DE69636460T2

DE69636460T2 - Plasmainduzierte polymere beschichtungen

Info

Publication number: DE69636460T2
Application number: DE69636460T
Authority: DE
Inventors: Dieter Lohmann; Peter Chabrecek; Jens Höpken
Original assignee: Novartis AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2016-12-03
Also published as: CA2238345A1; JP3926847B2; AU709598B2; ZA9610289B; ATE336307T1; JP2000503044A; DE69636460D1; AU1139997A; EP0865326B1; EP0865326A1; WO1997021497A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von beschichteten biomedizinischen Gegenständen, wobei die Beschichtung ein Polymer mit wünschenswerten Merkmalen in bezug auf Haftung an dem Substrat, Haltbarkeit, Benetzbarkeit, Bioverträglichkeit und Durchlässigkeit umfaßt. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Herstellung einer Kontaktlinse, einschließlich einer Langzeitkontaktlinse, die zumindest teilweise durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation von bestimmten polymerisierbaren Vinylverbindungen unter speziellen Plasmabedingungen beschichtet wird.
Die Bereitstellung einer Beschichtung auf einem Substrat kann im allgemeinen aus einer Vielzahl von Gründen, einschließlich Schutz des Substrats und Bereitstellung wünschenswerter Oberflächenmerkmale, welche das Substratmaterial nicht in dem erforderlichen Maße zeigt, wünschenswert sein. Bei biomedizinischen Vorrichtungen, wie ophthalmische Vorrichtungen, beispielsweise Kontaktlinsen, ist es wünschenswert, Oberflächen zu haben, die ohne weiteres durch eine wässerige Flüssigkeit, wie Tränenflüssigkeit benetzbar sind, und die eine wässerige flüssige Schicht behalten, welche für den Komfort des Trägers vorteilhaft ist. Die Gleitbewegung der Kontaktlinse wurde durch die Gegenwart einer kontinuierlichen Schicht aus Tränenflüssigkeit auf der Kontaktlinse erleichtert, eine Schicht, die die Gewebe/Linsen-Grenzfläche schmiert. Außerdem sind das Haftvermögen an Proteine, Lipide, Mineralien, Zellreste und andere Verschmutzungen oder Mikroorganismen, die Durchlässigkeits- und Stabilitätsmerkmale der Oberfläche der Kontaktlinse mit einer Beschichtung darauf von großer Wichtigkeit. Die Durchlässigkeit des Linsenmaterials für Gase, Wasser und Ionen, die speziell bei Langzeitkontaktlinsen erforderlich sind, darf vorzugsweise nicht durch die Beschichtung beeinträchtigt werden, welche bereitgestellt wird, um der Oberfläche Hydrophilie zu verleihen, und die Beschichtung sollte thermische, oxidative und hydrolytische Stabilität sowie Beständigkeit gegen die Bildung von Abscheidungen aus Tränenkomponenten und Aufspaltung, verursacht durch mechanische Beanspruchung, zeigen.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen an Verfahren zur Herstellung von polymeren Beschichtungen auf einem Substrat sind in der Technik offenbart worden. Beschichtungen können auf der Oberfläche eines Substrats durch irgendeines der klassischen Polymerisationsver fahren; einschließlich Massepolymerisation, Abscheidung von polymerisierendem Material aus der Dampfphase und Beschichten der Substratoberfläche mit einer Schicht eines polymerisierbaren Monomers und Polymerisieren des Monomers auf der Oberfläche des Substrats, hergestellt werden. Als Vertreter des Standes der Technik, der die Herstellung von Beschichtungen auf Substraten unter Verwendung der klassischen „Naßchemie" offenbart, sollte EP-A-632 329 genannt werden, das funktionalisierte Photoinitiatoren beschreibt, die an ein anorganisches oder organisches Substrat gebunden werden können. Eine Ausführungsform der Offenbarung bezieht sich auf eine Kontaktlinse, die eine dünne, äußere Polymerschicht auf der Schicht des Photoinitiators umfaßt, die durch das Auftragen einer dünnen Beschichtung an photopolymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Substanzen auf die Oberfläche des Substrats, welches Photoinitiatorgruppen trägt, und Polymerisation der Schicht aus ethylenisch ungesättigten Substanzen durch Bestrahlung erhältlich ist.
Mit diesen Verfahren unter Verwendung der klassischen „Naßchemie" ist es jedoch nicht immer möglich, die gewünschten Beschichtungseigenschaften zu erhalten, beispielsweise Beständigkeit gegen Aufspaltung, Stabilitäts- und Durchlässigkeitsmerkmale, die für die Oberfläche von biomedizinischen Vorrichtungen, einschließlich Kontaktlinsen, erforderlich sind.
Ein Verfahren zur Herstellung von polymeren Beschichtungen, insbesondere dünnen Beschichtungen auf einer Vielzahl von Substraten, das sich im wesentlichen von den chemischen Naßverfahren unterscheidet, ist die Polymerisation von polymerisierbaren ungesättigten oder gesättigten Verbindungen unter der Wirkung eines Plasmas, das durch elektrische Entladung erzeugt wurde. Die plasmainduzierte Polymerisation ist ein physikalisches Verfahren zum Modifizieren von Oberflächen durch Abscheidung eines Polymers auf der Oberfläche, wobei die Oberfläche im wesentlichen trocken ist und kein direkter Kontakt des Substrats mit der Lösung des zu beschichtenden Materials erfolgt. Der Ausdruck „Plasma" gibt ein ionisiertes Gas an, beispielsweise erzeugt durch elektrische Glimmentladung, die aus Elektronen, Ionen mit jeder Polarität, Gasatomen und Molekülen im Grundzustand oder jedem höheren Zustand mit jeglicher Anregungsform sowie Photonen bestehen kann. Es wird oftmals „Tieftemperaturplasma" genannt. Hinsichtlich eines Überblicks über die Plasmapolymerisation und ihre Verwendungen wird auf R. Hartmann „Plasmapolymerisation: Grundlagen, Technik und Anwendung, Jahrb. Oberflächentechnik (1993) 49, S. 283–296, Battelle-Inst. e.V. Frankfurt/Main Deutschland; H. Yasuda, „Glow Discharge Polymerization", Journal of Polymer Science: Macromolecular Reviews, Bd. 16 (1981), S. 199–293; H. Yasuda, „Plasmapolymerisation", Academic Press, Inc. (1985); Frank Jansen, „Plasma Deposition Processes", in „Plasma Deposited Thin Films", herausgegeben von T. Mort und F. Jansen, CRC Press Boca Raton (19); O. Auciello et al. (Hrsg.) "Plasma-Surface Interactions and Processing of Materials", veröffentlicht von Kluwer Academic Publishers in NATO ASI Series; Series E: Applied Sciences, Bd. 176 (1990), S. 377–399; und N. Dilsiz und G. Akovali „Plasmapolymerisation of Selected Organic Compounds", Polymer, Bd. 37 (1996) S. 333 bis 341 bezug genommen.
Für die Plasmapolymerisation zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Substrat, die ebenso „Plasmapfropfen", „Plasmaabscheidung" oder „Plasmabeschichtung" genannt werden kann, wird eingeeignetes organisches Monomer oder ein Gemisch aus Monomeren mit polymerisierbaren ungesättigten Gruppen in die Plasmazone des Reaktors eingeführt, wo es unter Bildung weiterer angeregter Spezies zusätzlich zu dem Komplexgemisch der aktivierten Plasmagase fragmentiert und/oder aktiviert wird. Die angeregten Spezies und Fragmente des Monomers vereinigen sich beim Kontakt mit dem Substrat in einer unbestimmten Weise zu einer weitgehend unbestimmten Struktur wieder, die eine komplexe Vielfalt unterschiedlicher Gruppen und chemischer Bindungen unter Bildung einer stark vernetzten Polymerabscheidung auf dem Substrat enthält. Wenn O₂, N₂ oder Sauerstoff- oder Stickstoff-enthaltende Moleküle vorliegen, wird entweder innerhalb des Plasmareaktors während des Plasmabeschichtungsverfahrens oder wenn das Plasma-beschichtete Substrat Sauerstoff oder Luft nach dem Plasmaverfahren ausgesetzt wird, die polymere Abscheidung eine Vielzahl von polaren Gruppen umfassen.
Bei dieser Technik, die im folgenden „Glühzonen"-Plasmapolymerisation genannt wird, kann sich das Substrat innerhalb der Plasmazone oder alternativ außerhalb (darunter) der Plasmazone befinden und das/die Monomer(e) sowie der Plasmagasstrom (beispielsweise H₂, He, Ar) werden in die Plasmazone eingeführt. In bezug auf die Herstellung von Beschichtungen auf Kontaktlinsen unter Verwendung der Glühzonenplasma-Polymerisation offenbart US-A-4,312,575 eine weiche Hornhautkontaktlinse, umfassend eine weiche, stark sauerstoffdurchlässige, polymere Linse, auf deren Oberfläche eine ultradünne, optisch klare, undurchlässige Sperrbeschichtung gebildet wurde, die leicht vernetzt ist und das Reaktionsprodukt umfaßt, das aus einem elektrischen Glimmentladungs-Polymerisationsverfahren resultiert. JP-A-62/031803 offenbart die Plasmapolymerisation eines Gemisches aus Sauerstoff und einem gesättigten Kohlenwasserstoff zur Bildung eines dünnen Films auf der Oberfläche von optischen Teilen, beispielsweise Kontaktlinsen. US-A-4,783,374 offenbart eine ophthalmische Linse mit einer abriebbeständigen, transparenten Beschichtung, die ein durch plasmaunterstützte, chemische Aufdampfung abgeschiedenes Alken-Silan-Plasmareaktionsprodukt einer Silan-, einer Alken- und einer Sauerstoffquelle umfaßt. JP-A-60/163901 offenbart die Plasmapolymerisation von Gemischen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff zur Bildung dünner, hydrophiler Filme auf Kontaktlinsen. Die Plasmaabscheidung einer ultradünnen Schicht eines Polymers von Acetylen-H₂O-N₂ auf Poly(methylmethacrylat)-Kontaktlinsen wird von H. Yasuda et al. in J. Biomed. Mater. Res. (1975), S. 629–643 offenbart. EP-A-152 256 offenbart ein optisches Produkt mit einem dünnen Film auf seiner Oberfläche, das durch das Unterziehen eines Mischgases aus Sauerstoff und einer Kohlenwasserstoffverbindung mit einer Doppelbindung der Plasmapolymerisation erhalten wird. US-A-5,260,093, US-A-5,326,584, WO-A-94/11118 und US-A-5,080,924 offenbaren ein Verfahren der dauerhaften Modifizierung der Oberfläche eines Substratmaterials, wie eine intraokulare Linse, um so eine mikroskopisch glatte, biokompatible Oberfläche darauf durch kovalentes Pfropfen eines biokompatiblen polymeren Materials auf die Oberfläche des Substrats durch Radiofrequenzplasma-induziertes Pfropfen zu entwickeln. JP-A-06/289332 offenbart eine Kontaktlinse, deren Oberfläche eine hydrophile, hydrophobe Mikrodomänenstruktur aufweist. Die hydrophile Eigenschaft wird durch hydrophile Oberflächenbehandlung erhalten, umfassend Plasmabehandlung, wobei die Konvergenz der Plasmateilchen durch die Bildung einer Maske um die Oberfläche der Kontaktlinse bewirkt wird. JP-A-58/216222 offenbart die Herstellung von Kontaktlinsen mit ausgezeichneter Transparenz und Hydrophilie durch Tieftemperaturplasmabehandeln von Siliciumharzlinsen und dann Tieftemperaturplasmapolymerisieren von N-Vinylpyrrolidon. Die Plasmapolymerisation von N-Vinylpyrrolidon als eine Technik der Benetzbarkeitsbehandlung von Siliciumkautschukkontaktlinsen wird von M. Kuriaki et al. in Kobunshi Ronbunshu (1985), S. 841–847 beschrieben.
DD-A-277 466 und DD-A-298 268 offenbaren Verfahren zum Immobilisieren von biologisch aktiven Materialien dann an die, wobei eine Polymerschicht auf einem Feststoffträger durch Plasmapolymerisation abgeschieden wird und das biologisch aktive Material dann an der Polymerschicht haftet. Bei diesem Verfahren kann eine Maske auf dem Feststoffträger mit einer frei wählbaren Struktur bereitgestellt werden, wobei das Polymer nur auf den nicht-maskierten Teilen des Trägers abgeschieden wird.
Während polymere Beschichtungen, die durch Glühzonenplasma-Polymerisation hergestellt wurden, geeignete hydrophile Oberflächeneigenschaften aufweisen können, bestehen sie nicht aus Ketten mit regelmäßigen Wiederholungseinheiten, aber bilden gewöhnlich ein unregelmäßiges dreidimensionales vernetztes Netzwerk; siehe A.P. Ameen et al., Polymer, Bd. 35 (1994) S. 4382. Diese Beschichtungen besitzen keine sehr regelmäßige Anordnung von unveränderten Monomerresten, was im Hinblick auf die Durchlässigkeitseigenschaften wünschenswert ist, die bei Beschichtungen für biomedizinische Vorrichtungen wie Kontaktlinsen erforderlich sind. Ein weiteres Problem, auf das man bei der Glühzonenplasma-Polymerisation trifft, ist, daß die Abscheidung der Beschichtung normalerweise von einem gleichzeitigen, kompetitiven Oberflächenerosionsverfahren, das durch die Bombardierung durch die stark aktivierten Molekülfragmente verursacht wird, begleitet wird. Die Glühzonenplasma-Polymerisation ist daher nachweislich zur Herstellung von Beschichtungen auf biomedizinischen Substraten wie Kontaktlinsen, die alle Leistungserfordernisse, speziell in bezug auf die Durchlässigkeit bei Langzeitlinsen erfüllen, ungeeignet.
Modifikationen des „Glühzonen"-Plasmapolymerisationsverfahrens sind „Post-Plasma"-Polymerization oder -beschichtung oder -abscheidung, die ebenso „plasmainduzierte" Polymerisation oder -beschichtung oder -abscheidung genannt wird, und plasmainduzierte „Nachglüh"-Polymerisation oder -beschichtung oder -abscheidung, die ebenso plasmainduzierte „nachgeschaltete" Polymerisation oder Beschichtung oder Abscheidung genannt wird, oder plasmainduzierte „Fern"-Polymerisation oder -beschichtung oder -abscheidung.
Zur „Post-Plasma"-Polymerisation wird die Oberfläche eines Substrats zunächst mit einem nicht-polymerisierbaren Plasmagas (beispielsweise H₂, He oder Ar) behandelt und dann in einem anschließenden Schritt wird die so aktivierte Oberfläche einem Monomer ausgesetzt, wobei die Plasmaenergie abgeschalten worden ist. Die Aktivierung führt zur plasmainduzierten Bildung von Resten auf der Oberfläche, die in dem anschließenden Schritt die Polymerisation des Monomers darauf initiiert.
