CN113717334A - 一种高氧气透过率角膜接触镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及角膜接触镜技术领域，具体是公开了一种高氧气透过率角膜接触镜，该角膜接触镜由高透氧率硅水凝胶材料制成；所述高透氧率硅水凝胶材料按照质量分数，包括以下组分光聚合反应而成：聚二甲基硅氧烷大单体交联剂27.5％～41.8％、亲水性单体16.8％～20.5％、小分子硅氧烷单体15.9％～22.6％、光引发剂1.0％～2.5％、稀释剂17.5％～25.0％；所述聚二甲基硅氧烷大单体交联剂采用亲水段改性、双键封端的聚二甲基硅氧烷大单体交联剂。本发明克服了现有技术的不足，制备的角膜接触镜透氧值为140‑150，达到了人体最适透氧量的要求。

Description

一种高氧气透过率角膜接触镜及其制备方法

技术领域

本发明涉及角膜接触镜技术领域，具体属于一种聚硅氧烷大单 体交联剂材料的制备方法、基于该材料的高氧气透过率角膜接触镜 的制备方法，以及此类角膜接触镜的表面亲水改性技术。

背景技术

隐形眼镜(又名角膜接触镜)，是一类主要用于视力矫正的直接 佩戴在眼球上的镜片。针对一些特殊工种，人们需要佩戴隐形眼镜 来保证眼部安全。同时，由于人们对美的追求，更多年轻人选择佩 戴有色隐形眼镜(美瞳)以增加美感。目前，随着科技的发展和人们对隐形眼镜的佩戴舒适度也提出了额外的需求；因此，隐形眼镜 的镜片材料也实现了不断的更新换代。

最早开发出的镜片材料是聚甲基丙烯酸甲酯，属于硬性角膜接 触镜，由于其材质偏硬，易对角膜产生磨损，同时湿润性差，透氧 低，配戴时容易引起眼球的不适感，目前已基本被淘汰。新一代亲 水软性隐形眼镜，主要是由亲水单体如甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)等共聚而成，通常具有较低的水接触角， 亲水性强，配戴舒适等优点，逐渐占领了大量隐形眼镜市场，并且 配套开发出了用于大批量生产的旋转成型工艺可以大规模工业化生 产。

但是，目前的亲水隐形眼镜材料面临着诸多挑战：首先，眼球 和其他人体器官不同，眼球内没有供氧血管，主要是通过吸收空气 中的氧气和水来促进新陈代谢，维持自身的营养；一旦供氧不足， 就会引起角膜红肿、发炎，眼部干涩等问题。配戴隐形眼镜则显著阻碍了眼球与空气的接触。目前的亲水软性角膜接触镜的镜片材料， 主要由HEMA、PVP等亲水单体共聚而成，这种材料的含水量约在 40％左右，更高的可以达到70％以上；但是此类材料不能很好的解 决供氧不足这一问题。因为此类材料的供氧机理是：水凝胶材料通 过溶胀吸收一定量的水或者生理盐水，再通过溶解在这些水中的氧 气给眼球提供物质交换；但是水的溶解和运输氧的能力有限，同时 高含水量镜片中水分会随着时间逐渐挥发，物质交换逐渐减少，所 以亲水性隐形眼镜材料的日最佳配戴时间为6至7个小时；因此需 要佩戴者定时取下镜片让眼球接触空气以缓解眼部疲劳，该问题严 重影响了此种材料的市场竞争力。

随着医疗条件的改善，患者健康意识的增强，传统的创伤敷料 因其易与创面粘连，更换时容易二次伤害，无法阻挡细菌等诸多缺 点，越来越多地在实际应用中被新型医用敷料取代。伴随着对伤口 愈合机理研究的不断深入，人们发现湿润的伤口环境可以促进创面 边缘细胞的迁移，加速伤口的愈合。因此，更加符合“湿性愈合” 理论的湿性敷料迅速发展。水凝胶敷料作为目前研究和应用最为广 泛的湿性敷料，具有能够促进伤口愈合、减轻患者疼痛、改善创面 微环境、抑制细菌生长、不黏连伤口等诸多优点，被认为是十分有前景的一种新型医用敷料。

为了解决供氧问题，科学工作者们致力于开发出一种透氧材料， 可以直接将空气中的氧气传输到眼球。因此硅橡胶类材料逐渐被应 用到角膜接触镜中。此类材料的主要组分是二甲基硅氧烷丙烯酸酯 类和氟硅氧烷酯类。

