KR20190028463A - N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는 실리콘 하이드로겔 및 이로 제조된 콘택트 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 단량체 혼합물로부터 형성되는, 물리적 특성과 기계적 특성의 원하는 조합을 나타내는 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다. 이들 실리콘 하이드로겔은 또한 친수성 성분, 가교결합제 및 강인화 단량체를 함유할 수 있다. 이들 실리콘 하이드로겔은 생의학 장치, 안과용 렌즈, 및 콘택트 렌즈를 제조하는 데 유용하다.

Description

N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는 실리콘 하이드로겔 및 이로 제조된 콘택트 렌즈
관련 출원
본 출원은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2017년 5월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/609,088호 및 2016년 7월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/358,967호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 실리콘 하이드로겔에 관한 것으로, 상기 실리콘 하이드로겔은 N-알킬 메타크릴아미드 및 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 단량체 혼합물로부터 유도되고, 모듈러스를 포함한 기계적 특성과 물리적 특성의 의외의 조합을 나타낸다. 이들 실리콘 하이드로겔은 의료 장치, 안과용 장치, 및 콘택트 렌즈를 포함한 다수의 분야에서 사용하기에 적합하다.
소프트 콘택트 렌즈는 하이드로겔을 기재로 한다. 많은 사용자는 소프트 콘택트 렌즈가 하루 종일 착용하기에 충분히 편안하다는 것을 알게 된다. 하기 2가지 주요 부류의 소프트 콘택트 렌즈 재료가 있다: 실리콘을 함유하지 않는 하이드로겔로부터 형성되는 소프트 콘택트 렌즈 및 실리콘 하이드로겔. 통상적인 하이드로겔 및 실리콘 하이드로겔은 약 20 psi 내지 약 300 psi 범위의 모듈러스를 갖는데, 이는 렌즈가 눈의 형상에 순응할 수 있게 한다. 이들 모듈러스 수준은 제조자가 다수의 광학 도수 및 구성을 갖는 콘택트 렌즈를 생성할 것을 요구할 수 있다.
실리콘 하이드로겔은 일반적으로 약 50 psi 내지 약 300 psi 범위의 값을 갖는 통상적인 하이드로겔보다 더 높은 모듈러스를 갖는다. 약 150 psi 초과의 모듈러스를 나타내는 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 환자의 편안함을 감소시키고 소정의 기계적 유해 사건(adverse event)을 증가시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 더 높은 모듈러스에서도, 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 여전히 실질적으로 눈의 형상에 순응하며, 이는, 환자 집단에 맞추기 위하여 다수의 렌즈 설계를 필요로 한다.
강인화제, 예컨대 아이소보르닐 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및 가교결합제가 콘택트 렌즈의 모듈러스를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이들은 일반적으로 연신율과 같은 렌즈의 다른 기계적 특성에 해로운 영향을 준다.
미국 특허 제4182822호 및 미국 특허 제4343927호는 N-알킬 메타크릴아미드를 포함한 아미드 단량체, 단쇄 폴리실록사닐알킬 메타크릴레이트, 및 선택적으로 다른 단량체의 반응성 혼합물로부터 제조되는 실리콘 하이드로겔을 개시한다. 미국 특허 제5298533호는 N-메틸 메타크릴아미드로부터 제조된 통상적인 하이드로겔(실리콘 함량이 없는 것들)이 N, N-다이메틸 아크릴아미드로부터 제조된 것보다 가수분해적으로 덜 안정하다는 것을 개시한다. 이들 특허 중 어느 것도 본 명세서에 개시된 특성들의 의외의 균형을 갖는, 실리콘 하이드로겔 또는 4개 이상의 폴리실록산 반복 단위를 갖는 성분을 함유하는 폴리실록산을 함유하는 실리콘 하이드로겔 제형을 개시하지 않는다.
문헌[Kodaira et al in the Polymer Journal Vol. 20, No. 11, pp 1021-1029 (1988)]에는 N-메틸 아크릴아미드 또는 N-메틸 메타크릴아미드와 메틸 메타크릴레이트의 공중합체 반응성 비에 대한 용매의 영향이 개시되어 있다.