Post-Plasma-Polymerisation zur Herstellung von Kontaktlinsen mit guter Benetzbarkeit wird in JP-A-02/220024 offenbart. In einem Drei-Schritt-Verfahren wird die Plasmabehandlung eines Kontaktlinsensubstrats, das ein Methacrylatpolymer umfaßt, durchgeführt, gefolgt von Sauerstoffaussetzung und dann Pfropfpolymerisation in wässeriger Lösung. JP-A-62/010616 und JP-A-05/295144 offenbaren die Behandlung der Oberfläche einer Kontaktlinse durch Tieftemperaturplasma und dann Pfropfpolymerisieren eines hydrophilen Monomers auf der Oberfläche. DE-A-27 48 568 offenbart ein Zwei-Schritt-Verfahren zur Herstellung einer hydrophilen Silciumkontaktlinse, wobei die Linse dem Tieftemperaturgasplasma unterzogen wird und dann Redoxpfropfpolymerisation, um einen hydrophilen Harzfilm auf der behandelten Oberfläche zu bilden, durchgeführt wird. Ein Drei-Schritt-Post-Plasmapolymerisationsverfahren wird ebenso in EP-A-574 352 offenbart, wobei ein Polymersubstrat zunächst in ein Plasma gegeben wird, um freie Radikale zu bilden, dann mit Sauerstoff kontaktiert wird, um Hydroperoxygruppen auf der Oberfläche zu bilden, und schließlich die Pfropfpolymerisation eines ethylenisch ungesättigten Monomers und eines Vernetzers durchgeführt wird. Die Gasplasma-initiierte Polymerisation von Acrylate(n) in einem Emulgator-enthaltenden wässerigen Medium und Nachpolymerisieren in Abwesenheit von Plasma wird in JP-A-59/025807 offenbart. JP-A-04/067012 offenbart die Plasmabehandlung auf der Oberfläche von Kontaktlinsen und Dekoration der Linsenoberfläche unter Verwendung eines anderen polymeren Materials als das Linsenmaterial, wobei die Plasmabehandlung unter Verwendung von diffundierendem Plasma durchgeführt wird. Die Behandlung soll der Oberfläche hydrophile Eigenschaften zur Erhöhung der Benetzbarkeit mit einer Hornhaut verleihen. EP-A-220 919 offenbart eine Kontaktlinse, umfassend ein Triorganovinylsilan-basierendes Polymer, das auf der Oberfläche eine gepfropfte hydrophile Polymerbeschichtung hat, um Augenverträglichkeit und Langzeittragbarkeit zu verleihen. Zur Herstellung der Beschichtung kann die Linsenoberfläche dem Tieftemperaturgasplasma unterzogen werden, dann O₂ ausgesetzt werden, um Oberflächenperoxidgruppen zu bilden, dann in eine Lösung aus einem monomeren Diorganodivinylsilan getaucht werden, gefolgt von Redox- oder Wärmepolymerisation. WO-A-94/06485 offenbart eine Kontaktlinse mit einer oder mehreren benetzbaren Oberflächen, die eine kontinuierliche Schicht aus wässeriger Flüssigkeit darauf halten können, die eine kovalente Kohlenhydratbindung durch eine hydrolytisch stabile Bindung an eine Plasmaoberfläche, hergestellt aus dem Grundmaterial, umfaßt. Die Plasmaoberfläche, die auf einem Grundmaterial hergestellt wird, umfaßt entweder eine Plasma-behandelte Oberfläche auf einem Grundmaterial oder ein Plasmapolymer, das auf einem Grundmaterial beschichtet ist. JP- A-07/72430 offenbarte eine Kontaktlinse mit guter Wasserbenetzbarkeit und Antifouling-Eigenschaften, wobei die Monomerkomponente, die ein Vinylmonomer mit einer phospholipidartigen Struktur enthält, auf die Oberfläche eines Kontaktlinsengrundmaterials pfropfpolymerisiert wird, welches durch aktive Strahlung, beispielsweise Plasma, behandelt worden ist, um Peroxidbindungen in das Grundmaterial einzuführen.
Während die Post-Plasma-Polymerisation ein Verfahren ist, wobei das Monomer, das polymerisiert werden soll, nicht dem energiereichen Plasma ausgesetzt wird, und daher nicht unter Aktivierung und/oder Fragmentierung leidet, ist das Verfahren aufgrund der geringen Abscheidungsraten von eingeschränkter Verwendung.
Im Gegensatz zu dem oben erläuterten Post-Plasma-Polymerisationsverfahren, worin die Polymerisation auf dem aktivierten Substrat durchgeführt wird, nachdem die Plasmaenergie abgeschalten worden ist, bezieht sich die Erfindung auf ein „Nachglüh"-Plasma-induziertes Polymerisationsverfahren, worin die Polymerisation in Gegenwart von Plasma bewirkt wird, aber worin sich das Substrat sowie der Einlaß für die Monomereinspeisung außerhalb (unter) der Plasmazone befinden. Die Fragmentierung der Monomermoleküle kann größtenteils in der Weise vermieden werden, indem das Monomer die Zone der stark reaktiven Plasmagase nicht passiert. Mit diesem Verfahren kann die Struktur der Polymerabscheidung innerhalb bestimmter Grenzen kontrolliert werden, unerwünschte Oberflächenerosion von anfälligen Substraten kann vermieden werden und die Bildung der Polymerabscheidung basiert überwiegend auf Radikalreaktionen.
Ein Nachglühplasma-induziertes Polymerisationsverfahren wird von B. D. Ratner in „Plasma Deposition of Organic Thin Films – Control of Film Chemistry" beschrieben, wo angegeben wird, daß „die Planierung der Probe stromabwärts der Glimmzone, um das Erhalten von reaktiven Molekülen aus der Gasphase zu ermöglichen, die auf deren Oberfläche kondensieren und polymerisieren können, aber nicht der Bombardierung durch energiereiche Spezies in der Glimmzone unterworfen sind, in einer Vielzahl von Fällen gezeigt worden ist, um Filme mit relativ intakter Chemie herzustellen". Der Autor folgert, daß „wenn Bedingungen entwickelt werden können, wo signifikante konventionelle Polymerisation zusammen mit den Plasmabeschichtungsverfahren stattfindet, viel Struktur erhalten werden kann". A. Hartwick et al. berichten in Die Angewandte Makromolekulare Chemie 211 (1993), S. 141–155 über die Nachglühplasma-Polymerisation als ein neues Verfahren zur Herstellung von polymeren Schichten aus ungesättigten Monomeren. Die Autoren zeigen experimentelle Parameter, wie Abscheidungsraten, Druck, Abstand zwischen Plasma- und Beschichtungszone, Fluß und Art des Spülgases, die zeigen, daß die meisten der Polymere, die durch die Nachglühplasma-Polymerisation hergestellt wurden, vernetzt und daher unlöslich sind.
D. Yu und R. E. Marchant, Macromolecules, 22 (1989), S. 2957 und WO-A-92/02114 offenbaren die Herstellung von hydroxylierten plasma-polymerisierten Filmen für biomedizinische Implantate durch Plasmapolymerisieren von N-Vinyl-2-pyrrolidonmonomeren und Reduzieren der Carbonylgruppen in dem resultierenden Polymer zu Alkoholgruppen mit einer wässerigen Lösung von Natriumborhydrid. Dieses Verfahren wird zum Modifizieren der Blutkontaktoberfläche und zum Verbessern der Verträglichkeit einer biomedizinischen Vorrichtung verwendet. DE-A-35 22 817 offenbart die Herstellung von bioziden Beschichtungen durch Plasma-Nachglüh-Polymerisation oder Pfropfen von Organometallverbindungen. JP-A-57/205403 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Filmen mit hohem Molekulargewicht durch Plasmapolymerisation, wobei ein hochmolekulares Monomer in das Plasma eines Inertgases eingeführt wird, welches eine maschenartige Elektrode passiert und einen dünnen Film mit hohem Molelculargewicht auf einer Grundplatte erzeugt, die außerhalb beider Elektroden liegt. Der plasmapolymerisierte Film enthält keine vernetzten Bindungen und ist in Lösungsmittel löslich. Er wird beispielsweise als Beschichtung für optische Linsen verwendet. WO-A-87/01040 offenbart ein verbessertes intraokulares Linsenmaterial, das ein Polymersubstrat umfaßt, welches vorzugsweise ein Poly(methylmethacrylat) ist, modifiziert durch eine Gasplasmabscheidung einer Fluorkohlenstoffbeschichtung, die eine feste, energiearme Oberfläche mit signifikant verringerten Zellschäden in bezug auf Hornhaut-Endothelgewebe erzeugt. Zum Beschichten wurden die Probenscheiben stromabwärts der Kapazitätsplatten plaziert. Bezüglich der Endothelschäden sind die Fluorkohlenstoffbeschichtungen nachweislich besser im Vergleich zu HEMA-, NVP- oder Ethylenoxidbeschichtungen.
R. E. Marchant et al. berichten in Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry Bd. 27, 881–895 (1989) von der Herstellung und Charakterisierung von hydrophilen Polymerfilmen, abgeleitet von der RF-Plasmapolymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon (NVP). Bei dem verwendeten Plasmasystem erstreckte sich der Monomereinlaß 2 cm über die Induktionsspule hinaus. Substratproben wurden auf einer Glasstabschale, die 5 bis 30 cm von der Spule positioniert ist, befestigt. Die Struktur des abgeschiedenen, plasmapolymerisierten NVP (PPNVP) wurde u. a. durch FT-IR-ATR-Spektroskopie und ESCA (Elektronenspektroskopie für chemische Analyse) bestimmt, und die erhaltenen Spektren wurden mit dem IR-Spektrum des linearen PVP verglichen. Die beobachteten Hauptunterschiede waren die Verbreiterung und der Verlust der Auflösung in dem Bereich von 1.600 bis 1.000 cm^–1 der PPNVP-Filme, die die C-H-Deformationsbindungen, die C-N-Streckung und die Laktamringskelettform enthält. Diese Unterschiede zwischen dem Plasmapolymer und dem linearen PVP-Polymeranalogon waren der Verzweigung, Vernetzung und den Ringöffnungsreaktionen zuzuschreiben, die in einem größeren Ausmaß in der energiereichen Plasmaumgebung auftreten.
Der Überblick über die Dokumente des Standes der Technik, die sich auf die Nachglühausführungsform des Plasmabeschichtungsverfahrens beziehen, zeigt, daß die Berichte über die Produkte, die mit dieser relativ jungen Technologie erhalten wurden, noch widersprüchlich sind. Eines der Dokumente gibt an, daß die hergestellten Polymere vernetzt und daher unlöslich sind, während ein anderes Dokument sie als nicht vernetzt und in Lösungsmitteln löslich beschreibt. Während B. D. Ratner, a. a. O., über die Möglichkeit spekuliert, Filme mit relativ intakter Chemie herzustellen, berichtet keines der anderen Dokumente über einen hohen Grad an Retention einer intakten Polymerstruktur mit wünschenswerten Durchlässigkeitsmerkmalen. Im Gegensatz dazu zeigen R. E. Marchant et al., a. a. O., daß die Nachglühplasma-Polymerisation von NVP unter den berichteten Bedingungen zur Verzweigung, Vernetzung und Ringöffnungsreaktionen führt, was ein polymeres Produkt ergibt, welches sich weitgehend von dem linearen PVP unterscheidet.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, polymere Beschichtungen auf Biomedizinischen Gegenständen mit ausgezeichneter Haftung an dem Substrat durch plasmainduzierte Polymerisation von polymerisierbaren ungesättigten Verbindungen bereitzustellen, wobei die Polymerketten, während sie kontrollierte Vernetzung zeigen, größtenteils aus Wiederholungseinheiten bestehen, die in der Struktur zu den Wiederholungseinheiten identisch sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation der polymerisierbaren ungesättigten Verbindung erhalten wurden, wobei die Beschichtung hervorragende thermische, oxidative und hydrolytische Stabilität und Beständigkeit gegen das Abblättern von dem Substrat, verursacht durch mechanische Beanspruchung, und wünschenswerte Durchlässigkeitsmerkmale für Flüssigkeiten, Gase, Ione und Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht zeigt, während sie kontrollierte Durchlässigkeit für Biokomponenten mit hohem Molekulargewicht, wie Proteine, Glykoproteine und Lipide, aufweist.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Beschichtungen des obengenannten Typs bereitzustellen, die auf eine breite Vielzahl von Substraten, einschließlich organischen Polymeren und anorganischen Materialien, wie Metallen, Keramikmaterialien, Glas, Mineralien und Kohlenstoff, einschließlich Graphit, oder Verbundstoffe von diesen Materialien, aufgetragen werden können.
Es ist ein speziellerer Gegenstand der Erfindung, eine Beschichtung auf einer Kontaktlinse, insbesondere einer Langzeitkontaktlinse, bereitzustellen, wobei die Beschichtung durch gute Haftung an dem Substrat und Abriebbeständigkeit gekennzeichnet ist, gute Durchlässigkeit für Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasser und Ionen, hohe Benetzbarkeit, Stabilität gegen Tränenflüssigkeit und Abscheidung von Proteinen, Lipiden, Muzinen und Salzen zeigt und ausgezeichneten Komfort für den Träger beim kontinuierlichen Tragen von mehr als 6 Tagen und 6 Nächten zeigt.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen mit den obengenannten wünschenswerten Eigenschaften in einem einfachen und zuverlässigen Einschrittverfahren bereitzustellen.
Diese Gegenstände konnten auf der Basis der Erkenntnis erreicht werden, daß polymere Beschichtungen mit einer Vielzahl von wünschenswerten Merkmalen, wie oben erwähnt, durch plasmainduzierte Polymerisation von bestimmten polymerisierbaren ungesättigten Verbindungen auf einem Substrat in der Nachglühzone einer Plasmavorrichtung unter speziell kontrollierten Bedingungen, einschließlich dem Abstand des Substrats und dem Monomereinlaß zu der Plasmazone, hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Herstellung eines biomedizinischen Gegenstands, umfassend ein Substrat, das zumindest teilweise mit einer polymeren Beschichtung, die Polymerketten umfaßt, durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation einer Vinylverbindung, ausgewählt aus N-Vinylpyrrolidon, N,N-Dimethylacryl amid, Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, (Meth)acrylsäure, 2-Hydroxyethylacrylat, Vinylpyridin, N-Acryloylmorpholin und Gemischen davon, auf dem Substrat unter Verwendung eines gepulsten Plasmas mit einer elektrischen Leistung von 40 bis 300 Watt beschichtet ist, wobei das Substrat bei einem Abstand von 8 bis 30 cm und der Monomereinlaß bei einem Abstand von 6 bis 25 cm jeweils stromabwärts außerhalb der Plasmazone positioniert wird, wobei die Polymerketten der Beschichtungen aus 70 bis 98 % an Wiederholungseinheiten bestehen, die in der Struktur zu den Wiederholungseinheiten identisch sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation der polymerisierbaren ungesättigten Verbindung erhalten wurden, und aus 2 bis 30 % an Wiederholungseinheiten, die Stellen der Vernetzung und/oder kovalenten Bindung an das Substrat sind, wobei der Prozentsatz der Wiederholungseinheiten durch FTIR-ATR-Spektroskopie bestimmt wird.
Die Ausdrücke „polymerisierbare ungesättigte Verbindung" und „Monomer" werden hierin zuvor und hierin nachstehend synonym verwendet.
Gemäß der Erfindung sind das Haftvermögen der Beschichtung an dem Substrat und der Vernetzungsgrad der polymeren Beschichtung so, daß der beschichtete Gegenstand thermische, oxidative und hydrolytische Stabilität und Beständigkeit gegen Abblättern, verursacht durch mechanische Beanspruchung, zeigt, und daß die Beschichtung für Gase, Wasser und Ionen mit einem Molekulargewicht unter 500 durchlässig ist, und eine kontrollierte Durchlässigkeit für Biokomponenten, wie Proteine, Glykoproteine und Lipide zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Substrat, das zumindest teilweise mit einem Polymer, wie oben angegeben, beschichtet wird, ein biomedizinisches Material, ein biomedizinischer Gegenstand oder eine biomedizinische Vorrichtung, einschließlich von Kathetern und Gefäßprothesen, insbesondere eine ophthalmische Vorrichtung zur Korrektur des Sehvermögens, wie eine Kontaktlinse, eine intraokulare Linse oder ein Linsenhornhautimplantat und spezieller eine Langzeitkontaktlinse.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die polymere Beschichtung ein Copolymer, das durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation, wie oben beschrieben, unter Verwendung eines Gemisches aus zwei oder mehreren polymerisierbaren ungesättigten Verbindungen erhältlich ist. Bei dieser Ausführungsform können Copolymerbeschichtungen einer gut definierten Struktur mit überwiegend Wiederholungseinheiten, die in der Struktur mit denen identisch sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation erhalten wurden, erhalten werden.
Der Grad der Vernetzung der Polymer- oder Copolymerbeschichtung kann außerdem durch die Zugabe von mindestens einem Vernetzungsmittel zu dem Monomereintrag, der der Nachglühplasma-induzierten Polymerisation unterliegt, kontrolliert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Laminatbeschichtung mit „maßgeschneiderten" Durchlässigkeits- und Benetzbarkeitseigenschaften sowie definierter Struktur und Morphologie durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wenn zwei oder mehr Comonomere, gegebenenfalls zusammen mit Vernetzungsmitteln, der Polymerisation nacheinander vorzugsweise mit Unterbrechung der Glühentladung unterzogen werden.
Das Plasma kann ein Gleichstrom- (DC-), Radiofrequenz- (RF-) oder Mikrowellen- (MW-) -Plasma, vorzugsweise ein RF-Plasma mit induktiver Kopplung sein.

