KR20150141781A - 콘택트 렌즈의 단백질 흡착을 방지하는 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법 - Google Patents
콘택트 렌즈의 단백질 흡착을 방지하는 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물을 포함하는 조성물의 공중합을 통해 얻어지는, 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체에 관한 것이다.
[화학식 A]
[화학식 B]
상기 화학식 A 및 화학식 B에서의 R1 내지 R5, R10 및 R11은 발명의 상세한 설명에 정의된 바와 동일하다.
[화학식 A]
[화학식 B]
상기 화학식 A 및 화학식 B에서의 R1 내지 R5, R10 및 R11은 발명의 상세한 설명에 정의된 바와 동일하다.
Description
본 발명은 콘택트 렌즈의 단백질 흡착을 방지하는 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 콘택트 렌즈내 단백질 흡착을 방지하는 신규한 하이드로겔 중합체 조성물, 이를 포함하여 이루어지는 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
콘택트렌즈는 안경에 비하여 시야가 넓고 안경의 착용에서 오는 미용상의 불이익을 피할 수 있는 장점 때문에 널리 사용되어 오고 있으며, 현재 콘택트렌즈는 시력교정, 치료용 외에도 미용용 등으로 그 영역이 확대 되면서 시장이 지속적으로 성장하고 있다.
일반적으로 콘택트 렌즈에 대한 용어 소프트 및 하드는 렌즈의 각각의 유형의 상대적 경도뿐만 아니라 렌즈가 형성되는 중합체의 유형과도 관련이 있다. 상기 소프트는 일반적으로 히드록시에틸 메타크릴레이트(또는 HEMA)와 같은 친수성 중합체 물질로부터 형성되는 콘택트 렌즈를 의미하는 반면, 용어 하드는 일반적 으로 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 소수성 중합체 물질로부터 형성되는 콘택트 렌즈를 의미한다.
또한 상기 하드렌즈와 소프트 렌즈의 표면 화학작용 및 다공성도 매우 상이하다. 소프트 렌즈는 통상적으로 많은 양의 물을 함유하고, 매우 다공성이고, 렌즈의 노출된 표면상에 이온 전하를 지니는 반면, 하드 렌즈는 상당히 덜 다공성이고 일반적으로 표면 이온 전하를 지니지 않는다.
그러나 상기 콘택트 렌즈는 안경과 달리 인체의 각막표면에 직접 접촉하여 착용하므로 눈물에 포함된 단백질, 지방, 점액, 칼슘 등의 침전물이 렌즈 표면에 부착된다는 특징을 갖게 된다.
상기 침전물 중 단백질의 경우 심한 경우 결막유두, 상안검 결막 충혈 및 윤부 충혈 등을 유발시킬 수 있으며, 형성된 단백질 침전물은 콘택트렌즈의 수분을 제거하여 습윤성을 저하시키고 착용감 저하, 시력저하, 염증 질환, 세균 감염, 렌즈의 변색 등의 부작용을 발생시킬 수 있다. 또한 상기 단백질의 흡착은 또한 박테리아의 군집형성을 촉진할 수 있고, 이는 시력을 위협하는 감염의 위험을 증가시킬 수 있다.
예컨대 누액에 존재하는 라이소자임은 분자량이 작고 표면에 양전하를 띠고 있어, 렌즈 표면이 음전하를 띠고 있는 소프트 콘택트 렌즈의 표면과 강하게 결합하며, 렌즈 구멍으로 쉽게 들어가 렌즈의 내부에도 단백질 침전물이 형성될 수 있다.
이러한 단백질 침전물의 제거를 위해 계면활성세척액, 효소세척액, 다목적 용액 및 초음파 등에 의한 세척방법이 사용되고 있으나 부착된 침전물을 완전히 제거하는 데는 한계를 가지고 있다.
단백질 침전물의 제거를 위한 하나의 방법으로서, 생체 친화적인 콘택트렌즈의 제조를 위해 세포막과 같은 이중구조를 가지는, 이른바 생체분자와 유사한 모노머를 도입시키는 방법이 제시되고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 하이드로겔 폴리머에 구조적으로 잘 알려진 인지질 (phospholipid)과 같은 생체 고분자를 활용하는 방안이 연구되고 있으며, 예시적으로, MPC (2-Methacryloyloxyethyl phosphorylcholine), EG (Methacrylated Ethylene glycol), GMA (Methacrylated glycolipid) 등이 이용되고 있다. 이들 물질은 대부분 인지질과 유사한 기전에 의해 기능성 렌즈로서의 역할을 하게 되며 인지질이 첨가된 폴리머의 경우는 MPC의 머리 부분이 폴리머 표면에서 재배열되면서 렌즈 표면의 습윤성이 증가되거나 단백질 등의 침전물 흡착을 억제시키게 된다.
