DE102018127812B4

DE102018127812B4 - Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018127812B4
Application number: DE102018127812.8A
Authority: DE
Inventors: Mohammed Es-Souni
Original assignee: Fachhochschule Kiel
Current assignee: Fachhochschule Kiel
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: DE102018127812A1; WO2020094185A1; EP3877787A1

Abstract

Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung,dadurch gekennzeichnet, dassdie Oberfläche einen Kontaktwinkel bezogen auf Wasser oder wässrige Lösungen als Flüssigkeit von kleiner oder gleich 30° aufweist und der Kontaktwinkel bezogen auf eine Fläche von mehr als 50 × 50 µmrichtungsunabhängig ist unddie Oberflächenbeschichtung an der Oberfläche eine periodische, wellenartige Topographie mit einer Wellenlänge (W)- zwischen 70 und 200 nm oder- zwischen 80 und 180 nm oder- zwischen 80 und 160 nm und eine Amplitude (A)- zwischen 5 und 20 nm oder- zwischen 6 und 18 nm oder- zwischen 7 und 16 nm aufweist,wobei die Domänengrößen der Bereiche gleicher Orientierung eine Größe von 5 × 5 µmbis zu 50 × 50 µmaufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung zur Verbesserung der Hydrophilie der Oberfläche, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung.
Beschichtungen für Hydrogel (nicht RGP) - Kontaktlinsen zwecks Verbesserung der Hydrophilie sind aus den folgenden Schriften bekannt.
Die DE 602 19 318 T2 beschreibt eine hydophile Beschichtung für Hydrogel-Kontaktlinsen, die u.a. via Photopolymerisation erzeugt wird, die AFM (atomic/scanning force microscope)-Bilder zeigen nicht periodische mittlere Peak-Rauigkeiten der resultierenden Schicht.
Bei der DE 601 15 218 T2 führt mehrfach Beschichtung von Hydrogel-Silicon-Kontaktlinsen zur Erzeugung einer nicht periodischen Topographie.
Die US 6, 213, 604 B1 erzielt eine verbesserte Hydrophilie der Oberfläche von Silikon-Hydrogel-Kontaktlinsen durch Beschichtung über die Erzeugung von nicht periodischen Rauigkeiten mittels Plasma-Oxidation.
Die US 2016/0097939 A1 hat „wurmartige“ Nano-Texturen auf Hydrogel-Kontaktlinsen zwecks verbesserter Hydrophilie der Oberfläche zum Inhalt.
Für harte RGP-Kontaktlinsen sind die folgenden Oberflächenmodifikationen und Beschichtungen zur Verbesserung der Hydrophilie bekannt.
Die US 2016/0320635 A1 beansprucht eine Kontaktlinse mit kovalent angebundener Hydrogelschicht einheitlicher Dicke, welche aus zwei Sorten von stark verzweigten Makromeren über nukleophile Addition erzeugt wird.
Aus der US 2006 / 0142410 A1 offenbart ein sicheres Okularlinsenmaterial mit hoher Sauerstoffdurchlässigkeit, ausgezeichneter Oberflächenbenetzbarkeit, der ausgezeichneten Gleitfähigkeit/Einfachschmiereigenschaft der Oberfläche, wenig Oberflächenkleber und überlegener Flexibilität und Spannungsrelaxation, außerdem unterdrückt sie die Elution eines Monomers aus dem Endprodukt, wobei sich dies bezieht auf ein Okularlinsenmaterial, das mindestens eine Art einer Verbindung (A) mit einer ethylenisch ungesättigten Gruppe und einer Polydimethylsiloxanstruktur durch eine Urethanbindung und mindestens eine Art eines Pyrrolidonderivats (B) umfasst, bei dem eine polymerisierbare Gruppe eine Methylengruppe ist.
Die DE 602 23 589 T2 beansprucht durch photoinduzierte Pfropfpolymerisation erzeugte hydrophile Oberflächen auch auf harten Kontaktlinsen. Die Dicken der Schichten werden dabei als homogen ausgelobt, es gibt keinen Hinweis auf eine periodische Struktur an der Oberfläche.
Die EP 2 458 427 B1 beschreibt eine Kontaktlinse mit periodischer, wellenartiger Struktur, wobei die Struktur durch Ablation mittels Puls-Laser erzeugt wird. Die resultierende Topographie, welche Dimensionen von bis zu 20µm hat, führt zu einer nur schwach hydrophilen eher hydrophoben Oberfläche mit stark richtungsabhängigen Kontaktwinkel zwischen 30° und 125°.