문헌[Shea et al in Macromolecules Vol. 23, No. 21, pp 4497-4507 (1990)]에는 고도로 가교결합된 폴리아크릴아미드 및 폴리메타크릴아미드의 합성이 보고되어 있는데, 이에는 N-메틸 메타크릴아미드 및 다양한 비스-메타크릴아미드 가교결합제로부터 제조된 것들이 포함된다. 폴리(N-메틸 메타크릴아미드)를 또한 제조하였다.
다양한 N-치환된 메타크릴아미드가 다양한 비-하이드로겔 공중합체를 제조하는 데 사용되어 왔으며, 이에는 메틸 메타크릴레이트와 N-메틸, N-사이클로헥실, 및 N-아이소보르닐 메타크릴아미드의 공중합(문헌[Chen et al in the Journal of Polymer Science Vol. 82, pp 400-405 (2001)]); tert-부틸 메타크릴레이트와 N-옥틸, N-에틸, N-사이클로헥실, 및 N-벤질 메타크릴아미드의 공중합(이들에 대한 열처리는 치환된 폴리(메타크릴이미드) 폼을 생성함)(문헌[Ritter el al in Macromolecules Vol. 36, pp 318-322 (2003)]); N-페닐, N-4-메톡시페닐, 및 N-4-브로모페닐 메타크릴아미드로부터 단일중합체의 합성(문헌[Kuo et al in Polymer Vol. 52, pp 2600-2608 (2011)]).
문헌[Schrooten et al in Macromol. Chem. Phys. Vol. 214, pp 2283-2294 (2013)]은 수용액 중의 N, N-다이메틸 아크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, 및 메타크릴아미드의 라디칼 중합의 전파 속도론(propagation kinetics)을 연구하였다. 전파 속도 계수는 단량체 농도에 따라 감소하였는데, 이는, 부분적으로, 수소 결합 및 쌍극자-쌍극자 효과의 수반되는 변화에 기인한다. 이 참고문헌에는 또한 N, N-다이메틸 메타크릴아미드가 라디칼 단일중합을 겪지 않는다는 개시되고 있다. 과학 문헌으로부터의 이들 인쇄 간행물 중 어느 것도 N-알킬 메타크릴아미드를 갖는 실리콘 하이드로겔을 개시하지 않았다. 일부에는 N-알킬 메타크릴아미드로부터 제조된 중합체에 대해 높은 유리 전이 온도가 보고되어 있는 반면, 다른 것에는 N-알킬 메타크릴아미드의 중합 속도론에 대해 보고되어 있어서, 반응성 비에 대한 용매의 효과를 강조하고 있다.
미국 특허 제862662호는, 중심 부분 및 주변 부분 둘 모두가 각각 435 psi 내지 14,503 psi 및 29 psi 내지 435 psi의 영 모듈러스(Young's modulus)를 갖는 함수 연질 재료로부터 형성되는 하이브리드 소프트 콘택트 렌즈를 개시한다. 함수 연질 재료는 스티릴 실록산 단량체 및 친수성 단량체((메트)아크릴아미드 단량체를 포함함)로부터 형성될 수 있다. 그러나, N-알킬 메타크릴아미드 단량체는 개시되어 있지 않다.
난시를 갖는 환자의 경우, 광학 교정이 모든 머리 자세에서 효과적이도록 하기 위해 소프트 콘택트 렌즈가 회전 안정화되어야 한다. 그러한 안정화는 회전을 제한하는 콘택트 렌즈의 후방 면 상의 안정화 구역의 사용에 의해 통상 달성된다. 대안적으로, 렌즈의 중심 부분이 각막 위로 띄워져서 각막 표면과 렌즈 사이에 공간을 생성하는 난시 차폐 렌즈가 개발되어 왔다. 누액막이 그 공간을 채우고 난시를 차폐한다. 중심 영역에서 충분한 강직도를 갖는 현재의 차폐 렌즈는 바람직하지 않게 두껍거나, 주변부에 사용되는 하이드로겔 물질과 불상용성이다.
본 발명은 조성물에 관한 것으로, 이에는 실리콘-함유 성분 및 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 단량체를 포함하고, 이로 이루어지고, 이로 본질적으로 이루어지는 반응성 혼합물로부터 형성되는 실리콘 하이드로겔이 포함된다.
