KR20180137234A - 광변색 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 그 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈는 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(poly(hydroxyethylmethacrylate, pHEMA)를 주재료로 한 하이드로겔 콘텐트 렌즈의 표면에 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network)를 형성시킨 후, 광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 한 것이다. 이에 따라, 콘택트렌즈가 가져야 할 광학적 물성을 해치지 않으면서 눈에 대한 안정성을 확보하고 짧은 광 변색 시간을 갖는 광변색 하이드로겔 콘택트 렌즈가 제공될 수 있다.

Description

광변색 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법{PHOTOCHROMIC CONTACT LENS AND MANUFACTURE METHOD THEREOF}

본 발명은 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광변색성 물질을 하이드로겔 콘텍트 렌즈 표면 상에 처리할 때 생체 친화성 및 친수성(hydrophilic)이 높은 키토산을 이용함으로써, 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 물성을 해치지 않으면서도 광변색 시간이 짧고 인체에 무해하도록 제조한 새로운 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 안구는 외부의 태양광선에 자주 노출될 경우 시력감퇴나 백내장 같은 안과 질환을 일으키는 것은 물론이고 60세 이상 노인의 실명이 원인이 되기도 한다. 이러한 눈의 피로나 안과질환은 안구에 입사하는 과도한 빛의 양에 좌우된다. 따라서 이를 방지하기 위해 야외활동시 선글라스 등으로 빛의 양을 줄여 외부의 태양빛으로부터 안구를 보호한다.

통상적으로 광(光) 변색이란 광 조사에 의해 화학물질의 결합상태가 변하여 흡수 스펙트럼이 다른 이성질체가 가역적으로 생성되는 현상으로, 산업 전반에 걸쳐 광 변색 물질을 응용한 다양한 상품이 출시되고 있다. 특히 광 변색 특성을 보이는 물질을 유기화합물과 중합 또는 표면 코팅하여 자외선 차단용 광 변색 안경으로 널리 이용되고 있기도 하다.

광 변색 안경은 실내에서는 투명한 시력교정용 안경으로 사용하다가 야외에서 햇빛을 받으면 선글라스와 같이 색이 변하여 빛의 양을 줄여주는 안경을 말한다. 광 변색 안경은 야외활동 시 자외선에 의한 광호변성작용(Photochromic)에 의해 선글라스의 기능을 가지게 되어 유해광선으로부터 눈을 보호해 주는 역할을 하기 때문에 꾸준히 인기를 얻고 있다. 광 변색 안경은 자외선에 의해 변색 되어 빛을 여과하기 때문에 눈이 힘들게 활동할 필요가 없어 하루 종일 눈의 긴장을 풀고 편안한 상태를 유지할 수 있다.

근래에는 안경 뿐만 아니라 여러 콘택트 렌즈 제조사에서 광 변색 콘택트렌즈를 개발하고 있다. 콘택트렌즈는 용도면에서 시력교정용(근시, 원시, 난시) 렌즈, 치료용(각막재생 등) 렌즈 및 미용 렌즈(일명 칼라렌즈, 서클렌즈)로 분류될 수 있으며, 재질에 따라 하드 및 소프트로 분류된다. 하드 콘택트 렌즈의 경우, 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA)에 기초한 광변색 콘텍트 렌즈가 제안된 바 있으나, 착용감이 좋지 않다는 단점이 있어 널리 사용되고 있지 않다. 소프트 콘택트 렌즈의 경우 주재료인 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(poly(hydroxyethylmethacrylate, pHEMA)에 기초하는 광변색 콘택트렌즈가 제안된 바 있다. 하지만, 이는 광 변색 물질이 가교된 pHEMA에 갇혀 자외선에 의한 광 변색 과정에 걸리는 시간이 길고 가시광선에 의해 투명해지는 가역성이 부족하여 상용화에 어렵다는 단점이 있었다.