Zur Verhinderung des Aufwachsens von Epithelial Zellen und Antimikrobiotika auf Kontaktlinsen schlägt die US 7,083,646 B2 vor, die Kontaktlinsen mit Polymeren zu beschichten, welche funktionelle Gruppen, wie Carboxy- oder Hydroxy-Gruppen, Anhydride oder Epoxide enthalten.
Die EP 1 346 021 B1 schlägt ein Verfahren zum Hemmen der Fähigkeit einer ophthalmischen Linse zum Sorbieren von kationischen Antimikrobiotika vor, welches die Behandlung der Oberfläche der Linse mit einem kationischen Polysaccharid vorsieht.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die dauerhaft und richtungsunabhängig eine Hydrophilie mit einem Kontaktwinkel von ≤ 30° aufweist.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die das Anwachsen von Bakterien vermindern kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberfläche einen Kontaktwinkel bezogen auf Wasser oder wässrige Lösungen als Flüssigkeit von kleiner oder gleich 30° aufweist und der Kontaktwinkel bezogen auf eine Fläche von mehr als 50 × 50 µm² richtungsunabhängig ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere gelöst durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung an der Oberfläche eine periodische, wellenartige Topographie mit einer Wellenlänge (W) zwischen 70 und 200 nm, bevorzugt zwischen 80 und 180 nm, besonders bevorzugt zwischen 80 und 160 nm und eine Amplitude (A) zwischen 5 und 20 nm, bevorzugt zwischen 6 und 18 nm, besonders bevorzugt zwischen 7 und 16 nm aufweist und wobei die Domänengrößen der Bereiche gleicher Orientierung eine Größe von 5 × 5 µm² bis zu 50 × 50 µm² haben.
In einer Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei der Kontaktwinkel bei Kontakt mit wässrigen Medien über einen Zeitraum von 14 Tagen kleiner oder gleich 30° bleibt, gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei die Oberflächenbeschichtung zu einer Verminderung des Anwachsens von Bakterien auf der Oberfläche führt, gelöst.
In einer Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung gelöst, wobei es sich bei der Oberflächenbeschichtung um eine kovalent angebundene Schicht handelt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei es sich bei der Oberflächenbeschichtung um eine Schicht enthaltend Poly- und Oligomere von Acrylamiden und/oder Acrylaten und/oder Methacrylaten handelt.
In einer besonderen Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei es sich bei der Oberflächenbeschichtung um eine Schicht enthaltend Poly- und Oligomere von zwitterionischen Acrylamiden und/oder Acrylaten und/oder Methacrylaten handelt.
In einer Ausführungsform wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei es sich bei der Kontaktlinse um eine RGP-Kontaktlinse handelt.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung umfassend die Schritte:

I. Vorbehandeln einer unbeschichteten Kontaktlinse mittels einer Sauerstoff-Plasmabehandlung;
II. Silanisieren der vorbehandelten Oberfläche;
III. Trocknen der mit dem Silan-Primer behandelten Kontaktlinse;
IV. Aufbringen des Photopolymerisations-Initiators für die spätere Polymerisation;
V. Aufbringen des gelösten Monomers;
VI. Abdecken der Lösung;
VII. Belichten der Lösung für 40 bis 90 Sekunden;
VIII. Abschalten der Lichtquelle und Ruhenlassen der Lösung für 2 Minuten;
IX. 2 bis 4 malige Wiederholung des Belichtungsschrittes VII und des Schrittes VIII und
X. Spülen der Oberflächenbeschichteten Kontaktlinse.

Wobei der Schritt II, die Silanisierung vorzugsweise in der Dampfphase erfolgen kann, besonders bevorzugt sind hierbei Temperaturen zwischen 40°C und 55°C.
