JP4950168B2 - ポリシロキサンベースのプレポリマーおよびヒドロゲル - Google Patents

ポリシロキサンベースのプレポリマーおよびヒドロゲル Download PDF

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Description

関連出願についての相互参照
発明の詳細な説明
この出願は、2007年12月28日に出願された台湾出願第096150791号の優先権を主張する。
発明の背景
１.発明の分野
本発明はポリシロキサンベースのプレポリマー、より具体的には三次元ネットワーク構造を持ったポリシロキサンベースのプレポリマーに関する。本発明は、先述のポリシロキサンベースのプレポリマーから作られ、コンタクトレンズの調製のために使用されるヒドロゲルにも関する。
２.関連技術の記載
コンタクトレンズの酸素透過性を向上させるために、シリコーン含有ヒドロゲル材料が次第にコンタクトレンズの調製に用いられている。US 5,387,632は、(a)：
Figure 0004950168
(ここで、AおよびA’は独立にアクリル酸またはメチルアクリル酸のエステルまたはアミドであり、R1ないしR10は独立に1ないし10個の炭素を持つアルキル、フルオロアルキル、アルコール、エーテルもしくはフルオロエーテル基、または6〜18個の炭素を持つ芳香族基であり、m、n、およびpは独立に0ないし200であり、m + n + pは23ないし200であり、aおよびbは独立に1ないし10である) で示されるアクリルでキャップされたポリシロキサンプレポリマーと、(b) 嵩高いポリシロキサニルアルキル (メタ)アクリレートモノマーと、(c) 少なくとも1つの親水性モノマーと
を含有するモノマー混合物の重合生成物から作られた、シリコーン含有ヒドロゲル材料から作られたコンタクトレンズを開示する。
US 6,586,548は、(a) イタコネート、(メタ)アクリレート、フマレート、およびスチレン類(styrenics)からなる群より選択される少なくとも1つのモノマーと、(b) エチレン性不飽和ラジカルを含有するPOSS化合物を持つ少なくとも1つのモノマーと、(c) 少なくとも1つのエチレン性不飽和有機シロキサンモノマーとを持った混合物を重合させることによって作られる生体適合性コポリマーを開示する。前記生体適合性コポリマーは優れた靭性および十分な酸素透過性を示すが、そのモジュラスは1000 MPaを超え、望ましくなくも装着快適性を損なってしまう。
それ故に、十分な酸素透過性、濡れ性、および低いモジュラスを示すヒドロゲルのための需要が存在する。
発明の概要
この発明の1つの側面によれば、三次元ネットワーク構造のポリシロキサンベースのプレポリマーは第1の混合物の加水分解-縮合によって作られ、前記第１の混合物は、
(a) 以下の式(I)：
Figure 0004950168
(ここで、R11、R12、R13およびR14は独立にC1〜C8アルキル基である) を持つテトラアルコキシ化合物と、
(b) 以下の式(II)：
Figure 0004950168
(ここで、R21、R22およびR23は独立にC1〜C6アルキル基であり、R24はC1〜C6アルキル基、シアノ基、または水素であり、XはC1〜C4 アルキレン、単結合、
Figure 0004950168
または、
Figure 0004950168
である) を持つエチレン性不飽和有機シロキサンモノマーと、
(c) 以下の式(III)：
Figure 0004950168
(ここで、YはC2〜C4アルキレン基であり、Z1およびZ2は、独立に単結合またはC1〜C4アルキレン基を示し、R31、R32、R33、R34、R35およびR36は独立にC1〜C6アルキル基を示し、dは3ないし90の範囲の整数である) を持つ親水性ケイ素含有多官能性モノマーと
を含む。
この発明の他の側面によれば、ヒドロゲルはコンタクトレンズの調製のために使用され、
(a) 先述したポリシロキサンベースのプレポリマーと、
(b) 以下の式(V)：
Figure 0004950168
(ここで、DはO、NH、SまたはCH2を示し、EはOまたは単結合を示し、R60はH、CH3、ph、(CH2)iCH3, CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、R61、R62、およびR63は独立にH、CH3、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3、Cph2CH3、O[Si(CH3)2O]jSi(CH3)3またはOSiR66R67R68(ここで、R66、R67、およびR68は独立にH、CH3または(CH2)iCH3)を示す)を示し、R64およびR65は独立にH、OH、CH3、ph、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、gは0ないし2の整数であり、eは0ないし5の整数であり、fは0ないし10の整数であり、phはフェニルを示し、iおよびjは独立に1ないし10の整数を示す) を持つアクリル化ケイ素含有モノマーと、