본 발명은, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 적어도 약 1000 psi의 모듈러스 및 적어도 약 10%의 물 함량을 갖는, 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 140 내지 약 2000 psi의 모듈러스 및 약 20 내지 약 50%의 물 함량을 갖는, 비이온성 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드, 약 5 내지 약 15 중량%의 적어도 하나의 가교결합 성분, 및 화학식 I 내지 화학식 V의 화합물로부터 선택되는 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 150 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스 및 약 10 내지 약 50%의 물 함량을 갖는, 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다:
[화학식 I]
Figure pct00001
[화학식 II]
Figure pct00002
[화학식 III]
Figure pct00003
[화학식 IV]
Figure pct00004
[화학식 V]
Figure pct00005
상기 식에서,
R1은 수소 원자 또는 메틸이고; Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고; j는 1 내지 20의 정수이고; q는 최대 50, 또는 5 내지 30 또는 10 내지 25이고; n1 및 n2는 4 내지 100; 4 내지 50; 또는 4 내지 25이고; n3은 1 내지 50, 1 내지 20, 또는 1 내지 10이고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자(또는 3 내지 8개의 탄소 원자)를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
R3은 치환 또는 비치환된 C1-6, C1-4 또는 C2-4 알킬렌 세그먼트, 예컨대 화학식 (CH2)r(여기서, 각각의 메틸렌 기는 독립적으로 에테르, 아민, 카르보닐, 카르복실레이트, 카르바메이트 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있음); 또는 옥시알킬렌 세그먼트, 예컨대 (OCH2)k(k는 1 내지 3의 정수임)이거나, 또는 R3은 알킬렌 세그먼트와 옥시알킬렌 세그먼트의 조합일 수 있고 r과 k의 합이 1 내지 9이고;
각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이고;
R5는 1 내지 8개의 탄소 원자, 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬 기, 또는 메틸 또는 부틸; 또는 아릴 기이며, 이들 중 임의의 것은 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있다.
본 발명은, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드, 적어도 하나의 실리콘-함유 성분 및 적어도 약 2 중량%, 또는 적어도 5 내지 15 중량%의 적어도 하나의 가교결합 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명은, 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 20,000 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스 및 약 10 내지 약 40%의 물 함량을 갖는 실리콘 하이드로겔에 관한 것으로, 상기 반응성 혼합물은
(a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드,
(b) 적어도 하나의 가교결합 성분
(c) 적어도 하나의 부피가 큰(bulky) 실록산-함유 성분을 포함하며,
상기 적어도 하나의 부피가 큰 실록산-함유 성분은 트리스(트라이메틸실록시)실릴스티렌, 3-트리스(트라이메틸실록시)실릴프로필 메타크릴레이트, N-[3-트리스(트라이메틸실록시)실릴]-프로필 아크릴아미드, 2-하이드록시-3-[3-메틸-3,3-다이(트라이메틸실록시)실릴프로폭시]-프로필 메타크릴레이트, 및 다른 부피가 큰 실리콘 단량체, 예컨대 화학식 VI 내지 화학식 XIV의 것들(여기서, 각각의 R6은 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이거나, 또는 트라이메틸실록시 기임)로 이루어진 군으로부터 선택된다:
[화학식 VI]
Figure pct00006
[화학식 VII]
Figure pct00007
[화학식 VIII]
Figure pct00008
[화학식 IX]
Figure pct00009
[화학식 X]
Figure pct00010
[화학식 XI]
Figure pct00011
[화학식 XII]
Figure pct00012
[화학식 XIII]
Figure pct00013
[화학식 XIV]
Figure pct00014
본 발명은 반응성 혼합물로부터 형성되는 실리콘 하이드로겔에 관한 것으로, 상기 반응성 혼합물은
a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드;
b) 적어도 하나의 하이드록실-함유 실리콘-함유 성분;
c) 적어도 하나의 습윤제;
d) 적어도 하나의 하이드록시알킬 단량체; 및
e) 적어도 하나의 가교결합제를 포함한다.
본 발명은 중심 영역 및 주변 영역을 포함하는 복합 콘택트 렌즈에 관한 것으로, 상기 중심 영역은 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 제1 실리콘 하이드로겔을 포함하고, 상기 주변 영역은 상기 중심 영역보다 더 낮은 모듈러스를 나타내는 제2 실리콘 하이드로겔을 포함한다.