이와 같이 종래의 광 변색 콘택트렌즈는 실외에서 자외선에 의해 변색되었다가 실내에서 다시 투명해지는 시간이 너무 길어 상품성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 종래의 광 변색 콘택트렌즈는 소수성(Hydrophobe)을 띄기 때문에, 함수율이 낮고 및 착용감의 저하가 발생하는 문제점이 있었다. 그러므로 콘택트렌즈가 가져야 할 광학적 물성을 해치지 않으면서 눈에 대한 안정성을 확보하고 짧은 광 변색 시간을 갖는 광변색 콘택트렌즈에 대한 기술적 요구가 여전히 존재한다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하고 추가적인 장점을 제공하기 위한 것으로서, 특히 예컨대 스파이로 파이란 유도체와 같은 광변색체를 하이드로겔 콘텍트 렌즈 표면 상에 처리할 때 생체 친화성 및 친수성(hydrophilic)이 높은 키토산(chitosan)을 이용함으로써, 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 물성을 해치지 않으면서도 광변색 시간이 짧고 인체에 무해하도록 제조한 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하려는 것이다.

나아가, 본 발명은 실내에서는 투명하고 자외선이 조사되는 야외에서는 변색되어 유해광선으로부터 눈을 보호하면서 동시에 미용 기능이 부가된 다기능성 광 변색 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하려는 것이다.

더 나아가 본 발명은 기존의 하이드로겔 콘택트 렌즈가 가지는 물리적 성질을 유지하는 동시에 광변색 기능성이 부여되고, 나아가 광변색 분자가 용출되지 않아 인체 무해한 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈는, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(poly(hydroxyethylmethacrylate, pHEMA)를 주재료로 한 하이드로겔 콘텐트 렌즈의 표면에 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network)를 형성시킨 후, 광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 한 것이다.

본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조방법은, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(pHEMA)에 기초하는 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 공정, 제조된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에 키토산을 적용하는 키토산 적용 공정, 키토산이 적용된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에서 상기 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network) 생성 공정, 광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 하는 광변색체 처리공정을 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 광변색체는 풀기드(Fulgide), 크로메네스(Chromenes), 스파이로옥사진(Spirooxazine), 및 스파이로파이란(Spiropyran) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 공정은, 2-히드록시메타아크릴레이트(HEMA) 60 ~ 95 중량%, 친수성을 위한 N-비닐피롤리돈 0.1 ~ 40 중량%, 가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 0.1 ~ 2.0 중량%, 개시제로서 아조비시소부티로니트릴(AIBN, Azobisisobutyronitrile) 0.01 ~ 0.50 중량% 혼합한 후 1시간 동안 상온에서 교반하고, 교반된 것을 콘택트렌즈 몰드에 주입하고, 건조 오븐(drying oven)을 이용하여 80 ~ 130℃에서 2 ~ 6시간 동안 중합함으로써 이루어질 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 키토산 적용 공정은, 상기 제조 공정에서 제조된 하이드로겔 콘텍트 렌즈를, 카르복실산(Caboxylic acid) 및 아민기를 함유한 숙시닐 키토산(succinyl chitosan) (분자량 50,000-1,000,000) 수용액(고형분 0.1 ~ 3.0 중량%)에 1 ~ 5일간 상온에서 담금으로써 이루어질 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 IPN 생성 공정은, 상기 숙시닐 키토산이 표면에 적용된 하이드로겔 렌즈에 EDC(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride), 및 NHS(N-hydroxysuccinimide)를 넣고 12시간 ~ 3일간 담궈 숙시닐 키토산 간의 아미드 반응(amide reaction)을 일으킴으로써 숙시닐 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(Interpenetrating Polymer Network, IPN)가 상기 하이드로겔 콘텍트 렌즈 표면에 생성할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 광변색체 처리 공정은 광변색체를 포함하는 디메틸포르미드(dimethlyformide, DMF)에 상기 IPN이 생성된 하이드로겔 콘텍트 렌즈를 담궈, 상기 광변색체가 아미드 결합에 의해 상기 IPN의 키토산에 고정되도록 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 특히 예컨대 스파이로 파이란 유도체와 같은 광변색체를 하이드로겔 콘텍트 렌즈 표면 상에 처리할 때 생체 친화성 및 친수성(hydrophilic)이 높은 키토산(chitosan)을 이용함으로써, 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 물성을 해치지 않으면서도 광변색 시간이 짧고 인체에 무해하도록 제조한 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명은 실내에서는 투명하고 자외선이 조사되는 야외에서는 변색되어 유해광선으로부터 눈을 보호하면서 동시에 미용 기능이 부가된 다기능성 광 변색 하이드로겔 콘택트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

더 나아가 본 발명은 기존의 하이드로겔 콘택트 렌즈가 가지는 물리적 성질을 유지하는 동시에 광변색 기능성이 부여되고, 나아가 광변색 분자가 용출되지 않아 인체 무해한 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 제조 과정을 보여주는 개략적인 흐름도.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따라 광변색체로서 사용되는 스파이로파이란 유도체의 생성 과정을 보여주는 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광변색체로서 사용되는 스파이로파이란 유도체의 광변색 기능을 설명하는 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 광변색 현상을 보여주는 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈에 1분의 자외선(UV) 조사 전후의 흡수스펙트럼.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈는, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(poly(hydroxyethylmethacrylate, pHEMA)를 주재료로 한 하이드로겔 콘텐트 렌즈의 표면에 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network)를 형성시킨 후, 광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 한 것이다.