(c) エチレン性不飽和親水性モノマーと
を含む第2の混合物を重合させることによって作られる。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図画を参照して、以下のこの発明の好ましい態様の詳細な記述から明らかとなるであろう。
図１は、この発明によるヒドロゲルサンプルの態様の調製のために使用される成形デバイスを示す。 図２は、この発明によるヒドロゲルサンプルについてのサンプル領域における細胞を示す図である。 図３は、この発明によるヒドロゲルサンプルについての拡散領域における細胞を示す図である。 図４は、陽性対照サンプルについてのサンプル領域における細胞を示す図である。 図５は、陽性対照サンプルについての拡散領域における細胞を示す図である。 図６は、陰性対照サンプルについてのサンプル領域における細胞を示す図である。 図７は、陰性対照サンプルのための拡散領域における細胞を示す図である。
好ましい態様の詳細な記述
本発明による三次元ネットワーク構造のポリシロキサンベースのプレポリマーは、
(a) 以下の式(I)：
Figure 0004950168
(ここで、ここで、R11、R12、R13およびR14は独立にC1〜C8アルキル基) を持つテトラアルコキシシラン化合物と、
以下の式(II)：
Figure 0004950168
(ここで、R21、R22およびR23は独立にC1〜C6アルキル基であり、R24はC1〜C6アルキル基、シアノ基、または水素であり、XはC1〜C4 アルキレン、単結合
Figure 0004950168
または、
Figure 0004950168
である) を持つエチレン性不飽和有機シロキサンモノマーと、
(c) 以下の式(III)：
Figure 0004950168
(ここで、YはC2〜C4アルキレン基であり、Z1およびZ2は、独立に単結合またはC1〜C4アルキレン基を示し、 R31、R32、R33、R34、R35およびR36は独立にC1〜C6アルキル基を示し、dは3ないし90の範囲の整数である) を持つ親水性ケイ素含有多官能性モノマーと
を含む第1の混合物の加水分解-縮合によって製造される。
好ましくは、式(III)の親水性ケイ素含有多官能性モノマー対テトラアルコキシシラン対エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーのモル比は1:2〜22:2〜40、より好ましくは1:3〜20:3〜35、最も好ましくは1:4〜18:4〜30である。1:2〜22:2〜40のモル比内で、エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーの不飽和官能基の殆どは、反応後に三次元ネットワーク構造のポリシロキサンベースのプレポリマーの表面に存在し、それによりヒドロゲルの調製のためのその後の重合を容易にする反応基を与えるであろう。
好ましくは、テトラアルコキシシラン化合物は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、またはテトライソプロポキシシランである。この発明の例において、テトラアルコキシシラン化合物はテトラエトキシシランである。
好ましくは、エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーは、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、または3-トリメトキシシリルプロピルメタクリレートである。この発明の例において、エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーは、ビニルトリメトキシシランである。
好ましくは、親水性ケイ素含有多官能性モノマーは、以下の式(IV)
Figure 0004950168
(ここでR41、R42、およびR43は独立にC1〜C6アルキルを示し、Z0は単結合またはC1〜C4アルキレンである) によって示される、イソシアナート置換(トリアルコキシ)シランと、
ポリエーテルジオールとを反応させることによって調製される。
好ましくは、イソシアナート置換(トリアルコキシ)シランは、イソシアナートプロピルトリエトキシシランまたはイソシアナートプロピルトリメトキシシランである。
好ましくは、ポリエーテルジオールは200ないし4,000、より好ましくは350ないし2500の範囲の分子量を持つ。この発明の態様において、ポリエーテルジオールはポリエチレングリコールである。
重合の間、好ましくは、限定されないが、テトラアルコキシシラン化合物は最初に親水性ケイ素含有多官能性モノマーと混合され、その後にエチレン性不飽和有機シロキサンモノマーの添加が続く。
任意で、必要ならば、シラン例えばヘッドウェイ(Headway)から市販されている製品番号AB-8638のトリアルコキシ四級アンモニウムシラン、およびデグッサ(Degussa)から市販されている1H,1H,2H,2H-ペルフルオロオクチルトリエトキシシランは、例えばこの発明のヒドロゲルのために抗菌性および脂質耐性を与えるために、第１の混合物に添加され得る。式(III)の親水性ケイ素含有多官能性モノマー対テトラアルコキシシラン対エチレン性不飽和有機シロキサンモノマー対前記追加のシランのモル比は、1:2〜22:2〜40:0〜10である。