Unter Silanisieren bzw. Silanisierung (Schritt II) wird dabei die Anbindung einer Silanverbindung der allgemeinen Formel R_mSiX_n mit m+n=4 verstanden. Wobei X eine hydrolysierbare Gruppe darstellt, welche z.B. mit OH-Gruppen an der vorbehandelten Oberfläche der Kontaktlinse in einer Kondensationsreaktion eine Verbindung bilden kann. Bevorzugt handelt es sich bei X um eine Alkoxygruppe, Chlorid und/oder Bromid, wobei die Alkoxygruppe besonders bevorzugt Methoxy-, Ethoxy- und/oder Propoxy ist. Der organischen Rest R besteht aus einer verzweigten oder nicht verzweigten Alkylkette und trägt eine Gruppe, welche die spätere kovalente Anbindung der Monomere/Oligomere ermöglicht. Bevorzugt handelt es sich bei der Gruppe um eine Acryl- oder Methacryl-Gruppe.
Schritt III kann unter vermindertem Druck und bei Temperaturen zwischen 20 und 45°C erfolgen.
Polymerisations-Initiatoren, die durch Einstrahlung von Licht aktivierbar sind, sind dem Fachmann als Photopolymerisations-Initiatoren bekannt.
Es ist dem Fachmann ebenfalls bekannt, dass einige Photopolymerisations-Initiatoren, insbesondere solche vom sogenannten Typ 2 (z.B. Benzophenon), den Einsatz von CoInitiatoren, wie Amine oder Alkohole insbesondere z.B. Triethylamin, iso-Propanol und Ethanol, welche durch Wasserstoffübertragung die Radikalbildung auslösen, erfordern.
Bevorzugt sind die Photopolymerisations-Initiatoren ausgewählt aus der Gruppe der Acetophenone, Benzoine, Bezilderivate, Benzophenone, Chinone, Thoiaxanthone und/oder Salze.
Die Photopolymerisationsinitiatoren können dabei ausgewählt sein aus der Gruppe: 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenon, 4'-tert-Butyl-2',6'-dimethylacetophenon, 2,2-Diethoxyacetophenon, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon, Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphineoxide/2-hydroxy-2-methylpropiophenon, 4'-Ethoxyacetophenon, 3'-Hydroxyacetophenon, 4'-Hydroxyacetophenon, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenon, 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon, 2-Methyl-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon, 4'-Phenoxyacetophenon, Benzoin, Benzoinethylether, Benzoinmethylether, 4,4'-Dimethoxybenzoin, 4,4'-Dimethylbenzil, Benzophenon, Benzophenone-3,3',4,4'-tetracarboxyl-dianhydrid, 4-Benzoylbiphenyl, 4,4'-Bis(diethylamino)benzophenon, 4,4'-Bis[2-(1-propenyl)phenoxy]benzophenon, 4-(Diethylamino)benzophenon, 4,4'-Dihydroxybenzophenon, 4-(Dimethylamino)benzophenon, 3,4-Dimethylbenzophenon, 3-Hydroxybenzophenon, 4-Hydroxybenzophenon, 2-Methylbenzophenon, 3-Methylbenzophenon, 4-Methylbenzophenon, Methyl benzoylformat, Michler's Keton, Bis(4-tert-butylphenyl)iodonium perfluoro-1-butanesulfonat, Bis(4-tert-butylphenyl)iodonium p-toluenesulfonat, Bis(4-tert-butylphenyl)iodoniumtriflate, Bocmethoxyphenyldiphenylsulfoniumtriflate, (tert-Butoxycarbonylmethoxynaphthyl)-diphenylsulfonium triflat, (4-tert-Butylphenyl)diphenylsulfoniumtriflat, Diphenyliodoniumhexafluorophosphat, Diphenyliodoniumnitrat, Diphenyliodoniumperfluoro-1-butanesulfonat, Diphenyliodonium p-toluenesulfonat, Diphenyliodoniumtriflat, (4-Fluorophenyl)diphenylsulfoniumtriflat, N-Hydroxynaphthalimidetriflat, N-Hydroxy-5-norbornen-2,3-dicarboximidperfluoro-1-butanesulfonat, (4-lodophenyl)diphenylsulfoniumtriflat, (4-Methoxyphenyl)diphenylsulfoniumtriflat, 2-(4-Methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1 ,3,5-triazin, (4-Methylphenyl)diphenylsulfoniumtriflat, (4-Methylthiophenyl)methylphenylsulfoniumtriflat, 1-Naphthyl diphenylsulfoniumtriflat, (4-Phenoxyphenyl)diphenylsulfoniumtriflat, (4-Phenylthiophenyl)diphenylsulfoniumtriflat, Triarylsulfoniumhexafluoroantimonat, Triphenylsulfoniumperfluoro-1-butanesufonat,Triphenylsulfoniumtriflat, Tris(4-tert-butylphenyl)sulfonium perfluoro-1-butanesulfonat, Tris(4-tert-butylphenyl)sulfonium triflat, Anthraquinon-2-sulfonsäure Natriumsalz monohydrat, 2-tert-Butylanthraquinon, Campherchinon, Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphineoxid, 9,10-Phenanthrenechinon, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphineoxid, 1-Chloro-4-propoxy-9H-thioxanthen-9-on, 2-Chlorothioxanthen-9-on, 2,4-Diethyl-9H-thioxanthen-9-on, Isopropyl-9H-thioxanthen-9-on, 10-Methylphenothiazin, Thioxanthen-9-on.