본 발명은 복합 콘택트 렌즈의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
(a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응 혼합물로부터 형성되는 제1 실리콘 하이드로겔 제형 하이드로겔을 제1 금형 내로 투입하는 단계,
(b) 상기 제1 실리콘 하이드로겔 제형을 겔로 부분 경화시키는 단계,
(c) 제2 실리콘 하이드로겔 제형을 상기 제1 금형 내로 투입하는 단계,
(d) 상기 제2 실리콘 하이드로겔 제형이 상기 겔 내로 흡수되는 시간을 허용하는 단계,
(e) 제2 금형을 상기 제1 금형의 상부에 배치하는 단계, 및
(f) 결합체를 완전 경화시켜 상기 복합 콘택트 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은 실시예 57에 따라 제조된 복합 렌즈의 현미경 사진으로, 콘택트 렌즈와 인공 각막 표면 사이의 띄워진 간극(vaulting gap)을 보여준다.
본 발명은 하기의 설명에 기재된 구성 또는 공정 단계의 상세 사항에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시 형태들이 가능하며, 본 명세서의 교시내용을 사용하여 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다.
N-알킬 메타크릴아미드를 적어도 하나의 실리콘-함유 성분과, 가교결합제, 친수성 단량체, 습윤제, 및 강인화제를 포함한 추가의 선택적인 성분과 중합함으로써 형성되는 실리콘 하이드로겔은, 바람직한 물 함량에서의 높은 모듈러스를 포함한, 특성들의 의외의 조합을 나타내는 실리콘 하이드로겔을 제공한다. 특성들의 이러한 균형은 특히 의외인데, 이는, 구조적으로 유사한 아미드, 예컨대 아크릴아미드, 예컨대 N,N-다이메틸아크릴아미드, 메타크릴아미드 또는 메타크릴아미드(두 N 치환체는 모두 H 또는 알킬임)가 실리콘-함유 성분(들)과 함께 사용되는 제형에서는 동일한 효과가 관찰되지 않기 때문이다.
본 명세서에 사용되는 용어들과 관련하여, 하기 정의들이 제공된다. 중합체 정의는 문헌[the Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature, IUPAC Recommendations 2008, edited by: Richard G. Jones, Jaroslav Kahovec, Robert Stepto, Edward S. Wilks, Michael Hess, Tatsuki Kitayama, and W. Val Metanomski]에 개시된 것과 동일하다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 수식되는 수치의 +/-5%의 범위를 지칭한다. 예를 들어, 어구 "약 10"은 9.5 및 10.5 둘 모두를 포함할 것이다.
용어 "(메트)"는 선택적인 메틸 치환을 나타낸다. 따라서, "(메트)아크릴레이트"와 같은 용어는 메타크릴레이트 라디칼 및 아크릴레이트 라디칼 둘 모두를 나타낸다.
화학 구조가 주어지는 경우에는 언제든지, 구조의 치환체들에 대해 개시되는 대안들이 임의의 조합으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 구조가 치환체 R* 및 R**를 함유하고, 그 각각이 3가지의 가능한 기를 함유하는 경우, 9가지 조합이 개시된다. 특성들의 조합들에 대해서도 마찬가지이다.
일반 화학식 [***]n에서의 "n"과 같은 하첨자가 중합체의 화학식에서 반복 단위의 수를 나타내는 데 사용될 때, 상기 화학식은 거대분자의 수 평균 분자량을 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
"거대분자"는 분자량이 1500 초과인 유기 화합물이며, 반응성 또는 비반응성일 수 있다.
"중합체"는 사슬 또는 네트워크 구조로 함께 연결된 반복 화학 단위들의 거대분자이며, 반응성 혼합물에 포함된 단량체 및 거대단량체(macromer)로부터 유도되는 반복 단위로 구성된다.
"단일중합체"는 하나의 단량체 또는 거대단량체로부터 제조된 중합체이고; "공중합체"는 둘 이상의 단량체, 거대단량체 또는 이들의 조합으로부터 제조된 중합체이고; "삼원공중합체"는 3개의 단량체, 거대단량체 또는 이들의 조합으로부터 제조된 중합체이다. "블록 공중합체"는 조성적으로 상이한 블록들 또는 세그먼트들로 구성된다. 이중블록 공중합체는 2개의 블록을 갖는다. 삼중블록 공중합체는 3개의 블록을 갖는다. "콤(comb) 또는 그래프트 공중합체"는 적어도 하나의 거대단량체로부터 제조된다.