好ましくは、加水分解-縮合反応は、2ないし5または8ないし12、好ましくは2ないし4または9ないし11の範囲のpH値のもと、20ないし60℃、好ましくは30ないし50℃の範囲の温度で実行される。好ましくは、反応は4ないし24時間、より好ましくは7ないし18時間で実施される。
こうして得られたポリシロキサンベースのプレポリマーは、ヒドロゲルの調製のために使用され得る。本発明のヒドロゲルは、第2の混合物のフリーラジカル連鎖重合の生成物である。第2の混合物は、
(a) 先述したポリシロキサンベースのプレポリマーと、
(b) 以下の式(V)：
Figure 0004950168
(ここで、DはO、NH、SまたはCH2を示し、EはOまたは単結合を示し、R60はH、CH3、ph、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、R61、R62、およびR63は独立にH、CH3、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3、Cph2CH3、O[Si(CH3)2O]jSi(CH3)3またはOSiR66R67R68(ここで、R66、R67、およびR68は独立にH、CH3または(CH2)iCH3)を示す)を示し、R64およびR65は独立にH、OH、CH3、ph、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、gは0ないし2の整数であり、eは0ないし5の整数であり、fは0ないし10の整数であり、phはフェニルを示し、iおよびjは独立に1ないし10の整数を示す) を持つアクリル化ケイ素含有モノマーと、
(c) エチレン性不飽和親水性モノマーと
を含む。
好ましくは、第2の混合物の総重量基準で、ポリシロキサンベースのプレポリマーは、3ないし50 wt%、より好ましく5ないし40 wt%、最も好ましくは10ないし30 wt%.の範囲の量で存在する。
好ましくは、第2の混合物の総重量基準で、アクリル化ケイ素含有モノマーは、10ないし50 wt%、より好ましくは15 to 40 wt%、最も好ましくは20ないし30 wt%の範囲の量で存在する。
好ましくは、第2の混合物の総重量基準で、エチレン性不飽和親水性モノマーは、20ないし60 wt%、より好ましくは30 to 50 wt%、最も好ましくは35ないし45 wt%の範囲の量で存在する。
好ましくは、アクリル化ケイ素含有モノマーの例は、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピルメタクリレート (TRIS)、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルプロピル メタクリレート、ペンタメチルジシロキサンプロピル メタクリレート、ペンタメチルジシロキサニル メチルメタクリレート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピルオキシエチル メタクリレート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリルオキシエチルカルバメート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル グリセロール メタクリレート (SIGMA)、およびトリス(ポリジメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリレートを含む。この発明の例において、アクリル化ケイ素含有モノマーは、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリレートである。
好ましくは、エチレン性不飽和親水性モノマーの例は、ヒドロキシエチルメタクリレート (HEMA)、メタクリル酸 (MAA)、N-ビニルピロリドン (NVP)、N,N’-ジメチルアクリルアミド (DMA)、N,N’-ジエチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、2-ヒドロキシエチル アクリレート、ビニルアセテート、N-アクリロイルモロホリン、および2-ジメチルアミノエチル アクリレートを含む。この発明の例において、エチレン性不飽和親水性モノマーは、HEMA、NVP、およびDMAである。
好ましくは、第2の混合物は、さらに、以下の式(VI)：
Figure 0004950168
(ここでna1/nbは0〜1.5、na2/nbは0〜1.5、かつnbは4ないし50の範囲の整数である) を持つ線状シリコーン含有プレポリマーを含む。