특히 본 발명에서는 키토산을 이용하여 광변색체를 콘텍트 렌즈 표면에 고정한다. 일반적으로 키토산(Chitosan)은 D-글루코사민과 N-아세틸글루코사민으로 이루어진 선형 다당류이며, 혈액순환을 개선하고 지방이 축적되는 것을 막아주며 동시에 혈관 내의 콜레스테롤을 제거해주며 그로 인해 혈액순환이 잘되게끔 도와주는 역할을 하고 있다. 또한 키토산은 생체 친화성이 높아 세포배양이나 약물전단용 담체로서 의약 부분에 많이 사용되고 있다. 나아가 키토산은 또한 높은 친수성을 가지고 있어, 키토산이 코팅된 물질의 친수성이 높아짐을 알 수 있다. 이러한 키토산은 세포독성이 없는 자연 폴리머(natural polymer)(주로 갑각류 껍질에서 추출)로서, 화장품, 식품, 의약, 건강보조식품 등에 많이 사용되고 있다.

이와 같이 본 발명은 생체 친화성이 높을 뿐만 아니라 친수성이 높은 키토산을 이용하여 광변색체가 하이드로겔 콘텍트 렌즈 상에 고정되도록 함으로써, 착용감이 좋고 인체에 무해한 광변색 소프트 콘텍트 렌즈를 제공할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 제조 과정을 보여주는 개략적인 흐름도다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 제공되는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 방법(100)은, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(pHEMA)에 기초하는 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 공정(102), 제조된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에 키토산을 적용하는 키토산 적용 공정(104), 키토산이 적용된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에서 상기 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network) 생성 공정(106), 광변색체(103)가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 하는 광변색체 처리공정(108)을 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 광변색체는 풀기드(Fulgide), 크로메네스(Chromenes), 스파이로옥사진(Spirooxazine), 및 스파이로파이란(Spiropyran) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이들 광변색체는 이미 그 구조와 기능이 잘 밝혀져 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 어두운 곳에서는 투명하다가 자외선에 의해 특유의 색깔을 나타내는 특징을 가진다.

실시예에 있어서, 상기 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 공정(102) 은, 2-히드록시메타아크릴레이트(HEMA) 60 ~ 95 중량%, 친수성을 위한 N-비닐피롤리돈 0.1 ~ 40 중량%, 가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 0.1 ~ 2.0 중량%, 개시제로서 아조비시소부티로니트릴(AIBN, Azobisisobutyronitrile) 0.01 ~ 0.50 중량% 혼합한 후 1시간 동안 상온에서 교반하고, 교반된 것을 콘택트렌즈 몰드에 주입하고, 건조 오븐(drying oven)을 이용하여 80 ~ 130℃에서 2 ~ 6시간 동안 중합함으로써 이루어질 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 키토산 적용 공정은(104), 상기 제조 공정(102)에서 제조된 하이드로겔 콘텍트 렌즈를, 카르복실산(Caboxylic acid) 및 아민기를 함유한 숙시닐 키토산(succinyl chitosan) (분자량 50,000-1,000,000) 수용액(고형분 0.1 ~ 3.0 중량%)에 1 ~ 5일간 상온에서 담금으로써 이루어질 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 IPN 생성 공정(106)은, 상기 숙시닐 키토산이 표면에 적용된 하이드로겔 렌즈에 EDC(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride), 및 NHS(N-hydroxysuccinimide)를 넣고 12시간 ~ 3일간 담궈 숙시닐 키토산 간의 아미드 반응(amide reaction)을 일으킴으로써 숙시닐 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(Interpenetrating Polymer Network, IPN)가 상기 하이드로겔 콘텍트 렌즈 표면에 생성할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 광변색체 처리 공정(108)은 예컨대 스파이로파이란 유도체와 같은 광변색체(103)를 포함하는 디메틸포르미드(dimethlyformide, DMF)에 상기 IPN이 생성된 하이드로겔 콘텍트 렌즈를 담궈, 상기 광변색체가 아미드 결합에 의해 상기 IPN의 키토산에 고정되도록 할 수 있다.