상기와 같은 단백질 흡착을 방지하는 콘택트 렌즈용 단량체를 제조하는 종래기술로서, 공개특허공보 제10-2012-0059618호(2012.06.08.)에서는 n-이소프로필 아크릴아미드(NIPAM)을 포함하는 특정한 중합체를 이용하여 콘택트 렌즈의 표면상의 단백질 침착을 억제시키는 기술이 기재되어 있고, 또한, 등록특허공보 제10-0664903호(2007.01.04.)에서는 단백질 흡착억제 물질로서 폴리에틸렌글리콜 메타아크릴레이트 등을 사용한 건안방지 및 단백질 흡착억제 소프트 콘택트 렌즈에 관한 기술이 기재되어 있다.
그러나 아직까지도 콘택트 렌즈에 영향을 주는 단백질 침전물 등의 흡착을 억제하는 렌즈 표면을 제공할 수 있는 콘택트 렌즈의 개발에 대한 연구는 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 렌즈 표면에 단백질 흡착을 방지하는 신규한 콘택트 렌즈용 하이드로겔 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 신규한 콘택트 렌즈용 하이드로겔을 포함하는, 단백질 흡착을 방지하며, 우수한 물성을 가지는 콘택트 렌즈를 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 하기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물; 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물;을 포함하는 조성물의 공중합을 통해 얻어지는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 제공한다.
[화학식 A]
[화학식 B]
상기 화학식 A에서
R1은 
또는 
이고,
R2 내지 R4는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 또는
R5는 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이고,
상기 화학식 B에서,
R10은 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 히드록시기를 포함하는 탄소수 2 내지 15의 알킬기이며, R11은 수소, 또는 메틸기이다.
일 실시예로서, 상기 R2 내지 R5는 각각 수소일 수 있고, 이 경우에 상기 화학식 B에서의 R10은 2-히드록시에틸기이고, R11은 메틸기일 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 전체 조성물 대비 0.05 wt% 내지 5 wt%의 범위를 가지며, 화학식 B로 표시되는 화합물은 전체 조성물 대비 65 wt% 내지 95 wt%의 범위를 가질 수 있다.
또한 본 발명에서의 상기 중합체는 전체 조성물 대비, 친수성 모노머로서 N-비닐피롤리돈 0.3 내지 5 wt%, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 3 내지 20 wt%, 가교제 0.1 내지 5 wt%, 및 중합개시제 0.1 내지 3 wt%를 추가적으로 포함하여 이루어지는 조성물의 공중합에 의해 얻어질 수 있다.
또한 본 발명은 하기 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물 0.05 내지 5 wt%, 2-히드록시에틸 메타아크릴레이트(HEMA) 65내지 95 wt%, N-비닐피롤리돈 0.3 내지 5 wt%, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 3 내지 20 wt%, 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 0.1 내지 5 wt%, 중합개시제로서 AIBN 0.1 내지 3 wt%로 이루어지는 조성물의 공중합에 의해 얻어지는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 제공한다.
[화학식 A-1]
상기 화학식 A-1에서,
R7은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 
또는 
이고,
R8은 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이다.
이 경우에 상기 화학식 A-1에서의 R7은 
이고, R8은 수소일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 포함하는 콘택트 렌즈를 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체는 렌즈 표면에 단백질 흡착을 억제하며, 콘택트 렌즈로 사용할 수 있는 우수한 물성을 가지고 있어 다양한 콘택트 렌즈에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중합체를 얻기위해 히알루론산에 메타아크릴기를 도입한 화합물의 핵자기공명 스펙트럼을 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 중합체와 종래기술에 따라 얻어지는 중합체의 단백질 흡착 실험결과를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 중합체와 종래기술에 따라 얻어지는 중합체의 단백질 흡착 실험결과를 도시한 그림이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 포함한 발명의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 및/또는 상기 화합물의 제조방법의 개시는 일 실시예에 해당할 뿐으로 특정 구조 또는 특정 합성방법에 국한되는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 하기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물; 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물;을 포함하는 조성물의 공중합을 통해 얻어지는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 제공한다.