さらに、第2の混合物のフリーラジカル連鎖重合の反応において、第2の混合物の重量基準で0.2ないし1 wt%の光開始剤または熱開始剤が使用され得る。光開始剤および熱開始剤は、任意の一般に知られた開始剤、例えば米国特許第6,992,118号および米国特許第5,908,906号に開示されたものでよい。2-ヒドロキシ-2-メチル-1-ペンチル-1-プロパノンは、この発明の態様において光開始剤として使用される。
光開始剤が使用される場合、好ましくは、フリーラジカル連鎖重合は2 mw/cm2 ないし10 mw/cm2、好ましくは2 mw/cm2ないし5 mw/cm2の範囲の照射条件のもとで実行される。熱開始剤が使用される場合は、好ましくは、熱処理温度は60ないし120℃である。好ましくは、照射または熱処理は、10分ないし2時間、より好ましくは30分ないし2時間の範囲にある。
この発明のヒドロゲルは、コンタクトレンズの調製のために使用され得る。コンタクトレンズを製造するためのいくつかの既知の技術によれば、キャスティングプロセスは、所望のレンズの前表面および後表面を持つ成形された製品をもたらし得る。例えれば、静的キャスティングプロセスにおいて、第2の混合物は、それぞれ所望のレンズの前表面および後表面を形成するための第１の型部分および第2の型部分を持つ型に充填され得る。スピンキャスティングプロセスにおいて、第2の混合物は、所望のレンズ前表面を形成するための表面を持つ開放型に充填され得る。所望のレンズの後表面は、型の回転により形成される。しかしながら、製品の硬化に続く機械加工操作は、眼上への配置のためにより適切なコンタクトレンズを提供するためにいまだ必要であろう。このような機械加工操作は、所望のエッジを得るためにレンズをカットし、レンズエッジを和らげるか、またはレンズエッジもしくは表面を研磨する旋盤を含む。
本発明のヒドロゲルは、眼内レンズのような眼インプラント、または人工角膜のような角膜代替物の調製のために使用され得る。眼インプラントが使用される場合、芳香族含有シリコーンセグメントがポリシロキサンベースのプレポリマーの合成の間に導入され得る。代替的に、ヒドロゲルの調製の間、ベンゼン化合物がそれらから形成される眼インプラントの屈折率を高めるために添加され得る。
例
化合物の供給元
１.ポリエチレングリコール (PEG):フルカ(Fluka)から市販、CAS番号25322-68-3、分子量1000。
２．3-イソシアナートプロピルトリエトキシシラン (IPTS):GE シリコーンズから市販されているSilquest (登録商標) A-link(TM) 25 シラン、CAS番号24801-88-5。
３.ジブチル ジラウリル酸:TCIから市販、CAS番号77-58-7。
４.テトラエトキシシラン (TEOS):ショウワ（SHOWA）から市販、CAS番号78-10-4。
５.トリアルコキシ四級アンモニウムシラン (以下の表１においてAB-シランで示される):ヘッドウェイ(Headway)から市販、製品番号AB-8638、分子量1400.6。
1H,1H,2H,2H-ぺルフルオロオクチルトリエトキシシラン(CF3(CF2)5CH2CH2Si(OC2H5)3 、以下の表１においてF-シランで表される): デグッサ(Degussa)から市販、CAS番号51851-37-7。
７.ビニルトリメトキシシラン: トプコ テクノロジー コーポレーション(Topco Technology Corp)から市販、製品番号KBM1003。
８.式(S)で示される親水性ケイ素含有多官能性モノマー:以下の例に記載されるこの発明の工程により調製される。
９.アクリル化シロキサン ポリアルキレンオキシド コポリマー (線状シリコーン含有プレポリマー): GEシリコーンから市販されているCoatOsil (登録商標) 3509。
１０.トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリレート (TRIS): ゲレスト（Gelest）から市販、CAS番号17096-07-0。
１１.N-ビニルピロリドン (NVP):ALDRICHから市販、CAS番号88-12-0。
１２.ヒドロキシエチル メタクリレート (HEMA):アクロス（ACROS）から市販、CAS番号868-77-9。
１３.N,N’-ジメチルアクリルアミド (DMA):TCIから市販、CAS番号0680-3-7。
装置
１.核磁気共鳴分光器(NMR):ブルカー（Bruker）から市販;モデル番号ADVANCED 300。
２.フーリエ変換赤外分光器(FT-IR):パーキン エルマー（Perkin Elmer）から市販;モデル番号T1。
一般的方法
１.接触角分析は静滴法により実行した。
２.水分含有率試験はISO標準規格 10339により測定した。
３.酸素透過性はISO 9913-1により測定した。
４.伸び率および引張弾性率はASTM D1780により測定した。
５.細胞毒性試験はISO 10993-5(インビトロでの細胞毒性についての医療機器試験の生物学的評価)に記載された方法に従って実行した。
親水性ケイ素含有多官能性モノマーの調製