Die Nachglühplasma-induzierte Polymerisation einer polymerisierbaren ungesättigten Verbindung gemäß der Erfindung wird vorzugsweise unter den folgenden Plasmabedingungen durchgeführt:

Elektrische Spannung	8·10²–4·10³ Volt
Plasmagasfluß	1–100 sccm (Standardkubikzentimeter)
Monomerfluß	1–50 mg/min
Eintragsgasfluß	1–100 sccm
Temperatur der Monomerquelle	–80°C–+80°C
Frequenz	1 kHz–27,12 MHz, am stärksten bevorzugt
	13,6 oder 27,12 MHz
Plasmagase	Ar, He, N₂
Druck	1·10^–4–5 mbar.

Der Substratabstand stromabwärts der Plasmazone beträgt 8 bis 30 cm, vorzugsweise 10 bis 25 cm. Der Monomereinlaßabstand stromabwärts der Plasmazone beträgt vorzugsweise 6 bis 25 cm, vorzugsweise 8 bis 20 cm.
Die polymeren Beschichtungen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation unter den zuvor genannten Bedingungen in bezug auf den Abstand zwischen dem Substrat und der Plasmazone sowie dem Monomereinlaß und der Plasmazone erhältlich sind, sind – im Gegensatz zu den Beschichtungen, die durch Glühzonenplasma-induzierte Polymerisation oder durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation ohne Beachtung dieser Bedingungen erhalten werden – durch die Tatsache gekennzeichnet, daß die Wiederholungseinheiten der Polymerketten in einem großen Ausmaß in der Struktur mit den Wiederholungseinheiten identisch sind, die durch eine Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation der jeweiligen ungesättigten Verbindung erhalten wurden. 70 bis 98 %, vorzugsweise 76 bis 98 %, stärker bevorzugt 82 bis 98 % der Wiederholungsstruktureinheiten zeigen dieselbe Struktur wie das Polymer, das durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation desselben Monomers erhalten wurde. Die übrigen 2 bis 30 %, vorzugsweise 2 bis 24 %, stärker bevorzugt 2 bis 18 % der Struktureinheiten dienen als kovalente Vernetzungsgruppen für das beschichtete Substrat oder als Vernetzungsstellen zwischen den benachbarten Polymerketten.
Die qualitative und quantitative Charakterisierung einer plasmainduzierten Polymerbeschichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann typischerweise, wie nachstehend dargestellt, bestimmt werden.
Drei Beschichtungen, die jeweils auf N-Vinylpyrrolidon basieren, werden hergestellt. Die erste Beschichtung (1) ist ein lösungsmittelgegossener Film aus Poly-vinylpyrrolidon (PVP), hergestellt durch Radikalkettenpolymerisation; die zweite Beschichtung (2) ist ein PVP-Film, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung; und die dritte Beschichtung (3) ist ein sogenannter „Glühzonenplasma"-polymerisierter PVP-Film (siehe Einführungsteil der vorliegenden Erfindung). Die obigen drei Filme werden durch Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion (FTIR-ATR-Spektroskopie, siehe ebenso Arbeitsbeispiele) untersucht. Die erste (1) und zweite (2) Beschichtung zeigen im wesentlichen identische IR-Spektren, während die dritte (3) Beschichtung ein deutlich anderes IR- Spektrum zeigt. Basierend auf ungefähr 5 % Nachweisgrenze des FTIR-ATR-Untersuchungsverfahrens kann geschlußfolgert werden, daß die Beschichtungen (1) und (2) grundsätzlich in ihrer chemischen Struktur identisch sind.
Die einheitliche Struktur und der kontrollierbare relativ niedrige Grad der Vernetzung der Beschichtungen, was überraschenderweise in der Nachglüh- oder stromabwärtigen Ausführungsform der plasmainduzierten Polymerisation der polymerisierbaren ungesättigten Verbindungen unter den speziellen Bedingungen der Position des Substrats und des Monomereinlaßes erreicht wird, bilden ein charakteristisches Merkmal der Beschichtungen, was für eine breite Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften verantwortlich ist, die durch diese Beschichtungen gezeigt werden, insbesondere im Hinblick auf ihre Verwendung in biomedizinischen Anwendungen, Gegenständen oder Vorrichtungen.
Ein spezieller Vorteil der Beschichtungen ist deren starke Haftung an der Oberfläche des beschichteten Substrats, die zu einem hohen Grad unabhängig von der Beschaffenheit des Substrats erhalten wird, egal ob es ein polymeres organisches Material oder ein anorganisches Material, wie ein Metall, Keramikmaterial, Glas oder ein Mineral oder Kohlenstoff, insbesondere Graphit oder Glaskohlenstoff, ist. Es können ebenso Verbundmaterialien, einschließlich zwei oder mehr der obengenannten Substratmaterialien, durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet werden.
Der hohe Grad an struktureller Einheitlichkeit der Polymerketten der Beschichtung und der geringe Grad der Vernetzung sowie das ausgezeichnete Haftvermögen der Beschichtungen an dem Substrat stellen Beschichtungen mit besseren Eigenschaften für eine breite Vielzahl von Anwendungen bereit, einschließlich:

– ausgezeichnetem Haftvermögen an dem Substrat und Abriebbeständigkeit;
– ausgezeichneter thermischer, oxidativer und hydrolytischer Stabilität und Beständigkeit gegen Abblättern, verursacht durch mechanische Beanspruchung;
– guter Durchlässigkeitseigenschaften für Flüssigkeiten, Gase, Ionen und Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht;
– kontrollierter Durchlässigkeit für Biokomponenten, wie Proteine, Glykoproteine und Lipide;
– hoher Beständigkeit gegen Temperaturveränderungen, Autoklavieren, Bioerosion, Quellen und Scherkräfte;
– einer glatten Oberfläche bis hinab zur Submikronfläche, einheitlicher Schichtdicke und ausgezeichneter Schmiereigenschaften;
– hoher Beständigkeit und Haltbarkeit in biologischen Umgebungen, guter Beständigkeit gegen Bildung von irreversiblen Abscheidungen von Komponenten aus biologischen Systemen, wie Proteinen, Lipiden, Glykoproteinen, Salzen und Stoffwechselprodukten und Zellresten;
– geringer Tendenz zur Absorption von Substanzen aus den Umgebungen, wie Kosmetika, Lösungsmitteldämpfen und Stäuben;
– im wesentlichen keiner Tendenz zur Anhaftung von Mirkoorganismen.