[화학식 A]
[화학식 B]
상기 화학식 A에서,
R1은 
또는 
이고,
R2 내지 R4는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 또는
R5는 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이고,
상기 화학식 B에서, R10은 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 히드록시기를 포함하는 탄소수 2 내지 15의 알킬기이며, R11은 수소, 또는 메틸기이다.
여기서, 상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 히알루론산을 기반으로 하여 얻어질 수 있는 유도체에 해당한다.
상기 히알루론산은 하기 구조식 A로 표시되는 반복단위의 고분자에 해당하며, 이 경우에 하기 n은 히알루론산의 분자량에 의해 결정되는 반복단위의 개수에 해당한다.
[구조식 A]
상기 히알루론산은 안구 및 안구부속기관 내에는 존재할 수 있으며, 이는 눈 속에 점성을 부여하여 안구운동을 부드럽게 하고 눈의 충격 완화 기능을 가지는 것으로 알려지고 있다. 또한 안과 수술 시는 히알루론산을 주입하기도 하며 노화가 진행됨에 따라 히알루론산 생성이 억제되어 눈에 불편함을 느끼게 될 수 있다.
본 발명에서는 상기 히알루론산에 메타아크릴기 또는 아크릴기를 도입한 화합물을 중합체의 제조원료로서 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 히알루론산에 치환되는 알코올기중 1차 알코올에 메타아크릴기 또는 아크릴기가 결합될 수 있고, 나머지 2차 알코올에는 메타아크릴기 또는 아크릴기가 결합되거나 또는 결합되지 않으며, 상기 히알루론산의 카르복실기에는 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기가 결합된 유도체가 중합체의 원료로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에서의 상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 히알루론산에 결합된 1차알코올에 연결된 메타아크릴기 또는 아크릴기가 중합에 사용되는 반응성 작용기로서 사용될 수 있다.
상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 예시적인 합성예로서 하기 반응식 A로 이루어지는 방법이 사용될 수 있다.
[반응식 A]
상기 반응식 A에서 나타나는 바와 같이, 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 예시적으로 히알루론산 또는 히알루론산의 알카리금속 염을 수용액상에서 20 내지 0.1 wt%의 농도로 희석하고 이에 5당량 이상의 무수아크릴산 또는 무수메타아크릴산을 첨가하여 염기성 용액하에서 반응시킴으로써 얻어질 수 있다. 이때 반응온도 및 반응시간은 0℃ 내지 40℃ 에서 1시간 내지 2주간의 범위내에서 교반시킬 수 있다.
한편, 상기 화학식 B로 표시되는 화합물은 아크릴산 또는 메타아크릴산 또는 이들의 에스테르 유도체에 해당하며, 상기 아크릴기 또는 메타아크릴기가 중합에 사용되는 반응성 작용기로서 사용될 수 있다.
화학식 B로 표시되는 화합물의 바람직한 예로서는 아크릴산 또는 메타아크릴산의 에스테르 유도체가 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 히드록시기를 포함하는 에스테르 유도체가 사용될 수 있다.
본 발명에서의 상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물에서 치환기 R2 내지 R5는 각각 수소일 수 있다.
이 경우에 상기 화학식 B로 표시되는 화합물은 R10은 2-히드록시에틸기이고, R11은 메틸기인 화합물, 즉 2-히드록시에틸메타아크릴레이트(HEMA)가 사용될 수 있다.
상기 2-히드록시에틸메타아크릴레이트(HEMA)의 경우 소프트 콘택트렌즈를 제조하기 위해 친수성 중합체를 생성할 수 있는, 일반적으로 사용되고 있는 모노머에 해당한다.
한편, 본 발명에서 상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 전체 조성물 대비 0.05 wt% 내지 5 wt%의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 화학식 B로 표시되는 화합물은 전체 조성물 대비 65 wt% 내지 95 wt%의 범위를 가질 수 있다.
여기서 상기 전체 조성물이란 화학식 A로 표시되는 화합물 및 화학식 B로 표시되는 화합물;을 포함하며, 그밖에 선택적으로 추가될 수 있는 성분을 포함하되 용매가 사용되는 경우에 용매를 제외한 것을 의미한다.