30 g (≒ 0.03 mol)のポリエチレングリコールおよび14.82 gの3-イソシアナートプロピルトリエトキシシランを、70℃の温度かつ窒素条件下で反応させ、先述の2つの成分の総重量の0.3 wt%である量のジラウリル酸ジブチルスズを同時に触媒として添加した。反応を1〜3時間続け、未反応モノマーを除去するためにヘキサンを用いて精製を行った。最後に、真空条件下で40℃ないし60℃の温度にて乾燥を行い、それにより乾燥された親水性ケイ素含有多官能性モノマーを得た。精製された親水性ケイ素含有多官能性モノマーは、NMRおよびFT-IRを用いて同定した。
NMRにより測定された結果は以下のとおりである:
1H-NMR(300 MHz, CDCl3)、δ5.02(br, 1H, NH)、4.2〜4.12 (m, 2H, ウレタンの-CH2)、3.78(Quat, J=6.9Hz, 6H, -OCH2-)、3.61(s, 40H, PEGの-OCH2CH2O-)、3.17〜3.04(m, ウレタンの2H, N-CH2-)、1.62〜1.52(m, 2H, -CH2-)、1.18(t, J=6.9Hz, 9H, -CH3-)、0.65〜0.52(m, 2H, -CH2-Si-)。
さらに、反応の前後でのIRスペクトルの比較は、反応前の反応物質のIRスペクトルのうちの2200 cm-1付近の-N=C=Oを示すピークが、反応後のスペクトルから消失していることを明らかにしている。さらに、反応後に、N=C=OとPEGの末端の-OHが反応してNH-(C=O)-を形成するので、C=Oを示すピークが反応後のIRスペクトルのほぼ1700 cm-1に発生した。さらに、3.61(s, 40H, PEGの-OCH2-CH2-O-)の強度に対する4.2〜4.12 (m, 2H, ウレタンの-CH2)の強度の値の比から、親水性ケイ素含有多官能性モノマーの分子量は1400ないし1662であると概算され得る。
さらに、FT-IRおよびNMRによって測定された結果は、生成物が以下の式(S)：
Figure 0004950168
(ここで、dは21ないし27の範囲の整数である) で示される親水性ケイ素含有多官能性モノマーであることを示す。
ポリシロキサンベースのプレポリマーの調製
例１
調製工程：
(1) 6.9 gの乾燥された親水性ケイ素含有多官能性モノマーと4.6 gのTEOSとを、室温下で丸底フラスコ内で混合し、適切な量のイソプロパノールをそこに加え、それにより清澄かつ透明な反応溶液を得た。
(2) 工程(1)で得られた反応溶液を40℃に加熱し、pH 2〜3の塩酸水溶液(HCl(aq))1080μlをそこに添加し、第１の加水分解-縮合重合をおよそ3時間実施した。
(3) 6.3 gのビニルトリメトキシシランを、工程(2)における第１の加水分解-縮合重合を受けた反応溶液にゆっくりとに添加し、pH 2〜3の塩酸水溶液1140μlをさらに添加し、第2の加水分解-縮合重合を6時間実施し、それにより、シリコーン含有プレポリマーが分散された第１の溶液(固形分含有量 = 0.45 g/ml)を得た。
(4)工程(3)の第2の加水分解-縮合重合を受けた反応溶液中のイソプロパノールを、50℃にて減圧濃縮を用いて除去した。本発明のポリシロキサンベースのプレポリマーを得るためにヘキサンを用いて精製を実施し、引き続いてヘキサンを減圧濃縮を用いて除去し、それにより、精製された本発明のポリシロキサンベースのプレポリマーを得た。
構造の同定：
このようにして得られたポリシロキサンベースのプレポリマーの構造を、NMRおよびFT-IRを用いて同定した。NMRの結果は、1H-NMR(300 MHz, CDCl3)、δ6.18〜5.82(m, 3H, CH2=CH-)、4.2〜4.17 (m, 1H, ウレタンの-CH2)、3.79(Quat, J=5.6Hz, 3H, SiOCH2-)、3.62(s, 26H, PEGの-OCH2CH2O-)、3.17〜3.12(m, 1H, ウレタンのN-CH2-)、1.63〜1.53(m, 1H, -CH2-)、1.29〜1.23(m, 3H)、1.22(t, J=5.6Hz, 4.5H, -CH3)、0.65〜0.56(m, 1H, -CH2-Si-)である。さらに、CH2=CH- 二重結合の吸収シグナルは、IRスペクトルの1600.64 nm-1および800 nm-1付近に明確に視認できる。
NMRおよびIRの結果は、この発明のポリシロキサンベースのプレポリマーの構造を完璧に説明するためには不十分であろうが、それらは先述の反応物質が加水分解-縮合重合を受けたことを明確に示し得た。さらに、この発明のポリシロキサンベースのプレポリマーは、1 nmないし400 nm、好ましくは 5 nmないし300 nmの範囲にある粒径を持つ三次元ネットワーク３D構造を持つ。
例2ないし6
例２ないし６におけるこの発明によるポリシロキサンベースのプレポリマーを調製するための工程は、例1のものと実質的に同じである。違いは塩酸水溶液の量、および反応物質のタイプおよび量にある。本例の操作条件を表1に示す。さらに、AB-シランを例4の工程(1)においてさらに添加し、F-シランを例6の工程(1)においてさらに添加した。
Figure 0004950168