Die außerordentlichen Merkmale der Beschichtungen in bezug auf das Haftvermögen und die Durchlässigkeit sind auf die Tatsache zurückzuführen, daß Polymerketten in der Beschichtung noch ausgeprägte Dynamik und Mobilität besitzen.
Es gibt im wesentlichen keine Einschränkung in bezug auf die Form des biomedizinischen Gegenstands, der gemäß der Erfindung beschichtet werden soll, so lange er in die Nachglühzone einer Plasma-erzeugenden Vorrichtung gebracht und darin gehalten werden kann. Spezielle Beispiele von Formen der Substrate, die gemäß der Erfindung beschichtet werden können, umfassen Filme, Fasern, Membranen, Folien, Schläuche, Rohre, Hohlfasern, Kapseln, Kugeln und Granulate von unterschiedlicher Größe, einschließlich Pulvermaterialien sowie Verbundstoffe und Laminate. Eine spezielle Gruppe von Substraten, an die in dieser Erfindung gedacht wird, sind ophthalmische Vorrichtungen zur Korrektur des Sehvermögens. Diese umfassen Kontaktlinsen, intraokulare Linsen und Linsenhornhautimplantate (künstliche Augenhornhaut).
Das Substrat umfaßt jegliches Material, das konventionell für die Herstellung von biomedizinischen Vorrichtungen, beispielsweise Kontaktlinsen verwendet wird, die an sich nicht ausreichend hydrophil sind. Diese Materialien sind dem Fachmann allgemein bekannt und können beispielsweise Polysiloxane, fluorierte (Meth)acrylate oder äquivalente fluorierte Comonomere, abgeleitet beispielsweise von anderen polymerisierbaren Carbonsäuren, Alkyl(meth)acrylate oder äquivalente Alkylcomonomere, abgeleitet von anderen polymerisier baren Carbonsäuren, oder fluorierte Polyolefine, wie fluorierte Ethylen- oder Propylenpolymere und -copolymere, oder Tetrafluorethylen vorzugsweise in Kombination mit speziellen Dioxolen, wie Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol, umfassen. Beispiele von geeigneten Substratmaterialien sind beispielsweise Neofocon-, Pasifocon-, Telefocon-, Silafocon-, Fluorsilfocon-, Paflufocon-, Silafocon-, Elastofilcon-, Fluorofocon- oder Teflon-AF-Materialien, wie Teflon-AF-1600 oder Teflon-AF-2400, die Copolymere mit etwa 63 bis 73 mol-% Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 37 bis 27 mol-% Tetrafluorethylen oder etwa 80 bis 90 mol-% Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 20 bis 10 mol-% Tetrafluorethylen sind.
Das Substrat umfaßt ebenso jegliches Material, das konventionell zur Herstellung von biomedizinischen Vorrichtungen, beispielsweise Kontaktlinsen, verwendet wird, die an sich hydrophihl sind, da reaktive Gruppen, beispielsweise Amin- oder Hydroxygruppen inhärent in dem Material vorliegen und daher ebenso an der Oberfläche einer daraus hergestellten biomedizinischen Vorrichtung. Diese Materialien sind dem Fachmann bekannt. Typische Beispiele umfassen beispielsweise Polymacon, Tefilcon, Methafilcon, Deltafilcon, Bufilcon, Phemfilcon, Ocufilcon, Focofilcon, Etafilcon, Hefilcon, Vifilcon, Tetrafilcon, Perfilcon, Droxifilcon, Dimefilcon, Isofilcon, Mafilcon oder Atlafilcon. Die meisten der Materialien basieren auf HEMA, aber geeignete Materialien können ebenso auf anderen diesen zugrunde liegenden Monomeren oder Polymeren mit reaktiven Gruppen, beispielsweise Hydroxygruppen oder Aminogruppen, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, basieren.
Das Substrat kann irgendein blutkontaktierendes Material sein, das konventionell für die Herstellung von Nierendialysemembranen, Blutlagerbeuteln, Herzschrittmacherelektroden oder Gefäßprothesen verwendet wird. Beispielsweise kann das Substrat ein Polyurethan, Polydimethylsiloxan, Polytetrafluorethylen, Perfluoralkyl-polyether, Polyvinylchlorid oder Dacron^TM sein.
In einer speziell bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat, das beschichtet werden soll, eine Kontaktlinse, die für das lange Tragen geeignet ist, d. h. für ständiges Tragen für mehr als sechs Tage und sechs Nächte bis zu einer Zeit von etwa 30 Tagen. Dieser Typ an weichen Kontaktlinsen umfaßt die, die Polysiloxan- und/oder Perfluoralkyl-polyethergruppen umfassen, die die gewünschte hohe Sauerstoff- sowie hohe Ionen- und Wasserdurchlässigkeit zeigen. Wenn dieser Typ an Substrat gemäß der vorliegenden Erfin dung mit einem hydrophilen Monomer beschichtet wird, werden beschichtete Kontaktlinsen erhalten, die die folgenden wünschenswerten Eigenschaften im Vergleich zu konventionell oberflächenbeschichteten Kontaktlinsen zeigen:

– erhöhte Durchlässigkeit für Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasser und Ionen;
– ausgezeichnete Benetzbarkeit, Gleitfähigkeit und Stabilität in den Augenflüssigkeitsumgebungen;
– verbesserter Komfort für den Träger sowie Beständigkeit gegen irreversible Abscheidung von Substanzen, die in der Augenumgebung auftreten, einschließlich Proteine, Lipide, Muzine und Salze;
– verringertes Haftvermögen für Mikroorganismen;
– verringerte Tendenz zur Mikrorißbildung in der Beschichtung während der Sterilisation in dem Autoklaven in phosphatgepufferter Kochsalzlösung;
– bessere Eigenschaften auf dem Auge, einschließlich sehr geringer Hornhautschwellung, Augenreizung und sehr guter Mobilität auf dem Auge während des kontinuierlichen Tragens der Linse über einen längeren Zeitraum von bis zu 30 Tagen.

Bei den Implantaten stellt eine Beschichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, Gegenstände mit Oberflächeneigenschaften bereit, einschließlich einer offenen, nur leicht vernetzten Polymerstruktur, die ausgezeichnete Biokompatibilität zeigt und zu guter und dauerhafter Integration in das lebende Gewebe zeigt.
Die Vorder- und die Rückfläche der Linse oder des Implantats kann jeweils mit einem unterschiedlichen Polymer beschichtet werden.
Die Monomere, die verwendet werden können, um die polymeren Beschichtungen durch Nachglühplasma-induzierte Polymerisation herzustellen, sind N-Vinylpyrrolidon, Vinylpyridin, Acrylsäure, Methacrylsäure, Hydroxyethylmethacrylat (HEMA), Methylmethacrylat (MMA), Dimethylaminoethylmethacrylat (DMAEMA), 2-Hydroxyethylacrylat (HEA), N,N-Dimethylacrylamid (DMA), N-Acryloylmorpholin (NAM) und Ethylenglykoldimethacrylat (EDGMA).
N-Vinylpyrrolidon ist ein besonders bevorzugtes Monomer zur Herstellung der polymeren Beschichtungen.
Die obigen Monomere können einzeln oder in Gemischen verwendet werden.
Die Verfahrensparameter, einschließlich der physikalischen Plasmaparameter, werden für das Abscheidungsverfahren in solcher Weise kontrolliert, daß die gewünschte Menge an Wiederholungseinheiten, die in der Struktur mit denen identisch sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation der polymerisierbaren ungesättigten Verbindung erhalten wurden, der gewünschte Grad der Vernetzung und die gewünschte Morphologie und Topographie auf dem speziellen Substrat erhalten werden. Diese Parameter und Merkmale sowie die Dicke der Beschichtung können innerhalb breiter Bereiche durch geeignete Auswahl der Plasma- und Reaktionsparameter maßgeschneidert werden. Im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren bietet das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Vorteile (beispielsweise zum Beschichten von Kontaktlinsen):

– es wird als ein Einschrittverfahren durchgeführt;
– die beschichteten Substrate werden unter sterilen Bedingungen erhalten;
– sehr geringe Oberflächenerosion und hohe Abscheidungsrate;
– glatte, lochfreie Beschichtungen werden erhalten;
– die Dicke der Beschichtung kann leicht bis zu relativ dicken Beschichtungen von mehr als 1 μm kontrolliert werden;
– geringer Gehalt an Resten, die in der Beschichtung übrig bleiben;
– keine sekundären Reaktionen mit Luft zu Hydroperoxiden und anderen reaktiven Spezies;
– ausgezeichnete thermische und hydrolytische Stabilität der Beschichtungen, die keine auswaschbaren Teile enthalten;
– hohe UV- und Lichtstabilität der Beschichtungen;
– einheitliche Schichtdicke auf nicht-flachen Substraten, einschließlich guter Kantenbeschichtung;
– homogene Oberflächengruppen;
– hoher Gehalt an „bürstenartigen" Oberflächenstrukturen mit geringer Tendenz zur Denaturierung von Biopolymeren oder anderen Biokomponenten und zur irreversiblen Adsorption (Bewuchs);
– keine Fragmentierung der eingesetzten Monomere und keine Bombardierung der Oberfläche des Substrats durch Atome, Ionen, angeregten Spezies oder energiereicher UV-Strahlung während des Beschichtungsverfahrens, was zu unerwünschten sekundären Ver änderungen der Beschichtung und/oder des Substrats und zu schädlicher Oberflächenerosion führt;
– keine Tendenz zum Abblättern der Beschichtungen bei thermischer, hydrothermischer oder mechanischer Beanspruchung.

Wie bereits oben erwähnt, bezieht sich die vorliegende Erfindung in einem wichtigen Aspekt auf die Herstellung von Kontaktlinsen, die – basierend auf den außerordentlichen Eigenschaften der Beschichtung, einschließlich hoher Sauerstoffdurchlässigkeit, guter Bewegung auf dem Auge und hoher Durchlässigkeit für Ionen und Wasser – für lange Tragezeiträume, beispielsweise für bis zu 30 Tage verwendet werden können. Wichtige Merkmale von solchen Kontaktlinsen und Verfahren zu deren Bestimmung werden im folgenden erläutert:
Sauerstoffübertragbarkeit und -durchlässigkeit
Die „Sauerstoffübertragbarkeit" einer Linse, wie hierin verwendet, ist die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff durch eine spezielle ophthalmische Linse strömen wird. Die Sauerstoffübertragbarkeit, D_k/t, wird konventionell in Einheiten von barrer/mm ausgedrückt, wobei t die Durchschnittsdicke des Materials [in Einheiten von mm] über der Fläche, die gemessen wird, ist und „barrer" als: [(cm3 Sauerstoff) (mm)/(cm2)(s)(mm Hg)]·10–9.definiert ist.
Die „Sauerstoffdurchlässigkeit", D_k, eines Linsenmaterials hängt nicht von der Linsendicke ab. Die Sauerstoffdurchlässigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff durch ein Material strömen wird. Die Sauerstoffdurchlässigkeit wird konventionell in Einheiten von barrer ausgedrückt, wobei „barrer" als: [(cm3 Sauerstoff)(mm)/(cm2)(s)(mm Hg)]·10–10 definiert ist.
Dies sind die Einheiten, die in der Technik allgemein verwendet werden. Daher wird, um mit der Verwendung in der Technik überein zu stimmen, die Einheit „barrer" die oben definierten Bedeutungen haben. Beispielsweise würde eine Linse mit einer D_k von 90 barrer („Sauerstoffdurchlässigkeit-Barrer") und einer Dicke von 90 μm (0,090 mm) eine D_k/t von 100 barrer/mm („Sauerstoffübertragbarkeit-Barrer"/mm) aufweisen.
Die Sauerstoffübertragbarkeit der Langzeitlinse von der äußeren Oberfläche zu der inneren Oberfläche muß ausreichend sein, um jegliche wesentliche Hornhautschwellung während des Langzeittragens zu verhindern. Es ist bekannt, daß die Hornhaut ungefähr 3 bis 4 % während des Übernachtschlafzeitraums, wenn die Augenlider geschlossen sind, infolge des Sauerstoffmangels anschwellen. Es ist ebenso bekannt, daß das Tragen einer konventionellen Kontaktlinse für einen Zeitraum von etwa 8 Stunden (Tragen über Nacht) eine Hornhautschwellung von etwa 11 % verursacht. Jedoch wird eine akzeptable Langzeitkontaktlinse nach dem Tragen für etwa 24 Stunden, einschließlich dem normalen Schlafzeitraum, Hornhautschwellung von weniger als etwa 8 %, stärker bevorzugt weniger als etwa 6 % und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 4 % erzeugen. Eine bevorzugte Langzeitkontaktlinse wird nach dem Tragen für etwa 7 Tage, einschließlich des normalen Schlafzeitraums, Hornhautschwellung von weniger als etwa 10 %, stärker bevorzugt weniger als etwa 7 % und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 5 % erzeugen. Daher muß die Langzeitlinse sauerstoffdurchlässiges Polymer in einer Menge aufweisen, die ausreichend ist, um Sauerstoffdiffusion herzustellen, um die obigen Eigenschaften in bezug auf die Hornhautschwellung zu erhalten. Vorzugsweise weist die Langzeitlinse eine kontinuierliche Phase des sauerstoffdurchlässigen Polymers auf, die sich von der äußeren Oberfläche zu der inneren Oberfläche der Linse erstreckt.
Die Sauerstoffdurchlässigkeit einer Linse und die Sauerstoffübertragbarkeit eines Linsenmaterials können durch die folgende Technik bestimmt werden. Sauerstoffflüsse (J) werden bei 34 °C in einer Naßzelle (d. h. Gasströme werden bei etwa 100 % relativer Feuchte gehalten) unter Verwendung einer Dk1000-Vorrichtung (erhältlich von Applied Design and Development Co., Norcross, Georgia) oder einer ähnlichen analytischen Vorrichtung gemessen. Ein Luftstrom mit einem bekannten Prozentsatz an Sauerstoff (beispielsweise 21 %) strömt bei einer Rate von etwa 10 bis 20 cm³/min quer über eine Seite der Linse, während ein Stickstoffstrom bei einer Rate von etwa 10 bis 20 cm³/min auf der gegenüberliegenden Seite der Linse strömt. Der Barometerdruck, der das System umgibt, P_gemessen, wird gemessen. Die Dicke (t) der Linse in dem Bereich, der dem Testen ausgesetzt ist, wird durch Messen an etwa 10 Stellen mit einem Mitotoya-Mikrometer VL-50 oder einer ähnlichen Vorrichtung und der Durchschnittsbildung aus den Messwerten bestimmt. Die Sauerstoffkonzentration in dem Stickstoffstrom (d. h., Sauerstoff, der durch die Linse diffundiert) wird unter Verwendung der DK1000-Vorrichtung gemessen. Die Sauerstoffdurchlässigkeit des Linsenmaterials, D_k, wird aus der folgenden Formel bestimmt: Dk = Jt(PSauerstoff),worin

J = Sauerstofffluß [Mikroliter_O2/cm² – Minute]
P_Sauerstoff = (P_gemessen – P_Wasserdampf)·(%O₂ im Luftstrom) [mm Hg] = Partialdruck von Sauerstoff in dem Luftstrom
P_gemessen = Barometerdruck [mm Hg]
P_Wasserdampf = 0 mm Hg bei 34 °C (in einer Trockenzelle) [mm Hg]
P_Wasserdampf = 40 mm Hg bei 34 °C (in einer Naßzelle) [mm Hg]
t = Durchschnittsdicke der Linse über der ausgesetzten Testfläche [mm], wo D_k in Einheiten von barrer ausgedrückt wird, d. h. [(cm³ Sauerstoff)(mm)/cm²]·[s/mm Hg]·10^–10.

