菌器。然后，将聚丙烯容器密封后置于高压釜内，并于121℃下进行湿热灭菌30分钟。在完成此步骤之后，冷却后，隐形眼镜已经可以安全地戴在眼睛上。
总的来说，根据本发明所揭露的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，乃利用化学共轭方式让聚合物薄膜附着到含有化学基团的镜片本体表面，并进一步藉由不同聚合物物质的负电荷和正电荷之间的离子吸引力来产生另一聚合物薄膜，以在镜片本体表面形成良好结合有两聚合物薄膜的聚合物多层膜。当隐形眼镜与眼睛接触时，此聚合物多层膜可为眼睛表面提供更光滑的触感，并且还可保持隐形眼镜表面良好的湿润性。因此，聚合物多层膜将导致隐形眼镜比没有任何涂层的普通隐形眼镜更加光滑和舒适。
另外，本发明可使用隐形眼镜的现有制程和生产线来实现，无须增设额外的基础设备，有利于降低成本，达到利益最大化。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
Claims (11)
1.一种具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，包含下列步骤：
一种镜片本体，所述镜片本体表面存在有多个化学基团；
一种反应溶液，将至少一种第一聚合物加入所述反应溶液，所述第一聚合物包含有负电荷；
将所述镜片本体浸入所述反应溶液中，于紫外光源或热源作用下，使所述第一聚合物化学共轭到所述镜片本体表面形成第一聚合物薄膜；
一种缓冲溶液，将至少一种第二聚合物加入所述缓冲溶液，所述第二聚合物包含有正电荷；及
将所述镜片本体浸入所述缓冲溶液中，以通过离子吸附过程形成一第二聚合物薄膜于所述第一聚合物薄膜表面，而在所述镜片本体表面上形成包含所述第一聚合物薄膜与所述第二聚合物薄膜的聚合物多层膜。
2.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述化学基团为氨基、羧基或砜基。
3.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述镜片本体由包含有乙醇胺、多巴胺、十八胺或N，N-二甲基的单体所制得。
4.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述镜片本体由包含甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮、乙二醇二甲基丙烯酸酯的化合物所制得。
5.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述第一聚合物选自改性及未改性的聚乙二醇、透明质酸、透明质酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱、聚(丙烯酰胺)、海藻酸及海藻酸钠中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述第一聚合物选自聚乙烯醇和海藻酸钠。
7.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述第二聚合物选自透明质酸、透明质酸钠、海藻酸、海藻酸钠、改性及未改性的壳聚醣(Chitosan)中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述第二聚合物选自透明质酸钠和海藻酸钠。
9.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述反应溶液盛装于第一容器，并且在所述镜片本体浸入所述反应溶液之后，将所述第一容器密封，再于紫外光源或热源作用下进行化学共轭过程。
10.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，其中所述缓冲溶液盛装于第二容器，并且在所述镜片本体浸入所述缓冲溶液之后，将所述第二容器密封，再进行湿热灭菌。
11.如权利要求1所述的具有聚合物多层膜的隐形眼镜的制备方法，所述镜片本体使用车床切割、浇铸成型、旋转铸造或其组合的方法所制得。
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