Prinzipiell müssen der Photoinitiator und die Wellenlänge der zur Polymerisation genutzten Lichtquelle aufeinander abgestimmt sein, wobei diese Informationen dem Fachmann vorliegen.
Die Schritte IV. Aufbringen des Photopolymerisations-Initiators und V. Aufbringen des gelösten Monomers können separat erfolgen (dann zuerst Schritt IV. dann V.) oder auch gemeinsam indem beide Lösungen kurz vorher miteinander vermengt werden.
Als Monomere werden solche eingesetzt, die sich zu hydrophilen Polymeren umsetzen lassen, diese Informationen sind dem Fachmann ebenfalls allgemein bekannt.
Bevorzugt sind die Monomere ausgewählt aus der Gruppe der Acrylate, Methacrylate und/oder Acrylamide. In einer besonderen Ausführung können die Monomere ausgewählt aus der Gruppe der zwitterionischen Acrylate, Methacrylate und/oder Acrylamide sein.
Wobei auch Mischungen der Monomere zum Einsatz kommen können.
Besonders bevorzugt sind die Monomere ausgewählt aus der Gruppe Acrylamid (AM), Hydroxypropyl-methacrylamid (HPMAA), Diethylenglycol-methyl-ether-methacrylat (DEGMA), Diethylenglycol-ethyl-ether-methacrylat (DEGMA-EE), Triethylenglycol-methyl-ether-methacrylat (TEGMA), Triethylenglycol-ethyl-ether-methacrylat (TEGMA-EE), Oligo-ethylenglycol-methyl-ether-methacrylat (OEGMA), Oligo-ethylenglycol-ethyl-ether-methacrylat (OEGMA-EE), Poly-ethylenglycol-methacrylat (PEGMA), Poly-ethylenglycol-methyl-ether-methacrylat (PEGMA-ME), Poly-ethylenglycol-methyl-ether-methacrylat (PEGMA-EE), Ethylenglycol-methyl-ether-styrol (SPEG-ME), Ethylenglycol-ethyl-ether-styrol (SPEG-EE), Hydroxyethyl-methacrylat (HEMA), Hydroxypropyl-methacrylat (HPMA), Sulfobetain-methacrylat (SBMA), Sulfobetain-acrylat (SBA), Carboxybetain-methacrylat (CBMA), Carboxybetain-acrylat (CBA), Cystein-Methacrylat Monomer (CysMA), Cystein-acrylat Monomer (CysA), N-(2-methacryloyloxy)ethyl-N,N-dimethylammoniopropanesulfonat (SPE), N-(2-acryloyloxy)ethyl-N,N-dimethylammoniopropanesulfonat, N-(3-methacryloylimino)propyl-N,N-dimethylammoniopropansulfonat (SPP), N-(3-acryloylimino)propyl-N,N-dimethylammoniopropansulfonat (SPP), 2-(methacryloyloxy)ethylphosphatidylcholin (MPC), 2-(acryloyloxy)ethylphosphatidylcholin (APC), 3-(2'-vinyl-pyridinio)propansulfonat (SPV), N,N-Diethyl-N-methacryloylethyl-N-(3-sulfopropyl)ammonium-Betain (SPEE), N,N-Diethyl-N-acryloylethyl-N-(3-sulfopropyl)ammonium-Betain, N,N-Dimethyl-N-methacryloyloxyethyl-N-(2-sulfoethyl)ammonium Betain (SEE), N,N-Dimethyl-N-acryloyloxyethyl-N-(2-sulfoethyl)ammonium Betain (SEE), N,N-Di-n-butyl-N-methacryloylethyl-N-(3-sulfopropyl)ammonium Betain (SPEB), N,N-Di-n-butyl-N-acryloylethyl-N-(3-sulfopropyl)ammonium Betain, N,N-Di-n-butylaminoethylmethacrylat (DBAEMA), N,N-Di-n-butylaminoethylacrylat (DBAEA), N,N-Dimethyl-N-methacryloyloxyethyl-N-(4-sulfobutyl)ammonium Betain (SBE), N,N-Dimethyl-N-acryloyloxyethyl-N-(4-sulfobutyl)ammonium Betain.