그 결과 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈(109)가 제조된다.

<실시예>

- 광 변색체: 스파이로파이란 유도체 합성(200)

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 광변색체로서 사용되는 스파이로파이란 유도체를, 2,3,3-trimethylindolenine(202)와 3-iodopropionic acid의 alkylation 반응을 통하여 carboxylated indoline salt(204)를 합성한뒤, piperidine base 첨가하에 2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde와 반응을 통하여 스파이로파이란 유도체(206)를 합성한다.

- 하이드로겔 콘택트 렌즈 제조

콘택트렌즈 제조에 사용된 2-히드록시메타아크릴레이트(HEMA, 96%, Junsei)는 진공 증류하여 불순물과 첨가된 중합방지제(hydroquinone)를 제거한 후 반응에 사용하였다. HEMA (87.2wt%)이외에 친수성을 위한 N-비닐피롤리돈 (12 wt%) (NVP, 99%, Junsei)가 사용되었고, 가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트(0.5wt%) (EGDMA, 98%, Aldrich), 개시제로서 AIBN (0.3wt%) (98%, Junsei)를 사용하였다. 상기 원료들을 하기 표 1에 따른 구성비에 따라 혼합한 후 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 혼합된 모노머는 콘택트렌즈 몰드에 주입하고, drying oven에서 90℃, 5시간동안 중합하였다.

- chitosan 적용

Caboxylic acid와 amine기를 다량 함유한 succinyl chitosan (분자량 50,000-1,000,000) 수용액 2ml (0.5wt%)를 dry된 콘택트 렌즈에 2일간 담근다.

- IPN 생성

Succinyl chitosan을 함유한 하이드로겔 렌즈에 N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC), N-hydroxysuccinimide (NHS)를 넣고 1일간 담궈 succinyl chitosan간의 amide reaction을 일으켜 succinyl chitosan과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(Interpenetrating Polymer Network, IPN)를 하이드로겔 표면에 얻는다.

- spiropyran 유도체의 하이드로겔 렌즈에 적용

하이드로겔 렌즈 표면의 IPN 구조는 다량의 amine기를 함유하고 있다. EDC, NHS, caroboxylated spiropyran 유도체를 포함하는 dimethlyformide (DMF) 2ml에 하이드로겔 렌즈를 담궈, spiropyran 유도체가 amide 결합으로 IPN의 chitosan에 고정되게 하였다. Spiropyran이 적용된 하이드로겔 렌즈의 UV/Visible 빛에 따른 색변이 현상을 관찰하고, UV/Vis adsorption spectra를 얻었다.

도 4는 상기 실시예에 따라 제조된 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 광변색 현상을 보여주는 사진이다. 도 4의 좌측에 보이는 바와 같이, 자외선이 없을 경우에는 투명하다가 자외선(UV)이 조사되면 도 4의 우측에 보이는 바와 같이 색깔을 나타내게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈에 1분의 자외선(UV) 조사 전후의 흡수스펙트럼이다. 도 5에서 자외선 조사 전은 점선으로 표시되고, 자외선 조사 후(즉, 광변색 후)는 실선으로 나타난다. 가시광선 영역 대부분에 걸쳐 점선은 거의 0인데 비하여, 광변색 후에는 약 530nm 부근에서 큰 흡수율을 보이는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈로서,
   폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(poly(hydroxyethylmethacrylate, pHEMA)를 주재료로 한 하이드로겔 콘텐트 렌즈의 표면에 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network)를 형성시킨 후, 광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 한 것을 특징으로 하는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈.
2. 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조방법으로서,
   폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(pHEMA)에 기초하는 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 공정;
   제조된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에 키토산을 적용하는 키토산 적용 공정;
   키토산이 적용된 하이드로겔 콘텍트 렌즈의 표면에서 상기 키토산과 pHEMA가 비공유결합으로 서로 얽혀있는 상호침투구조체(IPN, Interpenetrating Polymer Network) 생성 공정;
   광변색체가 상기 IPN의 키토산과 아미드 결합에 의해 고정되도록 하는 광변색체 처리공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광변색 하이드로겔 콘텍트 렌즈 제조 방법.

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