二甲基硅氧烷长链由于有较长的硅氧键长，较高的硅氧键能， 并且Si-O-Si键的键角可以在104°～180°范围内变化，使得其主链 具有高度的柔顺性，良好的稳定性和抗氧化性能。同时，由于甲基 和主链之间的排斥作用，使得二甲基硅氧烷长链呈现出疏松柔软的 特性，这种结构给氧气的传输提供了优良的通道，可以直接将空气 中的氧气运送到眼球，所以，此类材料比传统亲水性水凝胶材料的 透氧性能有了本质上的提高。但是此类材料通常具有明显的疏水性， 与亲水性单体不相容(产生相分离)，难以直接参与水凝胶材料的制 备。此外，此类材料的表面能较高，在日常佩戴时会运动到材料表 面。该类材料具有亲油性，会吸附人眼分泌的各类蛋白。同时，基 于该类材料的镜片含水量低，易粘附在眼球上影响隐形佩戴的安全 性和舒适度。

基于以上分析，传统水凝胶镜片透氧率低，同时，基于二甲基 硅氧烷的含硅水凝胶隐形眼镜的开发和应用也存在诸多限制。

发明内容

本发明的目的是提供了一种高氧气透过率角膜接触镜及其制备 方法，克服了现有技术的不足，具有较低的含水量，更高的透氧值 以及优秀的水接触角。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种高氧气透过率角膜接触镜，该角膜接触镜由高透氧率硅水 凝胶材料制成；所述高透氧率硅水凝胶材料按照质量分数，包括以 下组分光聚合反应而成：

所述聚二甲基硅氧烷大单体交联剂采用亲水段改性、双键封端 的聚二甲基硅氧烷大单体交联剂，其分子式如下：

其中，m的取值范围为10～20之间的整数，n的取值范围为20～30 之间的整数。

进一步，所述亲水段改性、双键封端的聚二甲基硅氧烷大单体 交联剂的制备方法包括以下过程：由羟基封端的聚二甲硅氧烷和双 异氰酸酯基化合物在催化剂的作用下在20℃～80℃温度区间内反应， 随后在链段两端接上具有不同分子量的羟基封端的聚二甲硅氧烷， 最后再与带有甲基丙烯酸端基的异氰酸酯反应，进行双键封端。

进一步，所述羟基封端的聚二甲硅氧烷为Tech-2120、KF-6001 (Mn＝2000)、KF-6002(Mn＝3000)中的任意一种或两种以上的混合 物。

进一步，所述的双键封端剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯或异氰酸 酯丙烯酸乙酯中的一种。

进一步，所述亲水性单体为甲基丙烯酸羟乙酯、N，N-二甲基甲 基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一种 或两种以上的混合物。

进一步，所述小分子硅氧烷单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基 硅氧烷基)硅烷(Tris)、N-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]- (甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基丙基甲硅烷氧基)-甲硅烷基丙基]- (甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基苯基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]- (甲基)丙烯酰胺中的一种或两种以上的混合物。

进一步，所述光引发剂为二乙氧基苯丙酮、Darocur 1173、Darocur 2959中的一种；所述稀释剂为甲醇、异丙醇、正丙醇中的一种或两 种以上的混合物。

本发明还保护了一种基于上述高氧气透过率角膜接触镜的制备 方法，包括以下步骤：按照质量分数分别将聚二甲基硅氧烷大单体 交联剂、亲水性单体、小分子硅氧烷单体、光引发剂、稀释剂混合 均匀，注入角膜接触镜模具中，光引发聚合，然后脱模，异丙醇和去离子水萃取除去镜片中未聚合的单体和低聚物，浸入生理盐水中 平衡，从而制得高氧气透过率角膜接触镜。

进一步，所述高氧气透过率角膜接触镜还可以进行表面亲水改 性；具体表面亲水改性方法包括以下步骤：

S1、将高氧气透过率角膜接触镜浸泡于溶有聚丙烯酸的醇溶液 中，组装表面亲水涂层；

S2、将镜片置于水溶液中洗去为涂层聚合物，并将聚合物锁定 在镜片表面；

S3、将镜片置于分散具有PAE-P(AAm-co-AA)共价连接亲水聚合 物的生理缓冲溶液中，在高压反应器中进行静电亲水涂层自组装以 及镜片消毒。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