예시적으로, 상기 전체 조성물로서 추가될 수 있는 성분은 친수성 모노머, 가교제, 중합개시제, 추가의 이중결합 성분 등이 포함될 수 있다.
상기 친수성 모노머의 함량은 전체 조성물 대비 0.1 내지 30 wt%, 바람직하게는 0.3 내지 20 wt%의 범위일 수 있고, 상기 가교제의 함량은 전체 조성물 대비 0.05 내지 10 wt%, 바람직하게는 0.1 내지 5 wt%일 수 있으며, 상기 중합개시제의 함량은 전체 조성물 대비 0.05 내지 5 wt%, 바람직하게는 0.1 내지 3 wt%의 범위를 가질 수 있다.
예시적으로 상기 친수성 모노머로서 N-비닐피롤리돈, N,N-디메틸아크리아마이드, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 등과 이들의 혼합물이 사용가능하며, 가교제로서는 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 등이 사용가능하고, 중합개시제로서는 AIBN이 사용가능하다.
일 실시예로서, 본 발명에서의 상기 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체는 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물 0.05 내지 5 wt%, 2-히드록시에틸 메타아크릴레이트(HEMA) 65 내지 95 wt%, N-비닐피롤리돈 0.3 내지 5 wt%, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 3 내지 20 wt%,에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 0.1 내지 5 wt%, 중합개시제로서 AIBN 0.1 내지 3 wt%로 이루어지는 조성물의 공중합에 의해 얻어질 수 있다.
[화학식 A-1]
상기 화학식 A-1에서,
R7은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 
또는 
이고,
R8은 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이다.
이 경우에 상기 화학식 A-1에서, R7은 
이고,
R8은 수소일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 포함하는 콘택트 렌즈를 제공할 수 있다.
본 발명에서의 콘택트 렌즈용 중합체를 제조하기 위해서 상기 모노머인 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물, 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 및 친수성 모노머, 가교제, 중합개시제 등의 추가적으로 포함될 수 있는 성분을 각각의 구성비에 따라 혼합한 후 30분 내지 10시간정도 0℃ 내지 40℃ 에서 예비적으로 교반할 수 있다.
이때 용매를 사용할 수 있고, 사용되는 용매로서는 메탄올, 에탄올, 물, 아세톤 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합액이 사용될 수 있다. 최종적으로 중합체를 제조하기 위해 콘택트렌즈용 몰드에 주입한 후 건조용 오븐 등에서 50℃ 내지 150℃ 로 유지하게 되면 중합과정을 통해 본 발명의 콘택트 렌즈가 제조될 수 있다.
본 발명의 상기 중합체를 사용하여 얻어지는 콘택트 렌즈는 단백질 흡착을 억제하는 효과를 가질 수 있다.
일반적으로 단백질은 소수성을 띈 표면에 구조적으로 변성이 되어 흡착될 수 있고, 또한 이온성을 갖는 표면에 정전기적 인력이 작용하여 이온결합을 통해 단백질의 흡착이 증가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 히알루론산이 도입된 중합체의 경우에 히알루론산부분이 중합체에 존재하게 되며, 이는 비이온성을 띠는 친수성의 히드록시기(hydroxyl group(-OH))이 많이 존재하여 렌즈 표면에서 단백질의 구조적 변성을 방지하여 단백질 흡착을 억제할 수 있는 것으로 추정된다
또한 본 발명에 따라 제조된 콘택트렌즈는 추가적으로 플라즈마 처리에 의하여 렌즈의 표면을 처리하고 고함수의 물질을 콘택트렌즈의 표면에 반응시켜 제조할 수 있다.
일반적으로 렌즈의 착용감은 함수율이 증가함에 비례하여 증가하는 경향이 있다. 그러나, 함수율의 증가는 렌즈의 물리적 물성 및 기계적 물성을 감소시켜 쉽게 파손되는 경향이 있다. 콘택트렌즈의 재료로서 일반적으로 사용되는 HEMA 는 38%의 함수율을 가지고 기계적 물성을 비롯한 물리적 물성이 비교적 뛰어나다. 대부분이 HEMA로 이루어진 렌즈의 표면을 플라즈마 처리로 활성화시켜 고함수 물질을 결합하여 표면의 함수율은 증가시키면서 렌즈의 강도 등 고유물성은 그대로 유지하여 콘택트렌즈 착용에 따른 건안을 방지하고, 렌즈의 착용감을 향상시키며, 부수적으로 단백질의 흡착량 또한 추가적으로 줄일 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 콘택트 렌즈 물성자체에는 영향을 주지 않으면서 표면만을 개질할 수 있으며, 재료자체의 특성을 유지하면서 재료표면의 물성을 변화시킬수 있는 방법으로서 많이 이용될 수 있다.