Das Abdecken der Lösung Schritt VI kann einfach mit einem Deckglas erfolgen.
Zur Durchführung der Photopolymerisation Schritt VII können je nach Wellenlängenwirkbereich des Photopolymerisation-Initiators Weißlichtstrahler bzw. Strahler im gesamt sichtbaren Bereich eingesetzt werden.
Der verwendete Photopolymerisations-Initiator muss dabei auf die Wellenlänge des zur Bestrahlung verwendeten Lichts abgestimmt sein.
Überraschenderweise zeigte sich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kontaktlinsen mit einer Oberflächenbeschichtung erzeugt werden können, die über eine dauerhafte Hydrophilie an der Oberfläche verfügen, wenn nach dem Schritt VII des Belichtens eine „Ruhephase“ Schritt VIII eingeführt wird und wenn daran anschließend das Belichten (Schritt VII) und das Ruhen (Schritt VIII) noch zwei- bis viermal wiederholt werden, so dass der Schritt VII (das Belichten) 3 bis 5 mal durchgeführt wird.
Die zeigt die mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) (Gerät: nanowizard 3, JPK Instruments, Berlin) erzeugte Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse (in diesem Fall RGP-Kontaktlinse) mit Oberflächenbeschichtung, nach Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Als Monomer wurde Acrylamid verwendet. Der Belichtungsschritt VII wurde 5 mal durchgeführt. zeigt die Aufnahme bei höherer Vergrößerung.
Es zeigt sich an der Oberfläche eine periodische, wellenartige Topographie mit einer Wellenlänge (W) zwischen 70 und 200 nm, bevorzugt zwischen 80 und 180 nm, besonders bevorzugt zwischen 80 und 160 nm und einer Amplitude (A) zwischen 5 und 20 nm, bevorzugt zwischen 6 und 18 nm, besonders bevorzugt zwischen 7 und 16 nm wobei die Domänengrößen der Bereiche gleicher Orientierung eine Größe von 5 × 5 µm² bis zu 50 × 50 µm² haben.
Zum Vergleich zeigt die gleiche RGP-Kontaktlinse nach der Sauerstoff-Plasmabehandlung (Schritt I). zeigt die AFM-Aufnahme der RGP-Kontaktlinse nach einmaligem Belichten (Schritt VII).
Es sind auf und keine periodischen oder wellenförmigen Topographien zu sehen. Die erfindungsgemäße Topographie bildet sich in dieser Konstellation erst nach 5 maliger Beleuchtung.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Bestimmung des Kontaktwinkels (Gerät: OCA20 Kontaktwinkel Mikroskop, Data Physics Instruments GmbH, Germany) für 5 erfindungsgemäße RGP-Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung. Die Proben wurden sowohl offen in der Raumluft als auch im wässrige Medium, in diesem Fall physiologischer Kochsalzlösung (0,9% NaCl) gelagert. Die Kontaktwinkel wurden jeweils an drei verschiedenen Stellen an der Oberfläche bestimmt. Der mittlere Messfehler des Kontaktwinkelmikroskop liegt bei ±0,5°. Als Monomer wurde Acrylamid (AA) verwendet. Die letzte Spalte zeigt die Messergebnisse, die nach 14 Tagen erzielt wurden. Dabei zeigte sich bei den Proben, die offen an der Luft, also nicht in wässrigen Medien gelagert wurden, eine reversible Verschiebung des Kontaktwinkels bis auf Werte von bis zu 40°, welche aber durch Inkontaktbringen und kurze Lagerung in physiologischer Kochsalzlösung wieder auf Werte von unter 30° eingestellt werden konnte. Es ist zu erkennen, dass auch nach 14 Tagen keine Entnetzungsvorgänge auftraten.
Die Kontaktwinkel liegen unter 30°, und halten diesen Wert auch bei Kontakt mit wässrigen Medien für mindestens 14 Tage. Dieses entspricht einer hinreichend hydrophilen Oberfläche unter üblichen Einsatzbedingungen.