Die Sauerstoffübertragbarkeit (D_k/t) des Materials kann durch Teilen der Sauerstoffdurchlässigkeit (D_k) durch die Durchschnittsdicke (t) der Linse berechnet werden.
Die Sauerstoffübertragbarkeit (D_k/t) der Langzeitlinse, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde, beträgt vorzugsweise mindestens 70 barrer/mm, stärker bevorzugt mindestens 75 barrer/mm und am stärksten bevorzugt mindestens 87 barrer/mm. Die Linsenmittendicke beträgt typischerweise mehr als 30 μm, vorzugsweise etwa 30 bis etwa 200 μm, stärker bevorzugt etwa 40 bis etwa 150 μm, noch stärker bevorzugt etwa 50 bis etwa 120 μm und am stärksten bevorzugt etwa 60 bis 100 μm.
Ionoflux-Meßtechnik
Die folgende Technik, auf die man sich hierin als „Ionoflux-Technik" bezieht, ist ein bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung der Ionendurchlässigkeit einer Linse. Diese Technik kann verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit der adäquaten Bewegung auf dem Auge zu bestimmen.
Die „Ionoflux-Technik" umfaßt die Verwendung eines Leitfähigkeitsmeßgerät (LF 2000/C, Katalog, Nr. 300105, Wissenschaftlich-Technische Werkstätten GmbH (WTW), Deutschland), eine Elektrode, ausgestattet mit einem Temperatursensor (LR 01/T, Katalog Nr. 302 520, (WTW)), einer Donatorkammer, enthaltend eine Salzlösung, einer Sammelkammer, enthaltend etwa 60 ml deionisiertes Wasser, einem Rühranker und einem Thermostat.
Die Donatorkammer ist speziell zum Einschließen einer Kontaktlinse auf dieser gestaltet, so daß die Donatorlösung nicht um die Linse strömt (d. h., Ionen können nur durch die Linse strömen). Die Donatorkammer besteht aus einem Glasrohr, an dessen Ende ein Gewinde ausgebildet ist, welches in die Sammellösung getaucht wird. Das Glasrohr umfaßt ein zentral angeordnetes Loch mit etwa 9 mm Durchmesser. Eine Abdeckung, die ein zu dem Glasrohr passendes Gewinde aufweist, hält ein Linsenhalte-Element das ein zentral angeordnetes Loch mit etwa 8 mm Durchmesser umfaßt. Das Linsenhalte-Element umfaßt einen männlichen Teil, der so gestaltet ist, daß er mit den Kanten der inneren (konkaven) Oberfläche einer Linse übereinstimmt und diese verschließt, und einen weiblichen Teil, so gestaltet ist, daß er mit den Kanten der unteren (konvexen) Oberfläche einer Linse übereinstimmt und diese verschließt.
Die Linse, die gemessen werden soll, wird in das Linsenhalte-Element zwischen dem männlichen und dem weiblichen Teil plaziert. Der männliche und der weibliche Teil umfassen flexible Verschlußringe, die zwischen der Linse und dem jeweiligen männlichen oder weiblichen Teil positioniert sind. Nach der Positionierung der Linse in dem Linsenhalte-Element wird das Linsenhalte-Element in der das Gewinde aufweisenden Abdeckung plaziert. Die Abdeckung wird auf das Glasrohr geschraubt, um die Donatorkammer zu definieren. Die Donatorkammer wird mit 16 ml 0,1 molarer NaCl-Lösung gefüllt. Die Sammelkammer wird mit 60 ml deionisiertem Wasser gefüllt. Die Elektroden des Leitfähigkeitsmeßgerätes werden in das deionisierte Wasser der Sammelkammer getaucht, und ein Rühranker wird zu der Sammelkammer zugegeben. Die Sammelkammer wird in ein Thermostat gegeben und die Temperatur bei etwa 35 °C gehalten. Schließlich wird die Donatorkammer in die Sammelkammer eingetaucht.
Messungen der Leitfähigkeit wurden alle 20 Minuten für etwa 3 Stunden durchgeführt, ausgehend von 10 Minuten nach der Eintauchung der Donatorkammer in die Sammelkammer. Der Ionoflux-Diffusionskoeffizient, D, wird durch Anwenden des Fickschen Gesetzes wie folgt bestimmt: D = –n'/(A·dc/dx), worin

n' = Rate des Ionentransports [mol/min]
A = ausgesetzte Linsenfläche [mm²]
D = Ionoflux-Diffusionskoeffizient [mm²/min]
dc = Konzentrationsdifferenz [mol/l]
dx = Dicke der Linse [mm]