상기 플라즈마는 전자의 가속방법, 또는 전자밀도나 온도, 압력에 의해서 다양한 종류가 형성된다. 이중 특히 유기화학 반응에 이용되는 플라즈마는 저진공 상태에서 라디오 주파수 영역을 조사하여 얻어지는 글로우(glow) 방전이 일반적이다.
이를 위해 콘택트렌즈의 표면에, 추가적으로 사용될 단백질 흡착억제물질(PEG) 등을 grafting 시키기 위해서 플라즈마를 이용하며, 상기 플라즈마 조사에 의한 콘택트 렌즈 표면 활성화시에 플라즈마 발생기의 진공도는 약 1x10-4 torr 내지 약 1x10-1 torr 로 유지시키는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사에 의한 콘택트 렌즈 표면 활성화시 플라즈마 발생기에 주입되는 기체는 아르곤 등 불활성 기체, 질소, 산소 등이 바람직하며, 본 발명의 경우 산소가 가장 바람직하다.
플라즈마 조사에 의한 콘택트 렌즈 표면 활성화시 플라즈마의 출력은 1W 내지 1kW 정도가 바람직하며, 본발명의 경우 50 내지 200W 정도의 에너지를 조사하여 주는 것이 가장 바람직하다. 출력이 1W 미만이면 표면의 활성화가 달성되지 않으며 1kW를 초과하면 재료 자체가 분해될 수 있다.
플라즈마 조사에 의한 콘택트 렌즈 표면 활성화시 플라즈마 발생기의 주파수는 0.1 MHz 내지 1 GHz 정도가 바람직하며, 본 발명의 경우 5 내지 50 MHz 정도의 주파수를 가진 플라즈마를 조사하여 주는 것이 가장 바람직하다.
상기 플라즈마에 의하여 표면이 활성화된 콘택트 렌즈를 PEG 등의 단백질 흡착 억제 물질이 용해된 수용액속에 침지시키면 콘택트 렌즈 표면의 라디칼과 건안방지물질 및 단백질 흡착억제 물질이 화학반응하여 콘택트 렌즈 표면에 단백질 흡착 억제 물질이 공중합되어 그라프팅(grafting)될 수 있다.
이 때 화학반응을 촉진하기 위하여 반응 온도를 10 내지 100℃ 유지시키는 것이 바람직하며, 본 발명의 경우 50 내지 70℃로 유지시키는 것이 가장 바람직하다.
10℃ 미만에서는 화학 반응이 효과적으로 진행되지 않으며 100℃ 초과시에는 재료의 물리적 및 기계적 물성이 변할 수 있다.
이와 같은 공정을 거쳐 단백질 흡착 억제 물질이 콘택트렌즈 표면에 결합되게 되며, 이렇게 코팅된 단백질 흡착억제 물질은 100℃의 열탕에도 쉽게 벗겨지지 않으며 반복된 콘택트렌즈 세척 시에도 쉽게 벗겨지지 않는 장점이 있다.
실시예
이하, 실시예를 통해 본 발명에 의해 얻어지는 화학식 A로 표시되는 화합물의 제조방법 및 상기 화학식 A로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물을 포함하는 조성물의 공중합 방법에 관해 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 합성예는 단지 설명의 목적을 위한 실시예에 해당되는 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
또한, 본 발명으로부터 얻어진 중간체 화합물 및 최종 생성물은 적외선 분광 분석(IR) 및 핵자기 공명 분광 분석(NMR) 분석을 통해 물질의 구조를 확인하며, 적외선 분광 분석(IR)은 KBr 또는 필름을 이용하여 얻었다.