1、本发明采用聚二甲基硅氧烷大单体交联剂和小分子硅氧烷 单体，制备的角膜接触镜透氧率为140-150，达到了人体最适透氧量 (86)的要求。

2、采用本发明方法制备的高氧气透过率角膜接触镜具有较低 的含水量和优秀的水接触角，润湿性能好，佩戴更加舒适。

附图说明

图1为聚二甲基硅氧烷大单体交联剂的结构式。

图2为聚二甲基硅氧烷大单体交联剂的合成路线图。

图3为PAE与P(AAm-co-AA)的反应原理图。

图4为PAE与PAA的反应原理图。

图5为PAE与P(AAm-co-AA)开环后和PAA的反应原理图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不仅限于 这些实例，在为脱离本发明宗旨的前提下，所为任何改进均落在本 发明的保护范围之内。

实施例1

本实施例公开了一种亲水段改性、双键封端的聚二甲基硅氧烷 大单体交联剂的制备，它包括以下步骤：

1、将KF-6001(7.5g)加入100ml支口瓶中，插入机械搅拌， 旋塞涂上真空酯，支口接上真空线，55℃水浴，真空干燥2h。

2、同时称量KF-6002(30g)加入单口烧瓶中，干燥方式同上。

3300rpm的机械搅拌下，加入IPDI(1.67g)，55℃搅拌下至完 全溶解，用100ul的微量进样器吸取DBTDL(100ul)滴入反应器中 (>10min)，反应2h。

4、用注射器吸取KF-6002(24.8g)注入反应器，用100ul的微 量进样器吸取DBTDL(100ul)滴入反应器中，55℃下反应过夜。

5、平衡气压至常压30min，用差量法称量IEM(1.165g)，用 注射器注入反应器中，用100μL的微量进样器吸取DBTDL(100μ L)滴入反应器中，常温搅拌15h以上。

6、将产物转移至100ml烧瓶，用正丙醇将反应瓶中的产物溶 出来，转移至产物瓶中，5μm滤膜抽滤，旋蒸除去溶剂后转入试 剂瓶密封冷暗处备用。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上公开了一种硅水凝胶材料的制备 方法，它包括以下步骤：

量取质量百分比41.7％的实施例1中的聚二甲基硅氧烷大单体 交联剂，质量百分比22.6％的N’N-二甲基丙烯酰胺(DMA)，质量百 分比15.9％的甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris)，质 量百分比1.0％的Darocur 1173，溶解于质量百分比18.8％的正丙醇稀 释剂中，磁力搅拌20分钟，超声消泡10分钟得到聚合溶液备用。 用移液枪吸取5ml聚合溶液滴入具有5*5*0.2cm内槽的聚四氟乙 烯模具中，滴满后在模具上盖上一个6*6*0.2cm的玻璃板，整体置 于紫外光下，聚合40min。掀开玻璃板，从模具中脱下聚合好的固态凝胶用乙醇冲洗10～20min后，置于生理盐水中，得到完整透明 的硅水凝胶材料。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上公开了一种硅水凝胶角膜接触镜 的制备方法，它包括以下步骤：

量取质量百分比41.7％的实施例1中的聚二甲基硅氧烷大单体 交联剂，质量百分比22.6％的N’N-二甲基丙烯酰胺(DMA)，质量百分 比15.9％的甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris)，质量 百分比1.0％的Darocur 1173，溶解于质量百分比18.8％的正丙醇稀释 剂中，磁力搅拌20分钟，超声消泡10分钟得到聚合溶液备用。用 移液枪吸取20μL聚合溶液滴入聚丙烯隐形眼镜模具阴模中，滴满 后在模具上盖上阳模，整体置于紫外光下，聚合30min。反应后打 开模具，镜片将贴合在模具的表面，将模具四周多余的产物除去，直接将贴有镜片的模具浸泡在异丙醇中30min(每片镜片15mL)，待 镜片自行脱落。随后将镜片置于去离子水(每片镜片15mL)中浸泡 30min，两次。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上公开了一种硅水凝胶隐形眼镜的 表面亲水改性方法，其具体包括以下过程：

对本发明所合成的聚硅氧烷大单体交联×剂和高氧气透过率水 凝胶敷料进行了详细的性能表征，具体表征方式如下：

1、PAA溶液制备：PAA溶于正丙醇中，配制重量比为 0.36％-0.44％的PAA正丙醇溶液，搅拌过夜。然后用甲酸调节pH至 1.7-2.3，搅拌4小时，使PAA链完全伸展，最后用10μm滤膜真 空过滤。

2、PAA涂层：将镜片放在PAA溶液中浸泡5min以上。然后 取出镜片浸于正丙醇/水(1:1)溶液中5min，最后取出镜片浸于水中 30min洗去残余甲酸和水凝胶表面吸附的PAA。