Ein Ionoflux-Diffusionskoeffizient von mehr als etwa 6,4·10^–6 mm²/min ist zum Erreichen der ausreichenden Bewegung auf dem Auge bevorzugt. Stärker bevorzugt ist der Ionoflux-Diffusionskoeffizient größer als etwa 2,6·10^–6 mm²/min, während der Ionoflux-Diffusionskoeffizient am stärksten bevorzugt größer als etwa 1,5·10^–5 mm²/min ist. Es muß betont werden, daß der Ionoflux-Diffusionskoeffizient mit der Ionendurchlässigkeit durch die Linse korreliert und daher eine Vorhersage der Bewegung auf dem Auge ist.
Kontaktwinkelmessungen
Ausbreitungs- und Rückzugswasserkontaktwinkel von beschichteten und nicht-beschichteten Linsen wurden mit dem dynamischen Wilhelmy-Verfahren unter Verwendung einer Krüss-K12-Vorrichtung bestimmt (Krüss GmbH, Hamburg). Für Einzelheiten bezieht man sich auf D. A. Brandreth: „Dynamic contact angles and contact angle Hysteresis", Journal of Colloid and Interface Science, Bd. 62, 1977, S. 205–212 und R. Knapikowski, M. Kudra: „Kontaktwinkelmessungen nach dem Wilhelmy-Prinzip – Ein statistischer Ansatz zur Fehlerbeurteilung", Chem. Technik, Bd. 45, 1993, S. 179–185. Die folgenden Parameter werden normalerweise nachstehend bestimmt: Der Ausbreitungswinkel (Adv.), der Rückzugswinkel (Rec.) und die Hysterese.
Bestimmung des Prozentsatzes an Wiederholungseinheiten in der polymeren Beschichtung mit identischer Struktur wie das radikalisch polymerisierte Nicht-Plasma-Polymer
Die Quantifizierung wird durch Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion (FTIR-ATR-Spektroskopie) erreicht. Ein Bruker IFS-55 FTIR Spektrometer, ausgestattet mit einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor (MCT-Detektor) mit mittlerem Durchlassprofil, wird verwendet. Ein Germaniumtrapezoidkristall mit einer Dimension von 32·20·3 mm und einem Stirnflä chenwinkel von 45°, erhältlich von Graseby Specac NIC, wird als ein internes Reflexionselement (IRE) eingesetzt.
500 Scans wurden bei einer Auflösung von 4 cm^–1 für das Spektrum codiert. Ein Lösungsmittelgußfilm (0,005 mm Dicke) aus Poly-vinylpyrrolidon (PVP), hergestellt durch Radikalkettenpolymerisation, und eine PVP-beschichtete Kontaktlinse (PVP-CL), hergestellt gemäß dem plasmainduzierten Nachglüh-Verfahren, das oben angegeben ist, werden durch die obige Apparatur untersucht. Um den optimalen Kontakt zu erreichen, werden die Proben fest auf die Germaniumkristalloberfläche für ATR-Messsungen gepreßt. Die Linse wird auf dein Kristall mit der nach unten gerichteten beschichteten Oberfläche positioniert. Die Absorptionsbanden bei Wellenlängen von 1668, 1494, 1461, 1424, 1375 und 1287 in dem PVP-Spektrum und Absorptionsbanden bei 1671, 1494, 1462, 1375 und 1287 cm^–1 in dem PVP-CL-Spektrum werden für den Vergleich ausgewählt. Aus den Berechnungen, basierend auf den relativen Intensitäten der Absorptionen, folgt ein Gehalt der Polymerbeschichtung von 90 % ±8 % an Wiederholungseinheiten der Struktur:
Die Dicke einer polymeren Beschichtung, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde, liegt typischerweise in dem Bereich von 1 bis 5.000 nm, vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 1.000 nm, stärker bevorzugt in dem Bereich von 15 bis 350 nm und insbesondere in dem Bereich von 30 bis 150 nm.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird in bezug auf die speziellen Ausführungsformen in den folgenden Beispielen weiter erläutert, die auf Kontaktlinsen gerichtet sind, die mit einer polymeren Beschichtung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet wurden. Sie sollen den Umfang der Ansprüche nicht einschränken. Alle Temperaturen werden in Grad Celsius angegeben.
I. Herstellung von Kontaktlinsen als Substrate
Beispiel A-1
Makromersynthese
Ein Polysiloxanmakromer wird durch Umsetzen von einem Moläquivalent (etwa 100 g) von Poly(dimethylsiloxan)dialkanol (Shin Etsu Chemical Co., Tokio, Japan) mit Hydroxyethylpropoxyendgruppen mit 2 Moläquivalenten (etwa 21,2 g) Isophorondiisocyanat (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin, USA) in Gegenwart von etwa 0,2 g Dibutylzinndilauratkatalysator (Pfaltz & Bauer, Inc., Waterbury, Connecticut, USA) bei Raumtemperatur (etwa 21 °C) hergestellt. Nach etwa 48 Stunden Reaktionszeit wurden 2,02 Moläquivalente (etwa 38,7 g) Poly(ethylenglykol) („PEG", zahlenmittleres Molekulargewicht (Mn) etwa 610, Dow Chemical Corp., Midland, Minnesota, USA) und etwa 0,17 g Dibutylzinndilaureat (etwa 0,43 Gew.-%, basierend auf PEG) zu 80 g des Reaktionsproduktes aus dem vorhergehenden Schritt zugegeben. Ausreichend Chloroform (Aldrich Chemical Co.) wurde zugegeben, um das Gemisch homogen zu machen. Dieses Gemisch wurde bei Raumtemperatur für etwa 15 Stunden gerührt. Dann wurde das Gemisch für etwa 8 Stunden bei einer Temperatur von etwa 44 bis 48 °C gerührt, wobei die Temperatur im wesentlichen durch ein umgebendes Ölbad konstant gehalten wurde. Das Chloroform wurde dann, um eine Endkonzentration von etwa 50 Gew.-% Feststoffen zu erhalten, unter Rühren des Gemisches bei Raumtemperatur für etwa 8 Stunden eingedampft. Dann wurden etwa 2,14 Moläquivalente (etwa 10,4 g) Isocyanatoethylmethacrylat („IEM", Monomer Polymer, Inc., Feasterville, Pennsylvania, USA) zu dem Gemisch zugegeben. Schließlich wurde das Gemisch mit Aluminiumfolie abgedeckt und bei Raumtemperatur für etwa 17 Stunden gerührt, wodurch ein Polysiloxan-enthaltendes Makromer mit einem Mn von etwa 4.000 erhalten wurde.
Beispiel A-2
Herstellung einer Kontaktlinse
Ein Polysiloxanmakromer wird zunächst im wesentlichen gemäß der Verfahrensweise, die in Beispiel A-1 beschrieben wird, hergestellt.
Eine Copolymerpräkursorlösung wurde durch Mischen von etwa 180 g Polysiloxanenthaltendem Makromer, etwa 15 g 3-Methacryloxypropyltris(trimethylsiloxy)silan (Shin Etsu), etwa 4 g 2-Hydroxyethylmethacrylat („HEMA"), etwa 1 g Ethylenglykoldimethacrylat („EGDMA") und etwa 1 g DAROCUR^®1173-Photoinitiator bei Raumtemperatur für etwa 16 Stunden hergestellt.
Die Copolymerpräkursorlösung wurde dann unter Bildung der Kontaktlinsen polymerisiert. Polypropylenkontaktlinsenformen wurden mit der Copolymerpräkursorlösung gefüllt. UV-Licht (etwa 300 bis 400 nm) bei etwa 3 bis 6 mW/cm² wurde auf die Lösung in der Form für etwa 3 Stunden bei Raumtemperatur appliziert. Das UV-Licht bewirkte die Polymerisation, wodurch die Lösung eine Kontaktlinse mit der Gestalt der Form gebildet werden konnte. Die Linse wurde mit Isopropanol extrahiert, wodurch das restliche Chloroformlösungsmittel und jegliche nicht-umgesetzten Komponenten entfernt wurden. Ein bevorzugtes resultierendes Polymer enthielt etwa 81,8 Gew.-% Polysiloxanmakromer, etwa 13,6 % TRIS, etwa 3,6 % 2-Hydroxyethylmethacrylat und etwa 0,9 % EGDMA. Die Kontaktlinse wurde durch das Plazieren der Linse unter geeignetem Vakuum für einen Zeitraum, der ausreichend ist, um im wesentlichen alles Gas aus der Linsenmatrix zu entfernen, entgast. Vollständig hydratisierte entgaste Kontaktlinsen mit dieser Zusammensetzung zeigen eine D_k von etwa 87 barrer, einen Wassergehalt von etwa 19 Gew.-% und einen Elastizitätsmodul von etwa 2,5 MPa. Der Ionoflux-Ionendurchlässigkeitskoeffizient wurde bestimmt und betrug etwa 3,14·10^–5 mm²/min.
Beispiel A-3
Makromersynthese
51,5 g (50 mmol) des Perfluorpolyethers Fomblin^®ZDOL (von Ausimont S.p.A., Mailand, Italien) mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.030 g/mol und enthaltend 1,96 mVal/g Hydroxylgruppen gemäß der Endgruppentitration wurden in einen Dreihalskolben zusammen mit 50 mg Dibutylzinndilaureat eingeführt. Die Kolbeninhalte wurden bei etwa 20 mbar unter Rühren evakuiert und anschließend mit Argon dekomprimiert. Dieser Vorgang wurde zweimal wiederholt. 22,2 g (0,1 mol) frisch destilliertes Isophorondiisocyanat, das unter Argon gehalten wurde, wurde anschließend in einen Gegenstrom von Argon zugegeben. Die Temperatur in dem Kolben wurde unter 30 °C durch Kühlung mit einem Wasserbad gehalten. Nach dem Rühren über Nacht bei Raumtemperatur war die Reaktion vollständig. Isocyanattitration ergab einen NCO-Gehalt von 1,40 mVal/g (Theorie: 1,35 mVal/g).
202 g des α,ω-Hydroxypropyl-terminierten Polydimethylsiloxans KF-6001 von Shin Etsu mit einem mittleren Molekulargewicht von 2.000 g/mol (1,00 mVal/g Hydroxylgruppen gemäß Titration) wurden in einen Kolben eingeführt. Die Kolbeninhalte wurden bei ungefähr 0,1 mbar evakuiert und mit Argon dekomprimiert. Dieser Vorgang wurde zweimal wiederholt. Das entgaste Siloxan wurde in 202 ml frisch destilliertem Toluol, das unter Argon gehalten wurde, gelöst und 100 mg Dibutylzinndilaurat (DBTDL) wurden zugegeben. Nach der vollständigen Homogenisierung der Lösung wurde das gesamte Perfluorpolyether, das mit Isophorondiisocyanat (IPDI) umgesetzt wurde, unter Argon zugegeben. Nach dem Rühren über Nacht bei Raumtemperatur war die Reaktion vollständig. Das Lösungsmittel wurde unter einem hohen Vakuum bei Raumtemperatur abgezogen. Die Mikrotitration zeigte 0,36 mVal/g Hydroxylgruppen (Theorie 0,37 mVal/g). 13,78 g (88,9 mmol) 2-Isocyanatoethylmethacrylat (IEM) wurden unter Argon zu 247 g des α,ω-Hydroxypropyl-terminierten Polysiloxan-Perfluorpolyether-Polysiloxan-Dreiblockcopolymers zugegeben (ein Dreiblockcopolymer im stöchiometrischen Durchschnitt, aber andere Blocklängen liegen ebenso vor). Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur für drei Tage gerührt. Die Mikrotitration zeigte dann nicht länger irgendwelche Isocyanatgruppen (Nachweisgrenze 0,01 mVal/g). 0,34 mVal/g Methacrylgruppen wurden gefunden (Theorie 0,34 mVal/g).
Das Makromer, das in dieser Weise hergestellt wurde, war vollständig farblos und klar. Es kann in Luft bei Raumtemperatur für mehrere Monate in Abwesenheit von Licht ohne irgendeine Veränderung des Molekulargewichts gelagert werden.
Beispiel A-4
Herstellung einer Kontaktlinse
13,0 g Makromer von Beispiel A-3 wurden in 5,6 g Ethanol (Fluka, puriss. p.a.) (70 Gew.-% Lösung) gelöst. Nach der vollständigen Homogenisierung der Lösung wurden 5,2 g 3-Tris(trimethylsilyloxy)silylpropylmethacrylat (TRIS von Shin Etsu, Produkt Nr. KF-2801), 7,8 g frisch destilliertes N,N-Dimethacrylamid (DMA) und 160 mg Photoinitiator DAROCUR^® 1173 (Ciba) zugegeben. Diese Lösung wurde durch eine Teflon-Membran mit einer Porenbreite von 0,45 mm unter einem Argondruck von etwa 1 bis 2 bar filtriert. Die filtrierte Lösung wurde in einem Kolben in flüssigem Stickstoff eingefroren, der Kolben wurde unter hohem Vakuum evakuiert und die Lösung kehrte auf Raumtemperatur mit dem verschlossenen Kolben zurück. Dieser Entgasungsvorgang wurde zweimal wiederholt. Der Kolben, der die Malcromer/Comonomer-Lösung enthielt, wurde dann in eine Glovebox mit einer Inertgasatmosphäre überführt, wo die Lösung in staubfreie Kontaktlinsenformen aus Polypropylen pipettiert wurde. Die Formen wurden geschlossen und die Polymerisationsreaktion durch UV-Stralung (15 mW/cm², 5 min) mit gleichzeitiger Vernetzung bewirkt. Die Formen wurden dann geöffnet und in Ethanol gegeben, was das Ausquellen der resultierenden Linsen aus den Formen bewirkt. Die Linsen wurden für 24 Stunden mit konstant aufgefülltem destilliertem Dichlormethan extrahiert und anschließend in einem hohen Vakuum getrocknet. Die getrockneten Linsen wurden in phosphatgepufferter physiologischer Kochsalzlösung in Autoklav-beständigen Phiolen äquilibriert und dann bei 120 °C für 30 Minuten autoklaviert. Alle physikalischen Datenmessungen wurden auf autoklavierten Linsen durchgeführt. Die in dieser Weise hergestellten Linsen sind durch die folgenden Daten gekennzeichnet: Sauerstoffdurchlässigkeit (D_k): 77 barrer (bestimmt durch das nachstehend beschriebene „Naßverfahren"), Wassergehalt der äquilibrierten Linsen: 32 Gew.-%, Bruchdehnung bei 35 °C: 360 %, Elastizitätsmodul bei 30 °C: 0,5 MPa (gemessen unter Verwendung eines Minimat von Polymer Laboratories, UK). Der Ionoflux-Ionendurchlässigkeitskoeffizient wurde bestimmt und betrug 71,0·10^–6 mm²/min.
Herstellung einer Kontaktlinse
Beispiel A-5
Das unter Beispiel A-4 beschriebene Verfahren zur Herstellung von Kontaktlinsen wurde wiederholt, außer daß ein Gemisch aus Comonomeren mit der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) verwendet wurde:
55 % Makromer von Beispiel B-1
22 % TRIS
22,5 % DMA
0,5 % 2-Hydroxy-3-methacryloxypropyltrimethylammoniumchlorid (Blemer^®QA)
Die hergestellten Linsen sind durch die folgenden Daten gekennzeichnet. Ionoflux-Ionendurchlässigkeitskoeffizient: 8,5·10^–6 mm²/min, O₂D_k: 106 barrer, Wassergehalt: 23 %.
Beispiel A-6
Herstellung einer Kontaktlinse
Die Linsen wurden gemäß den Verfahrensweisen, die in Beispiel A-4 beschrieben sind, hergestellt, außer daß ein Gemisch aus Comonomeren mit der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) verwendet wurde:
60 % Makromer von Beispiel A-3
25 % TRIS
15 % DMA
Die hergestellten Linsen sind durch die folgenden Daten gekennzeichnet. Ionoflux-Ionendurchlässigkeitskoeffizient: 1,5·10^–6 mm²/min, O₂D_k: 130 barrer, Wassergehalt: 7 %.
Beispiel A-7
Makromersynthese
Umsetzung von α,ω-Bis-aminopropyl-dimethylpolysiloxan mit D(+)-Gluconsäure-δ-lacton:
Das Amino-funktionalisierte Polydimethylsiloxan, das für die Synthese eingesetzt werden soll (X-22-161-C, Shin Etsu), wird zunächst in Acetonitril fein dispergiert, extrahiert und dann der Molekulardestillation unterzogen.
Die folgenden Reaktionen finden unter Ausschluß von H₂O statt. 200 g gereinigtes Aminofunktionalisiertes Polydimethylsiloxan (0,375 mVal von NH₂/g; Mn (VPO) 3400–3900 (VPO = Dampfdruckosmometrie)), gelöst in 200 ml absolutem THF, wurden tropfenweise zu einer Suspension aus 13,35 g (75 mmol) D(+)-Gluconsäure-δ-lacton in 50 ml absolutem THF zugegeben und das Gemisch wurde bei 40 °C für etwa 24 Stunden gerührt, bis das Lacton vollständig umgesetzt war. Die Reaktion wurde durch Dünnschichtchromatographie (DC) überwacht: Kieselgel; Isopropanol/H₂O/Ethylacetat 6 : 3 : 1, Färben mit Ce(IV)-Sulfat/Phosphormolybdänsäurelösung (CPS-Reagens). Nach Beendigung der Reaktion wurde die Lösung zur Trockne konzentriert und der Rest wurde unter 3 Pa (0,03 mbar) für 48 Stunden getrocknet. 213,3 g α,ω-Bis(3-gluconamidopropyl)-poly-dimethylsiloxan wurden erhalten. Die Titration der Aminogruppen mit Perchlorsäure zeigte eine mehr als 99,8%ige Umwandlung der Aminogruppen.