1. 렌즈 제조예 : 메타아크릴기가 도입된 히알루론산의 중합에 의한 콘택트렌즈의 제조
(1) Methacrylate 중합기가 연결된 히알루론산(methacrylated hyaluronate(M-HA))의 합성
히알루론산에 메타아크릴기를 중합기로서 도입하기 위해, Sodium Hyaluronate을 2 % w/v가 되게 증류수에 녹인 뒤, 1차 알코올의 히드록시기(hydroxy기) 대비 20 배에 해당하는 무수메타아크릴산(methacrylic anhydride)을 첨가하면서, 5 N NaOH 용액으로 pH 8을 유지시키면서 5℃ 에서 2 일간 교반하였다.
반응 종료 후 원심분리를 통해 하얀 침전물을 얻었고, 증류수와 알콜로 반복적으로 세척하여 과량의 methacrylic anhydride 및 methacrylic acid를 제거하게 되면 최종 화합물을 얻을 수 있다.
한편, Methacrylate 중합기가 연결된 정도는 D2O에서 1H-NMR 측정시 methylene peak (6.0, 5.6 ppm)들과 당쇄의 protons간의 비율로 분석하여 메타아크릴기가 약 8 % 로 도입됨을 알 수 있었다.
(2)히알루론산이 첨가된 하이드로겔 렌즈의 제조
콘택트렌즈 제조에 사용된 2-히드록시메타아크릴레이트(HEMA, 96%, Junsei)는 진공 증류하여 불순물과 첨가된 중합방지제(hydroquinone)를 제거한 후 반응에 사용하였다. 상기 메타아크릴기가 도입된 히알루론산와 반응하여 얻어지는 하이드로겔 렌즈 제조를 위해 HEMA이외에 친수성을 위한 N-비닐피롤리돈(NVP, 99%, Junsei), 글리세롤 모노메타아크릴레이트가 사용되었고, 가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트(EGDMA, 98%, Aldrich), 개시제로서 AIBN(98%, Junsei)를 사용하였다. 상기 원료들을 하기 표 1에 따른 구성비에 따라 혼합한 후 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 혼합된 모노머는 콘택트렌즈 몰드에 주입하고, drying oven(HST-501S, Hanst)에서 90℃, 5시간동안 중합하였다.
[표 1]
2. 비교예 : 메타아크릴기가 도입된 히알루론산을 포함하지 않은 콘택트렌즈의 제조
상기 실시예 1에서의 하이드로겔 콘택트렌즈의 제조방법과 동일하게 중합체를 제조하되, 메타아크릴기가 도입된 히알루론산을 단량체로서 포함하지 않고 나머지 성분만으로 중합을 진행하였다.
각각의 단량체의 성분은 상기 표 1에 도시된 바와 같다.
또한 각각 제조된 콘택트 렌즈의 함수율은 42%로 동일하게 나타났다.
3. 렌즈의 단백질 흡착성능 평가
눈물 속에는 lysozyme과 albumin이 가장 많은 양을 차지하고 있으며, 이들이 포함된 인공눈물을 활용하여 상기 제조된 각각의 콘택트렌즈의 단백질 흡착 성능을 평가하여 단백질 흡착특성에 대한 평가를 수행하였다.
한편, 착용자의 신체적 요인에 따라 눈물 속의 단백질이 다르기 때문에 제조한 인공눈물을 in vitro로 연구를 진행하였다.
이를 위해, 아래와 같이 인공눈물을 제조하고 상기 인공눈물에 콘택트 렌즈를 접촉하도록 하여 상기 인공눈물에 포함된 단백질의 콘택트 렌즈에 흡착 정도를 평가하도록 하였다.
1) 인공눈물 제조
lysozyme과 albumin을 포함하는 단백질을 콘택트렌즈에 흡착시키기 위해 인체의 눈물과 비슷하도록 증류수에 1.2 mg/mL lysozyme, 3.88 mg/mL albumin, 0.7% NaCl, 0.17% KCl, 0.005% CaCl2,0.22%NaHCO3을 용해시킨 후 교반하고 이를 실험에 사용하였다.
2) 콘택트렌즈의 단백질 흡착
상기 제조된 인공눈물을 콘택트렌즈에 넣어 준 후, 150 rpm의 속도로 흔들어주면서 온도 37℃를 유지하여 콘택트렌즈 표면에 단백질을 인위적으로 흡착시켰다. 또한 흡착시간에 따라 콘택트렌즈에 흡착되는 단백질의 특성을 알아보기 위해서 pH 7.4의 인공눈물에 콘택트렌즈를 3, 12, 시간 흡착시켰다.