3、制备PBS缓冲液：NaCl(重量比0.75％)，NaH₂PO₄.H₂O (0.0536％),Na₂HPO₄.2H₂O(0.3576％)，DI Water(97.59％)和0.2％ PAE(polycup 3160)搅拌均匀。

4、涂覆溶液制备：在PBS缓冲液中，加入(0.075-0.19)％PAE和 (0.05-0.09)％的P(AAm-co-AA)进行改性，调节pH至7.2-7.4之间， 在60℃下加热6h(开环)。用0.22um的滤膜真空抽虑。

5、top-layer形成：经PAA-coating后的镜片放入聚丙烯材质的 眼镜包装盒中。盒中移入0.6mL涂敷溶液。盒子使用金属箔片密封 后用121℃高压水蒸汽处理30min，使得在眼镜表面形成top-layer 亲水性涂层。

对本发明所合成的高氧气透过率水凝胶敷料进行了详细的性能 表征，具体表征方式如下：

含水量

采用称重法测量含水量，载玻片重量Q1，镜片与载玻片重量Q2， 50℃烘箱内干燥24h后，毛重G3。含水量＝(Q2-G3)/(Q2-Q1)。测试 结果见表1。

接触角

采用接触角测试仪测试材料的水接触角，用夹板将角膜接触镜样 品夹住进行测量。测试结果见表1。

采用国标(GBT 11417.3-2012)极谱法测量样品的透氧值。测试 结果见表1：

表1测试结果(样品1～10为实例4中制备的隐形眼镜镜片)

从表中可以看出：本发明样品的角膜接触镜相比已经市售的硅 水凝胶隐形眼镜具有较低的含水量，更高的透氧值以及优秀的水接 触角。

以上内容仅仅是对本发明构思所作的举例和说明，所属本技术 领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或 采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求 书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：该角膜接触镜由高透氧率硅水凝胶材料制成；所述高透氧率硅水凝胶材料按照质量分数，包括以下组分光聚合反应而成：

所述聚二甲基硅氧烷大单体交联剂采用亲水段改性、双键封端的聚二甲基硅氧烷大单体交联剂，其分子式如下：

其中，m的取值范围为10～20之间的整数，n的取值范围为20～30之间的整数。

2.根据权利要求1所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述亲水段改性、双键封端的聚二甲基硅氧烷大单体交联剂的制备方法包括以下过程：由羟基封端的聚二甲硅氧烷和双异氰酸酯基化合物在催化剂的作用下在20℃～80℃温度区间内反应，随后在链段两端接上具有不同分子量的羟基封端的聚二甲硅氧烷，最后再与带有甲基丙烯酸端基的异氰酸酯反应，进行双键封端。

3.根据权利要求2所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述羟基封端的聚二甲硅氧烷为Tech-2120、KF-6001 (Mn＝2000)、KF-6002(Mn＝3000)中的任意一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求2所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述的双键封端剂为甲基丙烯酸异氰基乙酯或异氰酸酯丙烯酸乙酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述亲水性单体为甲基丙烯酸羟乙酯、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述小分子硅氧烷单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷(Tris)、N-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基丙基甲硅烷氧基)-甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺、N-[三(二甲基苯基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基]-(甲基)丙烯酰胺中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种高氧气透过率角膜接触镜，其特征在于：所述光引发剂为二乙氧基苯丙酮、Darocur 1173、Darocur2959中的一种；所述稀释剂为甲醇、异丙醇、正丙醇中的一种或两种以上的混合物。

8.一种基于权利要求1-7任一项的高氧气透过率角膜接触镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照质量分数分别将聚二甲基硅氧烷大单体交联剂、亲水性单体、小分子硅氧烷单体、光引发剂、稀释剂混合均匀，注入角膜接触镜模具中，光引发聚合，然后脱模，异丙醇和去离子水萃取除去镜片中未聚合的单体和低聚物，浸入生理盐水中平衡，从而制得高氧气透过率角膜接触镜。

9.根据权利要求8所述的一种高氧气透过率角膜接触镜的制备方法，其特征在于：所述高氧气透过率角膜接触镜还可以进行表面亲水改性；具体表面亲水改性方法包括以下步骤：

S1、将高氧气透过率角膜接触镜浸泡于溶有聚丙烯酸的醇溶液中，组装表面亲水涂层；

S2、将镜片置于水溶液中洗去为涂层聚合物，并将聚合物锁定在镜片表面；

S3、将镜片置于分散具有PAE-P(AAm-co-AA)共价连接亲水聚合物的生理缓冲溶液中，在高压反应器中进行静电亲水涂层自组装以及镜片消毒。

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