Umsetzung von α,ω-Bis-3-gluconamidopropyl-dimethylpolysiloxan mit IEM (Isocyanatoethylmethacrylat):
Das oben erhaltene Produkt (213,3 g) wurde in 800 ml absolutem THF gelöst und die Lösung wurde auf 40 °C unter Zugabe katalytischer Mengen von Dibutylzinndilaurat (DBTDL) erhitzt. 14 g (90 mmol) IEM in 20 ml absolutem THF wurden tropfenweise zu dieser Lösung über einen Zeitraum von etwa 4 Stunden zugegeben. Dies entspricht einer Konzentration von 1,2 Äquivalenten von IEM pro Gluconamideinheit. Die Reaktion wurde im Verlauf von 48 Stunden durchgeführt, während die Gegenwart von NCO-Bindungen durch IR-Spektroskopie überwacht wurde. Die Reaktionslösung wurde konzentriert, und das Produkt in einem braunen Glaskolben unter 3 Pa (0,03 mbar) für 24 Stunden unter Kühlung mit Eis getrocknet. Ausbeute: 227,2 g eines farblosen gummielastischen Produktes mit hoher optischer Transparenz.
Beispiel A-8
Herstellung einer Kontaktlinse
Vor der Polymerisation wurden die eingesetzten Acrylate, N,N-Dimethylacrylamid (DMA) und (3-Methacryloyloxypropyl)-tris(trimethylsilyloxy)silan (TRIS) von Inhibitoren durch Destillation befreit. 0,80 g (8,1 mmol) DMA und 0,804 g (1,9 mmol) TRIS wurden in einen 50-ml-Rundkolben eingewogen, und der Kolben wurde mit N₂ für eine halbe Stunde unter Kühlung mit Eis gespült. 0,80 g Makromer von Beispiel A-7 wurden in einen Rundkolben unter Stickstoff überführt, unter 3 Pa (0,03 mbar) für 24 Stunden entgast, und dann in 2,7 g Ethanol gelöst, das zuvor mit N₂ für eine halbe Stunde gespült wurde. Die anschließende Herstellung der Proben und die Polymerisation wurden in einer Glovebox in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt. Das obige Monomergemisch und die Makromerlösung von Beispiel A-7 wurden unter Zugabe von 0,012 g (0,21 mmol) DAROCUR^®1173 gemischt und das Gemisch wurde der Mikrofiltration (0,45-mm-Filter) unterzogen. 180 μl dieses Gemisches wurden in eine Polypropylenform eingeführt, die dann mit einem geeigneten Deckel aus Polypropylen geschlossen wurde. Das Gemisch wurde dann mit einer UV-A-Quecksilberhochdrucklampe in einer Stickstoffatomosphäre in einem entsprechend ausgestatteten UV-Ofen für 5 Minuten bestrahlt. Die Lampen (alle 5 der Marke TLK40W/10R, Philips) wurden über und unter dem eingebauten Halter angeordnet. Die Strahlungsintensität betrug 14,5 mW/cm².
Die Polypropylenform wurde geöffnet und die fertigen Scheiben oder Linsen wurden durch Einweichen mit einem Lösungsmittelgemisch aus Methylenchlorid und Ethanol (2 : 3) entfernt. Die Linsen und Scheiben wurden in Ethanol bei Raumtemperatur in speziellen Polypropylenkäfigen für 48 Stunden extrahiert und dann bei 40 °C unter 10 Pa (0,1 mbar) für 24 Stunden getrocknet (Autoklavieren bei 120 °C, 30 Minuten). Die Scheiben zeigten einen E-Modul von 0,7 MPa, eine Sauerstoffdurchlässigkeit von 96 barrer, eine Härte (Shore A) von 53 und einen Ionoflux 27,0·10^–6 mm²/min.
II. Erzeugung von plasmagepfropften Beschichtungen
Beispiel B-1
Plasmainduzierte Polymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon (Poly-NVP-Beschichtung Typ 1)
Die Substrate, umfassend zwei Linsen von Beispiel A-2, zwei Linsen von Beispiel A-4, zwei Linsen von Beispiel A-5 und zwei Linsen von Beispiel A-8, wurden nach der Extraktion in Isopropanol und dem Trocknen auf einen Glashalter in dem Plasmareaktor gegeben. Der Abstand zwischen den Substraten und der unteren Kante der Plasmazone betrug 25 cm. Der Reaktor wurde auf einen Druck von 0,010 mbar evakuiert und bei diesen Bedingungen für eine Stunde gehalten. Dann wurde die Argongasfließgeschwindigkeit in der Plasmazone des Reaktors auf 40 sccm eingestellt, der Druck in dem Reaktor auf 0,3 mbar eingestellt und der RF-Generator (27,12 MHz Radiofrequenzgenerator, HFA Koppold & Co., Höhenkirchen, Deutschland) angeschalten. Eine Plasmaentladung mit einer Leistung von 100 Watt wurde für einen Gesamtzeitraum von 1 Minute beibehalten. Danach wurden die folgenden Parameter für die plasmainduzierte Polymerisation von NVP eingehalten: Argonfließgeschwindigkeit für Plasmaanregung: 30 sccm, Argonträgergasfließgeschwindigkeit für Monomer- (NVP-) -transport: 50 sccm, Temperatur der Monomer- (NVP-) -verdampfungseinheit: 45 °C, Druck: 0,35 mbar und Plasmaleistung: 60 W. Nach 10 Minuten Abscheidung wurde die Plasmaentladung unterbrochen, der Reaktor evakuiert und für 30 Minuten bei einem Druck von 0,010 mbar gehalten. Der Innendruck wurde dann auf Atmosphärendruck unter Verwendung von trockenem Stickstoff gebracht.
Die Substrate wurden dann umgedreht und die ganze Verfahrensweise wiederholt, um die andere Seite der Substrate zu beschichten.
Die Proben wurden dann aus dem Reaktor entnommen, in HPLC-Wasser extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessung analysiert. Die Dicke der Beschichtungen liegt in dem Bereich von 160 bis 200 nm, wie durch Ellipsometrie auf analogen Beschichtungen bestimmt wurde, die auf Silciumwafern abgeschieden worden sind.
Analyse der modifizierten Substrate:
Beispiel B-2
Plasmainduzierte Polymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon (Poly-NVP-Beschichtung Typ 2)
Analog zu Beispiel B-1 wurden die Substrate, umfassend zwei Linsen von Beispiel A-2, zwei Linsen von Beispiel A-4 und zwei Linsen von Beispiel A-8, nach der Extraktion in Isopropanol und dem Trocknen auf einen Glashalter gegeben, der in dem Reaktor mit einem Abstand von 20 cm von der unteren Kante der Plasmazone positioniert war. Nachdem die Proben befestigt worden sind, wurde der Druck in dem System auf 0,010 mbar verringert und bei diesen Bedingungen für eine Stunde gehalten. Dann wurde die Argonplasmagasfließgeschwindigkeit in der Plasmazone des Reaktors auf 40 sccm eingestellt, der Druck in dem Reaktor auf 0,2 mbar eingestellt und der RF-Generator angeschalten. Die Plasmaentladung mit einer Leistung von 100 Watt wurde für einen Gesamtzeitraum von 1 Minute gehalten. Nach diesem Vorbehandlungszeitraum wurden die folgenden Parameter für das plasmainduzierte Pfropfen von NVP eingestellt: Argonfließgeschwindigkeit für Plasmaanregung: 20 sccm, Argonträgergasfließgeschwindigkeit für Monomer- (NVP-) -transport: 25 sccm, Temperatur der Monomer- (NVP-) -verdampfungseinheit: 40 °C, Druck: 0,30 mbar und Abstand zwischen der unteren Kante der Plasmazone und den Substraten: 15 cm. Die Pfropfpolymerisation wurde bei einer Plasmaleistung von 100 W für 7,5 Minuten durchgeführt. Am Ende des Reaktionszeitraums wurde der Grunddruck von 0,010 mbar wiederhergestellt und für 30 Minuten gehalten.
Der Grunddruck wurde dann auf Atmosphärendruck unter Verwendung von trockenem Stickstoff gebracht.
Die Substrate wurden dann umgedreht und die ganze Verfahrensweise wiederholt, um die andere Seite der Substrate zu beschichten.
Die Proben wurden dann aus dem Reaktor entnommen, in HPLC-Wasser extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessung analysiert.
– Bestimmung der Beschichtungsdicke durch Rasterkraftmikroskopie (AFM):
Gemäß der oben dargestellten Verfahrensweise wurde eine Kontaktlinse mit PVP beschichtet. Vor der Exponierung der Plasmabehandlung ist die Hälfte der Linse fest mit einem dünnen Teflon-Film bedeckt worden, um die Polymerabscheidung auf diesem Teil der Linse zu verhindern. Nach der Entfernung der Teflon-Abschirmung und Autoklavieren bei 121 °C/30 Minuten in phosphatgepufferter Kochsalzlösung bei pH 7,4 wurde die Oberfläche der hydratisierten Linse durch AFM im Tipmodus (tapping mode) untersucht. Der Schritt zwischen der beschichteten und unbeschichteten Fläche auf der Linsenoberfläche kann daher deutlich identifiziert werden. Die Höhe des Schritts, die der Beschichtungsdicke entspricht, ist in dem Bereich von 60 bis 70 nm festgestellt worden.
Analyse der modifizierten Substrate:
Beispiel B-3
Plasmainduzierte Polymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon (Poly-NVP-Beschichtung Typ 3)
Analog zu Beispiel B-1 wurden die Substrate, umfassend zwei Linsen aus Beispiel A-2, zwei Linsen aus Beispiel A-5, zwei Linsen aus Beispiel A-8 sowie zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm), nach der Extraktion in Isopropanol und dem Trocknen auf den Glashalter gegeben und in dem Plasmareaktor mit einem Abstand von 10 cm von der unteren Kante der Plasmazone positioniert. Der Reaktor wurde dann auf 0,010 mbar evakuiert und bei diesem Druck für eine Stunde gehalten. Die Oberflächen der Substrate wurden dann mit Argonplasma aktiviert, betrieben bei einer Plasmaleistung von 170 W, Argonfließgeschwindigkeit von 20 sccm und einem Druck von 0,15 mbar für 1 Minute. Danach wurde NVP-Dampf in die Reaktorkamer aus dem NVP-Reservoir (gehalten bei 40 °C) bei 0,25 mbar für 2 Minuten eingeführt. Die Argonfließgeschwindigkeit in der Plasmazone sowie die Argonfließgeschwindigkeit durch die NVP-Quelle (Trägergas) wurden auf 10 sccm eingestellt, der Druck in dem Reaktor auf 0,35 mbar eingestellt und der RF-Generator angeschalten. Die plasmainduzierte Polymerisation von NVP wurde bei einer Plasmaleistung von 150 W für 10 Minuten durchgeführt. Am Ende des Reaktionszeitraums wurde der Grunddruck von 0,010 mbar wiederhergestellt und für 30 Minuten gehalten. Trockener Stickstoff wurde dann verwendet, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu entspannen. Nach dem Beschichten der anderen Seite der Substrate mittels derselben Verfahrensweise wurden die Substrate aus dem Reaktor entnommen, in HPLC-Wasser extrahiert und durch AFM, ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessung analysiert. Die Dicke der Beschichtungen liegt in dem Bereich von 40 bis 50 nm (bestimmt durch AFM).
Analyse der modifizierten Substrate:
Bestimmung der thermooxidativen und hydrolytischen Stabilität der Beschichtung und ihre Beständigkeit gegen Abblättern unter Scherkräften:
Gemäß der oben dargestellten Verfahrensweise wurden die Kontaktlinsen mit PVP beschichtet. Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion (FTIR-ATR-Spektroskopie) wurden zur Bestimmung der Beschichtungseinheitlichkeit und Beschichtungsdicke vor und nach einigen Abrieb- und Belastungstests eingesetzt. FTIR-ATR-Messungen zeigen, daß die Beschichtungsdicke während des Autoklavierens unverändert bleibt und keine Mikrorißbildung oder Teilabblättern der Beschichtungsschicht durch AFM festgestellt wurde. Nach 5 wiederholten Quell- (Wasser) und Trocknungszyklen, die beträchtliche Scherkräfte auf die Linsen/Beschichtungs-Grenzfläche aufgrund der unterschiedlichen Quellfaktoren ausüben, wurde keine Verringerung der Beschichtungsdicke oder des teilweisen oder stückweisen Abblätterns durch FTIR-ATR- oder AFM-Untersuchungen festgestellt.
Beispiel B-4
Plasmainduzierte Polymerisation von N,N-Dimethylacrylamid (Poly-DMA-Beschichtung Typ 1)
Die Substrate, die in diesem Beispiel verwendet wurden, sind: zwei Linsen von Beispiel A-2, zwei Linsen von Beispiel A-4 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm). Die Substrate wurden in den Reaktor mit einem Abstand von 16 cm von der unteren Kante der Plasmazone gegeben. Der Reaktor wurde dann auf einen Druck von 0,012 mbar evakuiert und bei diesem Druck für 40 Minuten gehalten. Die Argonplasmagasfließgeschwindigkeit in der Plasmazone wurde auf 20 sccm eingestellt, der Druck in dem Reaktor auf 0,15 mbar eingestellt und der RF-Generator angeschalten. Die Plasmaentladung bei einer Leistung von 170 W wurde für einen Gesamtzeitraum von 1 Minute gehalten, und dann wurde der Reaktor erneut auf einen Druck von 0,060 mbar evakuiert. Danach wurde der DMA-Dampf in den Reaktor bei 0,25 mbar aus dem temperierten (30 °C) DMA-Reservoir für 2 Minuten eingeführt. Die Argonfließgeschwindigkeit in der Plasmazone sowie die Argonfließgeschwindigkeit durch das DMA-Reservoir, gehalten bei 30 °C, wurde dann auf 10 sccm eingestellt, der Druck in dem Reaktor auf 0,30 mbar eingestellt und das Plasma initiiert. DMA wurde für 10 Minuten bei einer Plasmaentladungsleistung von 150 W polymerisiert. Am Ende des Reaktionszeitraums wurde der Grunddruck von 0,012 mbar wiederhergestellt und für 30 Minuten gehalten.
Der Reaktordruck wurde dann auf Atmosphärendruck mit Stickstoff erhöht. Nach dem Beschichten der anderen Seite der Substrate mittels derselben Verfahrensweise wurden die Substrate in destilliertem Wasser gewaschen, mit HPLC-Wasser extrahiert und analysiert.
Analyse der modifizierten Substrate:
Beispiel B-5
Plasmainduzierte Polymerisation von N,N-Dimethylacrylamid (Poly-DMA-Beschichtung Typ 2)
Die plasmainduzierte Polymerisation von DMA auf zwei Linsen von Beispiel A-5 und zwei Linsen von Beispiel A-8 wurde gemäß Beispiel B-4 durchgeführt, aber ein Druck von 0,35 mbar anstelle von 0,30 mbar für das plasmainduzierte DMA-Abscheidungsverfahren verwendet.
Analyse der modifizierten Substrate:
Beispiel B-6
Plasmainduzierte Polymerisation von 2-Hydroxyethylmethacrylat (Poly-HEMA-Beschichtung)
Die Substrate, die in diesem Beispiel verwendet wurden, sind: zwei Linsen von Beispiel A-2, zwei Linsen von Beispiel A-4, zwei Linsen von Beispiel A-8 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm). Das plasmainduzierte Polymerisationsverfahren mit diesem Monomer entspricht dem plasmainduzierten DMA-Polymerisationsverfahren von Beispiel B-5, aber anstelle einer Plasmaentladungsleistung von 150 W, die für die DMA-Polymerisation verwendet wird, wurde ein Leistung von 110 W für die plasmainduzierte 2-HEMA-Polymerisation verwendet.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
Beispiel B-7
Plasmainduzierte Polymerisation von N-Acryloylmorpholin (Poly-NAM-Beschichtung)
Ein Silikongummifilm mit einer Größe von 1 cm·2 cm wurde als Substrat verwendet. Die plasmainduzierte Polymerisation von NAM wurde analog zu der plasmainduzierten Polymerisation von DMA in Beispiel B-4 durchgeführt, aber die NAM-Reservoir-Temperatur wurde bei 50 °C während der gesamten Zeit der Einführung von NAM-Dampf in den Plasmareaktor gehalten. Anstelle einer Plasmaleistung von 150 W und einem Druck von 0,30 mbar wurden eine Plasmaleistung von 240 W und ein Druck von 0,25 mbar während dieses plasmainduziertes Polymerisationsverfahrens angewendet.