3) 콘택트렌즈에 흡착된 단백질의 추출
상기 단백질 흡착된 콘택트렌즈 표면으로부터 흡착된 단백질을 추출하기 위해 단백질 추출 용액으로서 acetonitrile : 0.2% trifluoroacetic acid = 1 : 1 용액을 사용하여 24시간 동안 처리하여 콘택트렌즈 표면에 흡착된 단백질을 모두 추출하였다.
4)단백질 정량 분석
상기 콘택트렌즈 표면에 흡착된 단백질을 추출하여 얻어지는 용액으로부터 lysozyme과 albumin을 정량하기 위해 HPLC(LC-10AVP, Shimadzu, Japan), VP-ODS column(4.6x250 mm, Shimadzu, Japan)를 이용하여 정량분석하였다.
시료는 syringe filter(pore size 0.2um )로 여과하여 사용하였고, 0.1% trifluoroacetic acid in acetonitrile과 0.1% trifluoroacetic acid in water을 1 : 1 비율로 혼합한 이동상 용매로 단백질을 분리하였으며, 분리된 단백질은 UV-detector(SPD-10A, Shimadzu, Japan)를 이용하여 검출파장 220nm에서 측정하였다.
도 2는 pH 7.4의 인공눈물에 콘택트렌즈를 3, 12, 시간 흡착시킨 후 상기 추출방법에 따라 추출된 단백질의 함량을 시간별로 도시한 그래프(히알루론산이 첨가된 하이드로겔 렌즈: red, 히알루론산이 첨가되지 않은 하이드로겔 렌즈: black)로서, 이를 살펴보면 본 발명에 따라 제조된 콘택트렌즈가 종래기술에 따라 제조된 HEMA 기반의 콘택트렌즈보다 단백질이 덜 흡착되는 것을 나타내고 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 히알루론산이 도입된 모노머를 포함하는 조성물에 의해 중합된 렌즈의 경우 대조군과 비교할 경우 단백질 흡착의 총량이 각각 48% (3시간), 45% (12시간) 감소하는 것을 볼 수 있다.
상기 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
Claims (8)
- 하기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물; 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물;을 포함하는 조성물의 공중합을 통해 얻어지는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체.
[화학식 A]
[화학식 B]
상기 화학식 A에서,
R1은또는
이고,
R2 내지 R4는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 또는
또는
이며,
R5는 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이고,
상기 화학식 B에서,
R10은 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 히드록시기를 포함하는 탄소수 2 내지 15의 알킬기이며,
R11은 수소, 또는 메틸기이다. - 제1항에 있어서,
R2 내지 R5는 각각 수소인 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체. - 제2항에 있어서,
상기 화학식 B에서의 R10은 2-히드록시에틸기이고,
R11은 메틸기인 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체. - 제1항에 있어서,
화학식 A로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물은 전체 조성물 대비 0.05 wt% 내지 5 wt%의 범위를 가지며, 화학식 B로 표시되는 화합물은 전체 조성물 대비 65 wt% 내지 95 wt%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체. - 제1항에 있어서,
상기 중합체는 전체 조성물 대비, 친수성 모노머로서 N-비닐피롤리돈 0.3 내지 5 wt%, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 3 내지 20 wt%, 가교제 0.1 내지 5 wt%, 및 중합개시제 0.1 내지 3 wt%를 추가적으로 포함하여 이루어지는 조성물의 공중합에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체. - 하기 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물 0.05 내지 5 wt%, 2-히드록시에틸 메타아크릴레이트(HEMA) 65 내지 95 wt%, N-비닐피롤리돈 0.3 내지 5 wt%, 글리세롤 모노메타아크릴레이트 3 내지 20 wt%, 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 0.1 내지 5 wt%, 중합개시제로서 AIBN 0.1 내지 3 wt%로 이루어지는 조성물의 공중합에 의해 얻어지는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체.
[화학식 A-1]
상기 화학식 A-1에서,
R7은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로또는
이고,
R8은 수소, 또는 알카리 금속 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기이며,
상기 화학식 A-1로 표시되는 구조체를 반복단위로 가지는 화합물의 분자량은 1 내지 100 kDa 이다. - 제6항에 있어서,
화학식 A-1에서의 R7은이고,
R8은 수소인 것을 특징으로 하는 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 콘택트 렌즈용 하이드로겔 중합체를 포함하는 콘택트 렌즈.
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