"반복 단위" 또는 "반복 화학 단위"는 단량체 및 거대단량체의 중합으로부터 생성되는 중합체 내의 원자들의 가장 작은 반복되는 군이다.
"생의학 장치"는 포유류 조직 또는 체액 내에 또는 상에, 그리고 바람직하게는 인간 조직 또는 체액 내에 또는 상에 있는 채로 사용되도록 설계된 임의의 물품이다. 이들 장치의 예에는 상처 드레싱, 실란트, 조직 충전제, 약물 전달 시스템, 코팅, 접착 방지 배리어, 카테터, 임플란트, 스텐트, 봉합사 및 안과용 장치, 예를 들어 안내 렌즈 및 콘택트 렌즈가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 생의학 장치는 실리콘 하이드로겔로부터 제조된 콘택트 렌즈를 비롯한 콘택트 렌즈와 같은 안과용 장치일 수 있다.
"개체"는 인간 및 척추동물을 포함한다.
용어 "안구 표면"은 각막, 결막, 눈물샘, 덧눈물샘, 비루관 및 마이봄샘(meibomian gland)의 표면 및 샘 상피, 및 그들의 정점 및 기저 매트릭스, 누점(puncta), 및 내분비 및 면역계와, 신경분포(innervation)에 의한, 상피의 연속성 둘 모두에 의해 기능계(functional system)로서 연결된 눈꺼풀을 포함하는 인접 또는 관련 구조를 포함한다.
"안과용 장치"는 안구 표면을 비롯한, 눈 또는 눈의 임의의 부분 안에 또는 그 위에 머무르는 임의의 장치를 지칭한다. 이러한 장치는 광학적 교정, 미용 증진, 시력 증진, 치료적 이득(예를 들어, 안대로서) 또는 활성 성분, 예컨대 약제학적(pharmaceutical) 성분 및 뉴트라슈티칼(nutraceutical) 성분의 전달, 또는 전술된 것들 중 임의의 것의 조합을 제공할 수 있다. 안과용 장치의 예에는 누점 마개(punctal plug) 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 광학적 삽입물 및 안구 삽입물(ocular insert)과 렌즈가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. "렌즈"는 소프트 콘택트 렌즈, 하드 콘택트 렌즈, 하이브리드 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 및 오버레이 렌즈를 포함한다. 안과용 장치는 콘택트 렌즈를 포함할 수 있다.
"콘택트 렌즈"는 개체의 눈의 각막 상에 배치될 수 있는 안과용 장치인, 구조체를 지칭한다. 콘택트 렌즈는, 상처 치유, 약물 또는 뉴트라슈티칼의 전달, 진단 평가 또는 모니터링, 또는 UV 차단 및 가시광 또는 눈부심(glare) 감소, 또는 이들의 조합을 포함하는, 교정적, 미용적, 치료적 이점을 제공할 수 있다. 콘택트 렌즈는 당업계에 공지된 임의의 적절한 물질을 가질 수 있으며, 모듈러스, 물 함량, 광 흡수 특징 또는 이들의 조합과 같은 상이한 특성들을 갖는 적어도 2개의 별개의 부분들을 포함하는 소프트 렌즈, 하드 렌즈 또는 하이브리드 렌즈일 수 있다.
본 발명의 생의학 장치, 안과용 장치, 및 렌즈는 실리콘 하이드로겔로 구성될 수 있다. 이러한 실리콘 하이드로겔은 전형적으로 경화된 장치 내에서 서로 공유 결합되는 소수성 및 친수성 단량체들 및/또는 실리콘 성분을 함유한다.
"실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈"는 적어도 하나의 실리콘 하이드로겔 물질을 포함하는 콘택트 렌즈를 지칭한다. 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 일반적으로 통상적인 하이드로겔과 비교하여 증가된 산소 투과도를 갖는다. 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 그들의 물 및 중합체 함량 둘 모두를 사용하여 산소를 눈에 투과시킨다.
"중합체 네트워크"는 용매 중에서 팽윤될 수 있지만, 중합체 네트워크가 본질적으로 하나의 거대분자이기 때문에, 용해될 수는 없는 가교결합된 거대분자이다. "하이드로겔" 또는 "하이드로겔 물질"은 평형 상태로 물을 함유하는 중합체 네트워크를 지칭한다. 하이드로겔은 일반적으로 적어도 약 10 중량%의 물을 함유한다.