実験:ヒドロゲルサンプルの調製
実験1
この実験の操作工程は以下のとおりである。
(1) 例1の工程(3)で得られた、本発明のポリシロキサンベースのプレポリマーが分散された適切な量の第1の溶液を、ポリシロキサンベースのプレポリマー、CoatOsil(登録商標)、TRIS、およびエチレン性不飽和親水性モノマーの含有比がそれぞれおよそ13.16 wt%、10.86 wt%、21.7 wt%、および54.28 wt%となるように、CoatOsil(登録商標)、TRISおよびエチレン性不飽和親水性モノマーと均質に混合し、第2の溶液とした。エチレン性不飽和親水性モノマーは、3種のモノマー、すなわちNVP、HEMAおよびDMAを重量比2.5/1/1.5で含有する。
(2) 工程(1)において得られた第2の溶液中に、第2の混合物の重量基準で0.7 %の2-ヒドロキシ-2-メチル-1-ペンチル-1-アセトン (製造業者: CIBA;モデル番号:D1173)、および少量のイソプロパノールを添加し、混合溶液を得た。
(3) 工程(2)において得られた混合溶液を、互いに平行に配置された2つのガラスクランプ板と、前記クランプ板1の間に配置され、かつクランプ板1の各々の4つの周囲エッジに近接したシリコーンパッド2と、前記混合溶液9が前記クランプ板1と前記シリコーンパッド2とによって囲まれるように前記クランプ板1と前記シリコーンパッド2とを所定の位置に保持するための2つの固定部材3とを持つ成形デバイス(図1に示される)に注入した。その後シリコーン含有ゲルシートを形成するために、光開始を2ないし3 mw/cm2の光強度のもとで1時間実施した。
(4) 固定部材3と、クランプ板1と、シリコーンパッド2とを順に取り外し、ゲルシートを除去し、かつ抽出のためにアルコール/H2Oが7/3の比で混合された溶液に1ないし2時間浸漬し、続いて塩水に1ないし2時間浸漬し、それによりこの発明のヒドロゲルを得た。
(5) ヒドロゲルを、滅菌のために121℃で30分の熱処理に供し、それによりヒドロゲル試験サンプルを得た。
実験２ないし１０
実験2ないし10におけるヒドロゲルサンプルを調製するための工程は、反応物質の量および種類を除いて、実質的に実験1におけるものと同様である。実験1ないし10についての反応物質の量および種類は以下の表2に示される。
比較実験１
比較実験1におけるヒドロゲルサンプルを調製するための工程は、実質的に実験1におけるものと同様であった。主な違いは、本発明によるポリシロキサンベースのプレポリマーは含有されず、かつ、工程1において、およそ13.42 wt%のCoatOsil (登録商標)、およびおよそ60.4 wt%のエチレン性不飽和親水性モノマーを均質に混合し、かつ、NVP/HEMA (すなわちエチレン性不飽和親水性モノマー)の重量比は4.5/1.5であった、ということにある。
比較実験2
比較実験2におけるヒドロゲルサンプルを調製するための工程は、本発明によるポリシロキサンベースのプレポリマーが含まれず、かつ、工程1において、およそ22.73 wt%のCoatOsil (登録商標)、およそ31.82 wt%のTRIS、およびおよそ45.45 wt%のエチレン性不飽和親水性モノマーを均質に混合し、かつNVP/HEMA (すなわち、エチレン性不飽和親水性モノマー)の重量比が19/6であった、ということを除き、実質的に実験1におけるものと同様であった。
Figure 0004950168
接触角、水分含有率、および酸素透過率についての分析
実験1ないし8ならびに比較実験1および2において得られたサンプルを、それぞれ接触角の分析、ならびに水分含有率および酸素透過率についての試験に供した。接触角の分析は、ヒドロゲルサンプルの濡れ性を特徴付ける。試験の結果は表3に示される。
コンタクトレンズを作るために一般に使用される材料の接触角は、10°ないし90°である。この発明のヒドロゲルサンプルの接触角は30°ないし60°であり、それ故に現行の要求に見合うことが表3からわかる。ヒドロゲルサンプルは40%ないし60%の水分含有率、かつ30 Dkないし60 Dkの酸素透過率を持つ。
Figure 0004950168
機械的特性試験
実験1ないし3、実験5ないし8、実験10、ならびに比較実験1および2において得られたヒドロゲルサンプル(厚さ = 0.4 mm)を、ASTM D1780により伸び率および引張弾性率について測定した。結果は以下の表4に示される。
表4に示されるように、本発明によるヒドロゲルサンプルの引張弾性率は1 Mpa未満である。それ故に、それから作られるコンタクトレンズはより良い装着快適性を持つ。さらに、全てのサンプルの伸び率は150%を超えている。表3および4に示されるように、比較例1および2の酸素透過率の値が実験1ないし8のものよりも高いとはいえ、比較例1および2の伸び率は、たかが76.853%および58.55%に過ぎず(表2を参照)、比較例1および2が乏しい耐久性しか持たないことを示す。このことは、本発明は外部張力に供されたときにより破損しにくく、かつより良好な耐久性を持つことを明らかに示している。