Es ist ebenfalls zu erkennen, dass die Hydrophilie der Oberfläche bei den erfindungsgemäßen Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung unabhängig von der Richtung ist. Tabelle 1: Kontaktwinkelmessungen an erfindungsgemäßen Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung

Proben-Nr.	KW /° Kontaktwinkel Wasser, an drei Stellen gemessen	KW /° nach 14 Tagen
1	17/22/23	22/17/19
2	14/15/13	21/17/21
3	25/22/25	18/17/17
4	6/16/10	17/11/20
5	13/10/18	24/29/16

Die erfindungsgemäßen Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung zeigen ebenfalls eine Verminderung des Anwachsens von Bakterien und Zellen.
Zur Verdeutlichung ist in die Lichtmikroskop-Aufnahme ( Gerät: Olympus, Provis) einer Thermanox -Oberfläche zu sehen, welcher eine Bakteriensuspension von Lactobacillus Reuteri Prodentis zugesetzt wurde. Zu diesem Zweck wurden die Bakterien zunächst 3 Tage auf Blutagar bei 38°C mit 5% CO₂ kultiviert. Anschließend wurden 3 Kolonien von der Blutagar-Platte in 5ml CASO (kommerziell erhältliches Nährmedium für Bakterien) suspendiert. Die Proben wurden dann in einer 5000-fachen Verdünnung der Suspension 24h bei 38°C und 5% CO₂ inkubiert. Es ist deutlich die perlenschnurartige Morphologie der Bakterien zu erkennen. zeigt die Oberfläche einer nicht erfindungsgemäßen RGP-Kontaktlinse nach der Plasmabehandlung (Schritt I). Die Anzahl der Bakterienkolonien ist im Vergleich zur Thermanox-Oberfläche geringer, es sind aber Bakterienkolonien zu sehen. zeigt die Oberfläche einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung. Es sind keine Kulturen von Lactobacillus Reuteri Prodentis angewachsen, was einen erheblichen Vorteil darstellt.
Zur Demonstration der Verminderung des Anwachsens von Zellkulturen auf den erfindungsgemäßen Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung wurde folgendes Experiment mit adhärenten Fibroblasten als Zellkulturen durchgeführt. Primäre humane Fibroblasten, gewonnen aus Geweberesten von extrahierten Weisheitszähnen, wurden in Minimum Essential Medium (alpha Modifikation, Sigma; alpha-MEM) supplementiert mit 10% Kälberserum (Biochrom) in ausreichender Anzahl gezüchtet (38°C, 95% Luftfeuchte und 5% CO₂). Für den Adhäsionsversuch wurden die zu testenden Proben in 6-well Gewebekulturplatten vorgelegt und mit je 2ml Zellsuspension à 2×10⁵ Zellen bedeckt. Nach einer 24-stündigen Inkubation unter den oben genannten Bedingungen wurden die Proben in frischem alpha-MEM 5x gespült um nicht adhärente Zellen zu entfernen. Die so behandelten Proben wurden anschließend mit einem inversen Phasenkontrastmikroskop (Biostar, Reichert-Jung) auf Zellbewuchs untersucht.
zeigt die Oberfläche der Thermanox-Probe. Es sind deutlich die angewachsenen Fibroblasten zu erkennen. zeigt die Oberfläche einer RGP-Kontaktlinse nach der Plasmabehandlung (Schritt I), es sind ebenfalls deutlich die Fibroblasten zu erkennen.
In ist die Oberfläche einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung. Es zeigen sich keine Fibroblasten mit ihrer typischen Morphologie.
Es kann somit gezeigt werden, dass die Adhäsion von Bakterien und Zellen auf den Kontaktlinsen durch die erfindungsgemäße Beschichtung vermindert wird.
Nachweis der toxikologischen Unbedenklichkeit der Proben:
Die toxikologische Unbedenklichkeit der erfindungsgemäßen Kontaktlinsen mit Oberflächenbeschichtung wurde entsprechend der DIN-EN-ISO 10993-5 nachgewiesen.
Das zytotoxische Potential der untersuchten Beschichtungen wurde mittels XTT im Sinne von DIN-EN-ISO 10993-5 mit primären humanen Gingivafibroblasten, sowie mit einer kommerziellen Zelllinie (HACAT, humane Keratinozyten) untersucht. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen zeigten keine Zytotxizität auf, die Überlebensraten lagen bei 95% +/- 2% in Bezug zur Negativkontrolle (Thermanox).