"통상적인 하이드로겔"은 어떠한 실록시, 실록산 또는 카르보실록산 기도 갖지 않는 단량체로부터 제조된 중합체 네트워크를 지칭한다. 통상적인 하이드로겔은 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트("HEMA"), N-비닐 피롤리돈("NVP"), N, N-다이메틸아크릴아미드("DMA"), 또는 비닐 아세테이트와 같은 친수성 단량체를 주로 함유하는 단량체 혼합물로부터 제조된다. 미국 특허 제4,436,887호, 제4,495,313호, 제4,889,664호, 제5,006,622호, 제5,039459호, 제5,236,969호, 제5,270,418호, 제5,298,533호, 제5,824,719호, 제6,420,453호, 제6,423,761호, 제6,767,979호, 제7,934,830호, 제8,138,290호, 및 제8,389,597호는 통상적인 하이드로겔의 형성을 개시한다. 구매가능한 하이드로겔 제형에는 에타필콘(etafilcon), 폴리마콘(polymacon), 비필콘(vifilcon), 겐필콘(genfilcon), 레네필콘(lenefilcon), 힐라필콘(hilafilcon), 네소필콘(nesofilcon), 및 오마필콘(omafilcon)을 비롯하여, 이들의 모든 변형이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
"실리콘 하이드로겔"은 적어도 하나의 실리콘-함유 성분과 적어도 하나의 친수성 성분의 공중합에 의해 얻어지는 하이드로겔을 지칭한다. 친수성 성분은 또한 비반응성 중합체를 포함할 수 있다. 각각의 실리콘-함유 성분 및 친수성 성분은 단량체, 거대단량체 또는 이들의 조합일 수 있다. 실리콘-함유 성분은 적어도 하나의 실록산 또는 카르보실록산 기를 함유한다.
구매가능한 실리콘 하이드로겔의 예에는 발라필콘(balafilcon), 아쿠아필콘(acquafilcon), 로트라필콘(lotrafilcon), 콤필콘(comfilcon), 델레필콘(delefilcon), 엔필콘(enfilcon), 판필콘(fanfilcon), 포르모필콘(formofilcon), 갈리필콘(galyfilcon), 세노필콘(senofilcon), 나라필콘(narafilcon), 팔콘(falcon) II, 아스모필콘(asmofilcon) A, 삼필콘(samfilcon), 리오필콘(riofilcon), 스텐필콘(stenfilcon), 소모필콘(somofilcon)뿐만 아니라, 미국 특허 제4,659,782호, 제4,659,783호, 제5,244,981호, 제5,314,960호, 제5,331,067호, 제5,371,147호, 제5,998,498호, 제6,087,415호, 제5,760,100호, 제5,776,999호, 제5,789,461호, 제5,849,811호, 제5,965,631호, 제6,367,929호, 제6,822,016호, 제6,867,245호, 제6,943,203호, 제7,247,692호, 제7,249,848호, 제7,553,880호, 제7,666,921호, 제7,786,185호, 제7,956,131호, 제8,022,158호, 제8,273,802호, 제8,399,538호, 제8,470,906호, 제8,450,387호, 제8,487,058호, 제8,507,577호, 제8,637,621호, 제8,703,891호, 제8,937,110호, 제8,937,111호, 제8,940,812호, 제9,056,878호, 제9,057,821호, 제9,125,808호, 제9,140,825호, 제9,156,934호, 제9,170,349호, 제9,244,196호, 제9,244,197호, 제9,260,544호, 제9,297,928호, 제9,297,929호뿐만 아니라, 국제특허 공개 WO 03/22321호, 국제특허 공개 WO 2008/061992호, 및 미국 특허 출원 공개 제2010/048847호에서 제조되는 것과 같은 실리콘 하이드로겔이 포함된다. 이러한 특허들뿐만 아니라, 본 단락에서 개시된 모든 다른 특허들은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.