Figure 0004950168
細胞毒性試験
細胞毒性試験を、実験6において得られたサンプルについて実施した。生物学的評価によれば、領域指数(zone index)および溶解指数(lysis index)は、細胞の数およびモルフォロジーを観察することによって、かつISO 10993-5指標の定義を参照して計算した。その後、応答指数(response index)(RI)値を、2つの指数から式(RI = 領域指数/溶解指数)を用いて計算した。RI値が低いほど、細胞毒性は低くなり得る。
細胞毒性試験に使用されたサンプルは、(1) 実験6において得られた本発明によるヒドロゲルから切り出した直径1.1 cmのサンプルと、(2) 1%フェノール溶液に浸漬し、かつ陽性対照として使用した同じサイズのサンプルと、(3) 陰性対照として使用したポリテトラフルオロエチレン (PTFE)とを含む。
最初に、L-929 繊維芽細胞を10%のウシ胎仔血清(FBS)を含有する最少必要培地(MEM)中で1×105 細胞/mlまで希釈し、その後6ウエル(well)の培養皿に、ウエルあたり2 mlで接種した。引き続き、培養皿を、37℃の温度に設定し、かつ5%のCO2を充填した培養器中で24時間培養した。その後、MEMを除去し、45℃に加熱した2 mlの寒天培地(液体の形態)を6ウエルの培養皿の各ウエルに添加した。寒天培地の温度が室温まで降下すると、寒天培地は凝固し、それにより細胞含有固体寒天培地を得た。
引き続いて、実験6において得られたこの発明のヒドロゲルサンプル、陽性対照サンプル、および陰性対照サンプルを、それぞれ細胞含有寒天培地上に載置し、37℃に設定し、かつ5%のCO2を充填した培養器中で24時間培養した。各サンプルに対応する位置での培養皿の各ウエルの背面で、サンプルの輪郭および前記輪郭と同心でかつその輪郭よりも大きな半径を持つ円が描かれた。輪郭内の領域はサンプル領域であり、輪郭外かつ円の内部の領域は拡散領域であった。その後、各サンプルを寒天培地の表面から除去し、寒天培地を中性赤溶液を用いて着色した。引き続いて、サンプル領域および拡散領域中の細胞の数およびモルフォロジーを、200倍の倍率に設定された倒立顕微鏡下で観察した。実験結果を図2ないし7に示す。図2および3は、それぞれ実験6についてのサンプル領域および拡散領域における着色された細胞の図である。図4および5は、それぞれ陽性対照サンプルについてのサンプル領域および拡散領域における着色された細胞の図である。図6および7は、それぞれ、陰性対照サンプルについてのサンプル領域および拡散領域における着色された細胞の図である。
領域指数および溶解指数は、実験6において得られたヒドロゲルサンプル、陽性対照サンプル、陰性対照サンプルについてのサンプル領域および拡散領域における細胞の数およびモルフォロジーから各サンプルについて計算し、応答指数は2つの指数から計算した。実験6、ならびに陽性および陰性対照についての応答指標は、0/0、5/5および0/0である。結果は、この発明のヒドロゲルはISO 10993-5に従った細胞毒性試験に合格し、それ故に無毒性であることを示す。
要するに、本発明によるヒドロゲルサンプルについて得られた接触角、水分含有率、および酸素透過率の値は、現行のコンタクトレンズに要求される基準を満たす。さらに、サンプルの伸び率および引張弾性率のデータも、サンプルが良好な装着快適性および耐久性を与えることを示す。本発明の親水性ケイ素含有多官能性モノマーから作られたポリシロキサンベースのプレポリマーは、それらから形成され、良好な濡れ性および酸素透過性、および所望の機械的特性(例えば引張弾性率および伸び率)を有するヒドロゲルサンプルを与えることは明らかである。さらに、この発明のヒドロゲルは、ISO 10993-5による細胞毒性試験にも合格する。
本発明を、最も実用的で好ましい態様に関連して記載したが、この発明は開示された態様に限定されず、最も広範な解釈の精神および範囲内に含まれる種々の構成をカバーするように意図され、全てのこのような変形および均等な構成を包含すると理解される。

Claims (8)

  1. 第１の混合物の加水分解-縮合によって製造される三次元ネットワーク構造のポリシロキサンベースのプレポリマーであって、
    前記第１の混合物は、
    (a) 以下の式(I)：
    Figure 0004950168
     (ここでR11、R12、R13、およびR14は独立にC1〜C8アルキル基である) を持つテトラアルコキシシラン化合物と、
    (b) 以下の式(II)：
    Figure 0004950168
     (ここで、R21、R22およびR23は独立にC1〜C6アルキル基であり、R24はC1〜C6アルキル基、シアノ基、または水素であり、XはC1〜C4 アルキレン、単結合、
    Figure 0004950168
     または、
    Figure 0004950168
     である) を持つエチレン性不飽和有機シロキサンモノマーと、
    (c) 以下の式(III)：
    Figure 0004950168