Kontaktwinkel auf dem Silikongummifilm gemäß dieser Beschichtung: 24° Adv./16° Rec./8° Hysterese.

Beispiel B-8
Plasmainduzierte Polymerisation von Methacrylsäure (Poly-MAA-Beschichtung)
Die Substrate, umfassend zwei Linsen von Beispiel A-6, zwei Linsen von Beispiel A-8 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm) wurden nach der Extraktion in Isopropanol auf einen Glashalter gegeben und in dem Plasmareaktor mit einem Abstand von 16 cm von der unteren Kante der Plasmazone positioniert. Nach dem Evakuieren des Reaktors für 40 Minuten bei 0,010 mbar wurde Argonplasma zum Reinigen und Aktivieren der Substrate verwendet. Parameter, die für die Argonplasmaaktivierung verwendet werden, sind die folgenden: Argonfließgeschwindigkeit: 20 sccm, Druck: 0,15 mbar, Plasmaleistung: 170 W und die Plasmadauer betrug 1 Minute. Dann wurde MAA-Dampf in den Reaktor bei 0,25 mbar aus einem abgekühlten (0 °C) MAA-Reservoir für zwei Minuten eingeführt. Die plasmainduzierte Polymerisation von MAA wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Argonfließgeschwindigkeit für Plasmaanregung: 10 sccm, Argonträgergasfließgeschwindigkeit für Monomer- (MAA-) -transport: 10 sccm, Temperatur der Monomerverdampfungseinheit: 0 °C, Druck: 0,35 mbar und Plasmaleistung: 150 W. Die Plasmaentladung wurde für einen Gesamtzeitraum von 10 Minuten gehalten. Nach dieser Zeit wurde der Reaktor evakuiert und für 30 Minuten bei einem Druck von 0,010 mbar gehalten. Der Innendruck wurde dann auf Atmosphärendruck unter Verwendung von trockenem Stickstoff erhöht, die Substrate wurden umgedreht und dieselbe Verfahrensweise wurde verwendet, um die andere Seite der Substrate zu beschichten.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
Beispiel B-9
Plasmainduzierte Polymerisation von 4-Vinylpyrridin (Poly-4-VPY-Beschichtung)
Das Verfahren, das in Beispiel B-8 für die plasmainduzierte Polymerisation von MAA beschrieben ist, wurde für die plasmainduzierte Polymerisation von 4-VPY auf denselben Substraten wiederholt.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
Beispiel B-10
Plasmainduzierte Polymerisation von 2-Hydroxyethylacrylat (Poly-HEA-Beschichtung)
Das Verfahren, das in Beispiel B-8 beschrieben ist, wurde für diese plasmainduzierte Polymerisation auf einem Silikongummifilm wiederholt, aber die Temperatur der Monomerverdampfungseinheit wurde bei 25 °C während des gesamten Polymerisationsverfahrens gehalten.
III Herstellung einer „beidseitig"-beschichteten Kontaktlinse
Beispiel B-11
Plasmainduzierte Polymerisation von Methylmethacrylat (Poly-MMA-Beschichtung) auf der einen Seite und N-Vinyl-2-pyrrolidon (Poly-NVP-Beschichtung Typ 3) auf der anderen Seite eines Substrats
Die Substrate, umfassend vier Linsen von Beispiel A-6 und vier Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm) wurden nach der Extraktion in Isopropanol auf einen Glashalter gegeben und in dem Plasmareaktor mit einem Abstand von 8 cm von der unteren Kante der Plasmazone positioniert. Nach dem Evakuieren des Reaktors für 40 Minuten bei 0,010 mbar wurde Argonplasma zum Reinigen und Aktivieren der Substrate verwendet. Die Parameter, die für die Argonplasmaaktivierung verwendet wurden, sind die folgenden: Argonfließgeschwindigkeit: 20 sccm, Druck: 0,08 mbar, Plasmaleistung: 170 W, und die Plasmadauer betrug 1 Minute. Dann wurde der MMA-Dampf in den Reaktor bei 0,25 mbar aus einem gekühlten (–35 °C) MMA-Reservoir für zwei Minuten eingeführt. Die plasmainduzierte Polymerisation von MMA wurde dann unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Argonfließgeschwindigkeit für Plasmaanregung: 10 sccm, Argonträgergasfließgeschwindigkeit für Monomer(MMA-) -transport: 5 sccm, Temperatur der Monomerverdampfungseinheit: –35 °C, Druck: 0,35 mbar und Plasmaleistung: 150 W. Die Plasmaentladung wurde für eine Gesamtzeit von 10 Minuten gehalten. Nach dieser Zeit wurde die Plasmaentaldung unterbrochen, der Reaktor evakuiert und für 30 Minuten bei einem Druck von 0,010 mbar gehalten. Der Innendruck wurde dann auf Atmosphärendruck unter Verwendung von trockenem Stickstoff gebracht, die Substrate wurden umgedreht und die Verfahrensweise, die in Beispiel B-3 beschrieben ist, wurde verwendet, um die andere Seite der Substrate zu beschichten. Die Struktur der beiden Beschichtungen wurde durch ATR-FTIR-Spektroskopie bestimmt.
IV. Herstellung einer Laminatbeschichtung
Beispiel B-12
Plasmainduzierte Polymerisation von N,N-Dimethylacrylamid (Poly-DMA-Beschichtung) auf Substraten die bereits mit Poly-NVP3-Beschichtung beschichtet sind
Zwei Linsen von Beispiel A-4, zwei Linsen von Beispiel A-6 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm) wurden mit Poly-NVP3-Beschichtung gemäß Beispiel B-3 beschichtet, aber anstelle von 10 Minuten betrug die Beschichtungszeit nur 5 Minuten. Danach wurden die Substrate nicht aus dem Reaktor entnommen, mit Poly-DMA gemäß Beispiel B-4 jedoch ebenso nur für 5 Minuten weiter beschichtet. Beide Beschichtungen sind deutlich auf den Substratoberflächen durch ATR-FTIR-Spektroskopie nachweisbar.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
V. Herstellung einer Copolymerbeschichtung
Beispiel B-13
Plasmainduzierte Polymerisation eines Gemisches aus N,N-Dimethylacrylamid und N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat (Poly-DMA-poly-DMAEMA-Beschichtung)
Zwei Linsen von Beispiel A-4, zwei Linsen von Beispiel A-6 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm) wurden gemäß Beispiel B-4 beschichtet, aber anstelle von DMA wurde ein Gemisch aus DMA und DMAEMA in einem Verhältnis von 1 : 1 als Monomerquelle für das plasmainduzierte Pfropfen verwendet.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
VI. Herstellung einer vernetzten Copolymerbeschichtung
Beispiel B-14
Plasmainduzierte Polymerisation eines Gemisches aus 2-Hydroxyethylmethacrylat (80 %) und Ethylenglykoldimethacrylat (20 %) (vernetzte Poly-HEMA-Beschichtung)
Zwei Linsen von Beispiel A-4, zwei Linsen von Beispiel A-6 und zwei Stücke eines Silikongummifilms (2 cm·1 cm) wurden gemäß Beispiel B-6 beschichtet, aber anstelle von HEMA wurde ein Gemisch aus HEMA und EGDMA in einem Volumenverhältnis von 4 : 1 als Monomerquelle für das plasmainduzierte Pfropfen verwendet.
Kontaktwinkel auf den modifizierten Substraten:
VII. Bestimmung der Wiederholungseinheiten in den plasmainduzierten Beschichtungen
Beispiel C-1
Herstellung einer Kalibrierungskurve in bezug auf FTIR-ATR-Absorption von sich wiederholenden Poly-vinyl-pyrrolidon-Struktureinheiten
Um den Umfang der Vinylpolymerstrukturen innerhalb der Beschichtungen, hergestellt durch Nachglüh-Pfropfpolymerisation von N-Vinylpyrrolidon (NVP) mit 4-Vinylpyridin (NVPy), quantitativ zu bestimmen, wurden einige regelmäßige Copolymere von NVP und NVPy gemäß der folgenden Standardpolymerisationsverfahrensweisen hergestellt (10 % Lösung in Ethanol, AIBN (α,α'-Azoisobutyronitril) als Katalysator, 70 °C, 8 h Reaktionszeit).
Die PVP-Gehalte von diesen Copolymeren wurden durch ¹H-NMR bestimmt. Die Beschichtungen von Copolymeren wurden dann durch Aufschleudern der entsprechenden Ethanollösungen auf 40 μm dickem Polypropylenfilm (PP-Film) hergestellt. Die Dicke einer Copolymerbeschichtung wurde auf 120 bis 140 nm eingestellt. FTIR-ATR-Spektren der Copolymerbeschichtungen auf PP wurden unter Verwendung eines Germaniumkristalls aufgenommen. Extinktionen der Carbonylgruppen der PVP-Segmente bei 1.670 cm^–1 und der -CH-Gruppen der darunterliegenden PP-Filme wurden bestimmt. Für drei Messungen auf jedem Copolymerfilm wurden die relativen Extinktionen E₁/E₂ berechnet. Die Durchschnittswerte für E₁/E₂ können dann gegen die PVP-Gehalte der Copolymere grafisch aufgezeichnet werden.
Tabelle I zeigt die Daten, die durch die obige Verfahrensweise erhalten wurden. Folglich kann der PVP-Gehalt in Gew.-% mit der relativen Extinktion (E₁/E₂) korreliert werden. Die lineare Regression, die aus der Korrelation resultiert, liest sich folgendermaßen: y = 0,4913 x – 33,714,worin y die relative Extinktion E₁/E₂ ist und x den PVP-Gehalt in Gew.-% darstellt.
Die Regression wird unten (Beispiel C-2) für die quantitative Bestimmung der PVP-Wiederholungseinheiten in der Beschichtung, die in dem plasmainduzierten Nachglüh-Beschichtungsverfahren erhalten wurde, verwendet.
Tabelle I
Beispiel C-2
Bestimmung des Gehalts an PVP-Strukturelementen in Nachglühplasma-gepfropften PVP-Beschichtungen.
Gemäß den Verfahrensweisen, die in den Beispielen B-1 und B-3 dargestellt sind, wurden plasmainduzierte PVP-Beschichtungen auf 40 μm dicken PP-Filmen hergestellt. Die Daten aus den FTIR-ATR-Extinktionen der PVP-Segmente in den Beschichtungsmaterialien wurden bestimmt, wie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben. Unter Verwendung der obigen Kalibrierungskurve (siehe Beispiel C-1) wurde der Prozentsatz der PVP-Wiederholungseinheiten auf der Basis ihrer relativen Extinktionen berechnet. Folglich betrug der PVP-Gehalt, der in dem plasmainduzierten Nachglüh-Verfahren erhalten wurde, 97,9, 88,7 bzw. 87,4 % (siehe Tabelle II).
Tabelle II
Verlängerte Exponierungszeiten, die für dickere Beschichtungen (120 bis 140 nm) benötigt werden, verringern den Gehalt an PVP-Wiederholungseinheiten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines biomedizinischen Gegenstandes, der zumindest teilweise mit einer polymeren Beschichtung, die Polymerketten umfaßt, beschichtet wird, wobei das Verfahren die Durchführung einer Nachglühplasma-induzierten Polymerisation einer Vinylverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Vinylpyrrolidon, N,N-Dimethylacrylamid, Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, (Meth)acrylsäure, 2-Hydroxyethylacrylat, Vinylpyridin, N-Acryloylmorpholin und Gemischen davon, auf dem Gegenstandssubstrat unter Verwendung eines gepulsten Plasmas mit einer elektrischen Leistung von 40 bis 300 Watt umfaßt, wobei das Gegenstandssubstrat in einem Abstand von 8 bis 30 cm und der Monomereinlaß in einem Abstand von 6 bis 25 cm jeweils stromabwärts außerhalb der Plasmazone positioniert ist, wobei die Polymerketten der Beschichtung aus 70 % bis 98 % Wiederholungseinheiten, die in der Struktur identisch zu den Wiederholungseinheiten sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation der Vinylverbindung erhalten wurden, und aus 2 % bis 30 % Wiederholungseinheiten bestehen, die Stellen der Vernetzung oder kovalenten Bindung an das Gegenstandssubstrat sind; wobei der Prozentsatz an Wiederholungseinheiten durch Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion (FTIR-ATR-Spektroskopie) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei 76 % bis 98 %, vorzugsweise 82 % bis 98 % der Wiederholungseinheiten in der Struktur identisch zu den Wiederholungseinheiten sind, die durch Nicht-Plasma-Radikalkettenpolymerisation eines Monomers erhalten werden, und wobei 2 % bis 24 %, vorzugsweise 2 bis 18 % der Wiederholungseinheiten Stellen der Vernetzung und/oder kovalenten Bindung an das Substrat darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vinylverbindung N-Vinylpyrrolidon ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Monomere zur Bildung der polymeren Beschichtung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der biomedizinische Gegenstand eine ophthalmische Vorrichtung zur Korrektur des Sehvermögens ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der biomedizinische Gegenstand eine Kontaktlinse, eine intraokulare Linse oder ein Linsenhornhautimplantat (künstliche Augenhornhaut) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Linse oder der Implantatkörper Polysiloxan- und/oder Perfluoralkylgruppen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorder- und die Rückfläche der Linse oder des Implantats jeweils mit einem unterschiedlichen Polymer beschichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Plasma ein Gleichstrom- (DC-), Radiofrequenz- (RF-) oder Mikrowellen- (MV-) -Plasma ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Plasma ein RF-Plasma mit induktiver Kopplung ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Frequenz (RF) 13,6 oder 27,12 MHz beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Abstand des Substrats stromabwärts der Plasmazone 10 bis 25 cm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Abstand des Monomereinlasses stromabwärts der Plasmazone 8 bis 20 cm beträgt.