"실리콘-함유 성분"은 실록산 [-Si-O-Si] 기 또는 카르보실록산 기의 형태의, 적어도 하나의 규소-산소 결합을 함유하는 단량체, 거대단량체, 예비중합체, 가교결합제, 개시제, 첨가제, 또는 중합체를 지칭한다. 실리콘-함유 성분의 예에는 실리콘 거대단량체, 예비중합체, 및 단량체가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
실리콘 거대단량체의 예에는 펜던트 친수성 기로 메타크릴레이트화된 폴리다이메틸실록산이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 본 발명에 유용한 실리콘-함유 성분의 예는 미국 특허 제3,808,178호, 제4,120,570호, 제4,136,250호, 제4,153,641호, 제4,740,533호, 제5,034,461호, 제5,962,548호, 제5,244,981호, 제5,314,960호, 제5,331,067호, 제5,371,147호, 제5,760,100호, 제5,849,811호, 제5,962,548호, 제5,965,631호, 제5,998,498호, 제6,367,929호, 제6,822,016호, 제5,070,215호, 제8662,663호, 제7,994,356호, 제8,772,422호, 제8,772,367호, 유럽 특허 EP080539호 및 국제특허 공개 WO2014/123959호에서 찾을 수 있다.
"반응성 혼합물" 및 "반응성 단량체 혼합물"은 함께 혼합되고, 중합 조건을 거칠 때, 본 발명의 실리콘 하이드로겔 및 렌즈를 형성하는 성분들(반응성 및 비반응성 둘 모두)의 혼합물을 지칭한다. 반응성 혼합물은 반응성 성분, 예를 들어 단량체, 거대단량체, 예비중합체, 가교결합제, 개시제, 희석제, 및 추가의 성분, 예를 들어 습윤제, 이형제, 염료, 광 흡수 화합물, 예컨대 UV 흡수제, 안료, 염료 및 광변색성(photochromic) 화합물(이들 중 임의의 것은 반응성 또는 비반응성일 수 있지만 생성되는 생의학 장치 내에 보유될 수 있음)뿐만 아니라 활성 성분, 예를 들어 약제학적 화합물 및 뉴트라슈티칼 화합물, 및 임의의 희석제를 포함한다. 제조되는 생의학 장치 및 그의 의도된 용도에 기초하여 광범위한 첨가제가 첨가될 수 있음이 이해될 것이다. 반응성 혼합물의 성분들의 농도는 희석제를 제외한, 반응성 혼합물 중의 모든 성분들에 대한 중량%로 주어진다. 희석제가 사용되는 경우에, 그 농도는 반응 혼합물 중의 모든 성분들과 희석제의 양을 기준으로 하여 중량%로서 주어진다.
"단량체"는 비-반복 작용기를 갖는 분자이며, 이는 사슬 성장 중합, 및 특히 자유 라디칼 중합을 겪을 수 있다. 일부 단량체는 가교결합제로서 작용할 수 있는 이작용성 불순물을 갖는다. "거대단량체"는 사슬 성장 중합을 겪을 수 있는 적어도 하나의 반응성 기 및 반복 구조를 갖는 선형 또는 분지형 중합체이다. 모노메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(분자량 = 500 내지 1500 g/mol)(mPDMS) 및 모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(분자량 = 500 내지 1500 g/mol)(OH-mPDMS)이 거대단량체로 지칭된다.
"반응성 성분"은 공유 결합, 수소 결합 또는 상호침투 네트워크의 형성에 의해, 생성되는 실리콘 하이드로겔의 중합체 네트워크의 구조의 일부가 되는 반응성 혼합물 중의 성분이다. 중합체 구조의 일부가 되지 않는 희석제 및 가공 조제는 반응성 성분이 아니다. 전형적으로, 거대단량체의 화학 구조는 목표 거대분자의 화학 구조와는 상이한데, 즉 거대단량체의 펜던트 기의 반복 단위는 목표 거대분자 또는 그의 주쇄의 반복 단위와는 상이하다.
"중합성"은 화합물이, 자유 라디칼 중합과 같은 사슬 성장 중합을 겪을 수 있는 적어도 하나의 반응성 기를 포함함을 의미한다. 반응성 기의 예에는 하기에 열거된 1가 반응성 기가 포함된다. "비중합성"은 화합물이 그러한 중합성 작용기를 포함하지 않음을 의미한다.