Details zur exemplarischen Herstellung der Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung:
Ziel: Herstellung von Kontaktlinsenoberflächen mit kontrollierbarer Benetzung zur Verbesserung des Tragekomforts und Minimierung von Inflammationsrisiken.
Prinzip: Hydrophile Monomere (Acrylate, Methacrylate, Acrylamide) werden an der Oberfläche mittels geeignetem Initiator und Lichtquelle photopolymerisiert. Der Initiator kann dem Monomeranteil beigemischt werden und dann als Mix aufgetragen werden oder er kann in einem ersten Schritt mit Hilfe von Crosslinkern an der Oberfläche verankert werden. Im zweiten Fall führt die Photopolymerisation mit Monoacrylaten zur Ausbildung von Oberflächenbürsten.
Monomere:

- Metacrylate
- Acrylate
- Acrylamide
- Sowie Mischungen der einzelnen Monomersorten

Initiatoren:
In Abhängigkeit von der Lichtquelle sollte ein geeigneter Initiator verwendet werden. In dieser Arbeit wurden Initiatoren vom Typ 2 verwendet (Benzophenon-Typ: Benzophenon, 4-Aminobenzophenon und PPD). Als Coinitiator diente iso-Propanol.
Lichtquelle:
Die Lichtquelle sollte dem Absorptionsmaximums des Initiators entsprechen. In der vorliegenden Arbeit wurde mit einem UV-LED Strahler (Opsytec, Serie SFL; 500mW/cm² bei einem Abstand von 10 mm vom Emissionsfenster) mit einer Emissionswellenlänge von 365 nm gearbeitet.
Oberflächenvorbehandlung:
Die Oberflächen werden aktiviert durch eine Sauerstoff-Plasmabehandlung (0,2mbar, 300W, 5sccm, 2Minuten).
Als Primer dient eine Methacryl-Silan-Schicht, welche über die Dampf-Phase (45°, 1h, + 5min RT zum Abkühlen) aufgebracht wird. Anschließend härtet die Probe 1h bei 45°C im Vakuum (-1bar) aus.
Polymerisation von Acrylamid:
Das Monomer liegt als 25%-ige (Gew/Vol) Lösung vor. 7,5µl einer 1% PPD-Lösung in iso-Propanol werden mit 250µl der Monomerlösung gemischt und anschließend auf die Probe aufgebracht. Um den störenden Sauerstoffeffekt zu minimieren wird die Probe mit einem Deckglas abgedeckt und anschließend 1-5 mal belichtet für jeweils 70 Sekunden. Die erfindungsgemäße Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung zeigt sich nach drei bis fünfmaliger Durchführung des Belichtungsschrittes.
Belichtungspausen von je 2 Minuten verhindern ein zu starkes Überhitzen der Kontaktlinsen. Nach erfolgter Polymerisation wird das Deckglas entfernt und die Probe gründlich mit Wasser gespült (Vortex 3x).
Polymerisation von Di - und Polyethylenglykol methyl ether methacrylat:
Das Methacrylat wird im Verhältnis 1:3 mit Wasser gemischt. 7,5µl PPD werden mit 3 ml des verdünnten Acrylats gemischt und auf die Probe gebracht. Auch hier wird die Oberfläche mit einem Deckglas vor Sauerstoff geschützt. Die anschließende Belichtung dauert zwischen 40 bis 90 Sekunden und wird gefolgt von einem gründlichen Reinigungsvorgang mit Wasser.
Crosslinken des Initiators an die Substratoberfläche:
In diesem Fall wird die Plasma-aktivierte Oberfläche mit einem Gemisch aus Methacrylsilan und APTMS in der Dampfphase behandelt. Die Silanschicht wird wie oben beschrieben ausgehärtet. Als Initiator wird 4-Benzoylbenzoic acid verwendet. Der Initiator wird in MES-Puffer (5mM; pH5.6) gelöst, mit EDC/NHS (je 2mg/ml) aktiviert. Anschließend werden die Proben in diese Lösung für ca. 15 Minuten bei Raumtemperatur behandelt und anschließend mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Nach diesem Schritt ist der Initiator an der Oberfläche gekoppelt. Sofort danach erfolgt die Photopolymerisation wie oben beschrieben.