     (ここで、YはC2〜C4アルキレン基であり、Z1およびZ2は、独立に単結合またはC1〜C4アルキレン基を示し、 R31、R32、R33、R34、R35およびR36は独立にC1-〜C6アルキル基を示し、dは3ないし90の範囲の整数である) を持つ親水性ケイ素含有多官能性モノマーと
    を含み、
    前記第１の混合物中の前記親水性ケイ素含有多官能性モノマー対テトラアルコキシシラン対前記エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーのモル比が１：２〜２２：２〜４０であることを特徴とする、ポリシロキサンベースのプレポリマー。
  2. テトラアルコキシシランがテトラエトキシシランであることを特徴とする、請求項１のポリシロキサンベースのプレポリマー。
  3. 前記エチレン性不飽和有機シロキサンモノマーがビニルトリメトキシシランであることを特徴とする、請求項１のポリシロキサンベースのプレポリマー。
  4. コンタクトレンズに調製のために使用され、かつ第２の混合物を重合させることによって製造されるヒドロゲルであって、
    前記第２の混合物は、
    (a) 請求項１のポリシロキサンベースのプレポリマーと、
    (b) 以下の式(V)：
    Figure 0004950168
     (ここで、ここで、DはO、NH、SまたはCH2を示し、EはOまたは単結合を示し、R60はH、CH3、ph、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、R61、R62、およびR63は独立にH、CH3、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3、Cph2CH3、O[Si(CH3)2O]jSi(CH3)3またはOSiR66R67R68(ここで、R66、R67、およびR68は独立にH、CH3または(CH2)iCH3)を示す)を示し、R64およびR65は独立にH、OH、CH3、ph、(CH2)iCH3、CH(CH3)2、C(CH3)3またはCph2CH3を示し、gは0ないし2の整数であり、eは0ないし5の整数であり、fは0ないし10の整数であり、phはフェニルを示し、iおよびjは独立に1ないし10の整数を示す) を持つアクリル化ケイ素含有モノマーと、
    (c) エチレン性不飽和親水性モノマーと
    を含み、
    前記第２の混合物の総重量基準で、前記ポリシロキサンベースのプレポリマーが3ないし50 wt%の範囲の量で存在することを特徴とする、ヒドロゲル。
  5. 前記アクリル化ケイ素含有モノマーが、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリレート、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシリルプロピル メタクリレート、ペンタメチルジシロキサンプロピル メタクリレート、ペンタメチルジシロキサニル メチルメタクリレート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピロキシエチル メタクリレート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル メチルアクリロキシエチルカルバメート、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピル グリセロール メタクリレート、トリス(ポリジメチルシロキシ)シリルプロピル メタクリレート、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする、請求項４のヒドロゲル。
  6. 前記エチレン性不飽和親水性モノマーが、ヒドロキシエチルメタクリレート、メタクリル酸、N-ビニルピロリドン、N,N’-ジメチルアクリルアミド、N,N’-ジエチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、2-ヒドロキシエチル アクリレート、ビニルアセテート、N-アクリロイルモルホリン、2-ジメチルアミノエチル アクリレート、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする、請求項４のヒドロゲル。
  7. 前記第２の混合物が、以下の式(VI)：
    Figure 0004950168
     (ここでna1/nbは0〜1.5、na2/nbは0〜1.5、かつnbは4ないし50の範囲の整数である) を持つ線状シリコーン含有プレポリマーをさらに含むことを特徴とする、請求項４のヒドロゲル。
  8. 第２の混合物の総重量基準で、前記アクリル化ケイ素含有モノマーおよび前記エチレン性不飽和親水性モノマーは、それぞれ10ないし50 wt%および20ないし60 wt%の範囲の量で存在することを特徴とする、請求項４のヒドロゲル。
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