Abkürzungen:

PPD:: 1-phenyl-1,2-propanedione
MES:: 2-Morpholinoethanesulfonic acid /Na salt
EDC:: 1-Ethyl-3-(3'-dimethylaminopropyl)carbodiimide · HCl
NHS :: 1-Hydroxy-2,5-pyrrolidinedione

: AFM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung, RGP-Linse, Monomer: Acrylamid, 5 mal belichtet.
: AFM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse mit Oberflächenbeschichtung, RGP-Linse, Monomer: Acrylamid, 5 mal belichtet, bei höherer Vergrößerung
: AFM-Aufnahme der RGP-Kontaktlinse nach der Sauerstoff-Plasmabehandlung (Schritt I) und vor der erfindungsgemäßen Beschichtung.
: AFM-Aufnahme der RGP-Kontaktlinse nach einmaligem Belichten (Schritt VII), Monomer: Acrylamid.
: Thermanox -Kontroll-Oberfläche mit den Kulturen: Lactobacillus Reuteri Prodentis
: Oberfläche einer RGP-Kontaktlinse nach der Plasmabehandlung (Schritt I) (nicht erfindungsgemäß) ebenfalls mit den Kulturen: Lactobacillus Reuteri Prodentis versetzt.
: Oberfläche einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse (RGP-Kontaktlinse) mit Oberflächenbeschichtung ebenfalls mit den Kulturen: Lactobacillus Reuteri Prodentis versetzt, diese konnten nicht anwachsen.
: Thermanox -Kontroll-Oberfläche mit adhärenten Fibroblasten
: Oberfläche einer RG-Kontaktlinse nach der Plasmabehandlung (Schritt I) (nicht erfindungsgemäß) ebenfalls mit adhärenten Fibroblasten
: Oberfläche einer erfindungsgemäßen Kontaktlinse (RGP-Kontaktlinse) mit Oberflächenbeschichtung ebenfalls mit Fibroblasten behandelt, diese konnten nicht anwachsen

Claims

Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche einen Kontaktwinkel bezogen auf Wasser oder wässrige Lösungen als Flüssigkeit von kleiner oder gleich 30° aufweist und der Kontaktwinkel bezogen auf eine Fläche von mehr als 50 × 50 µm² richtungsunabhängig ist und die Oberflächenbeschichtung an der Oberfläche eine periodische, wellenartige Topographie mit einer Wellenlänge (W) - zwischen 70 und 200 nm oder - zwischen 80 und 180 nm oder - zwischen 80 und 160 nm und eine Amplitude (A) - zwischen 5 und 20 nm oder - zwischen 6 und 18 nm oder - zwischen 7 und 16 nm aufweist, wobei die Domänengrößen der Bereiche gleicher Orientierung eine Größe von 5 × 5 µm² bis zu 50 × 50 µm² aufweisen.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel kleiner oder gleich 30° bei Kontakt mit wässrigen Medien über einen Zeitraum von 14 Tagen erhalten ist.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlinse durch die Oberflächenbeschichtung eine Verminderung des Anwachsens von Bakterien auf der Oberfläche aufweist.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine kovalent angebundene Schicht ist.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine Schicht enthaltend Poly- und Oligomere von Acrylamiden und/oder Acrylaten und/oder Methacrylaten ist.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine Schicht enthaltend Poly- und Oligomere von zwitterionischen Acrylamiden und/oder Acrylaten und/oder Methacrylaten ist.
Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlinse eine RGP-Kontaktlinse ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kontaktlinse mit einer Oberflächenbeschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend die Schritte: I. Vorbehandeln einer unbeschichteten Kontaktlinse mittels einer Sauerstoff-Plasmabehandlung; II. Silanisieren der vorbehandelten Oberfläche; III. Trocknen der mit dem Silan-Primer behandelten Kontaktlinse; IV. Aufbringen des Photopolymerisations-Initiators für die spätere Polymerisation; V. Aufbringen des gelösten Monomers; VI. Abdecken der Lösung; VII. Belichten der Lösung für 40 bis 90 Sekunden; VIII. Abschalten der Lichtquelle und Ruhenlassen der Lösung für 2 Minuten; IX. 2 bis 4 malige Wiederholung des Belichtungsschrittes VII und des Schrittes VIII und X. Spülen der Oberflächenbeschichteten Kontaktlinse.