"1가 반응성 기"는 자유 라디칼 및/또는 양이온 중합과 같은 사슬 성장 중합을 겪을 수 있는 기이다. 자유 라디칼 반응성 기의 비제한적인 예에는 (메트)아크릴레이트, 스티렌, 비닐 에테르, (메트)아크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, O-비닐카르바메이트, O-비닐카르보네이트, 및 다른 비닐 기가 포함된다. 일 실시 형태에서, 자유 라디칼 반응성 기는 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, N-비닐 락탐, N-비닐아미드, 및 스티릴 작용기, 또는 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, 및 전술한 것들 중 임의의 것의 혼합물을 포함한다.
전술한 것의 예에는 치환 또는 비치환된 C1-6알킬(메트)아크릴레이트, C1-6알킬(메트)아크릴아미드, C2-12알케닐, C2-12알케닐페닐, C2-12알케닐나프틸, C2-6알케닐페닐C1-6알킬이 포함되며, 여기서 상기 C1-6알킬 상의 적합한 치환체는 에테르, 하이드록실, 카르복실, 할로겐 및 이들의 조합을 포함한다.
리빙(living) 자유 라디칼 및 이온 중합과 같은 다른 중합 경로가 또한 이용될 수 있다. 장치-형성 단량체는 하이드로겔 공중합체를 형성할 수 있다. 하이드로겔의 경우, 반응성 혼합물은 전형적으로 적어도 하나의 친수성 단량체를 포함할 것이다.
친수성 성분은 25℃에서 10 중량%의 농도로 탈이온수와 혼합되는 경우에 투명한 단일상을 생성하는 것이다.
"상호침투 중합체 네트워크(interpenetrating polymer network)" 또는 "IPN"은, 분자 규모로 적어도 부분적으로 인터레이싱되지만, 서로 공유 결합되지 않으며, 화학 결합이 파괴되지 않는 한 분리될 수 없는 2개 이상의 중합체 네트워크를 포함하는 중합체이다.
"세미(semi)-상호침투 중합체 네트워크" 또는 "세미-IPN"은 하나 이상의 중합체 네트워크(들) 및 하나 이상의 선형 또는 분지형 중합체(들)를 포함하는 중합체이며, 이는 선형 또는 분지형 사슬의 적어도 일부에 의한 네트워크들 중 적어도 하나의 분자 규모의 침투를 특징으로 한다.
"가교결합제"는 분자 상의 2개 이상의 위치에서 자유 라디칼 중합을 겪어서 분지점 및 중합체 네트워크를 생성할 수 있는 이작용성 또는 다작용성 성분이다. 일반적인 예는 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이메타크릴레이트, 메틸렌 비스아크릴아미드, 트라이알릴 시아누레이트 등이다.
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 (a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 단량체, (b) 적어도 하나의 실리콘-함유 성분, 및 (e) 적어도 하나의 가교결합제를 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성된다. N-알킬 메타크릴아미드 단량체는 화학식 XV에 나타낸 구조를 갖는다:
[화학식 XV]
Figure pct00015
상기 식에서, R7은 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 벤질 또는 페닐로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 비치환되거나 하이드록실, 아미노 등과 같은 추가의 작용기로 치환될 수 있다.
R7은 또한 비치환된 C1-C4 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. R7이 메틸인 경우, N-알킬 메타크릴아미드 단량체는 N-메틸 메타크릴아미드(NMMA)이다.
N-알킬 메타크릴아미드 단량체는 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 1 내지 약 50 중량%, 약 5 내지 약 50, 약 7 내지 약 30, 약 7 내지 약 25 또는 약 7 내지 약 20 중량%의 농도로 반응성 혼합물에 존재할 수 있다.
의외로, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 단량체 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 제조된 하이드로겔은, 10% 또는 15% 초과의 물의 물 함량 값을 여전히 유지하면서, 현저히 증가된 모듈러스를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 모듈러스 값은 최대 200,000 psi의 범위일 수 있다. 그의 의외로 증가된 모듈러스에도 불구하고, 본 발명의 실리콘 하이드로겔은 취성이 아니며, 5% 초과, 또는 10% 초과의 허용가능한 % 연신율 값을 갖는다. 이들 물질은, 각막 위에 띄워지는 대신에 눈 상에 배치될 때 그의 형상을 유지하는 강성 중심을 갖는 하이브리드 콘택트 렌즈를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이것은 콘택트 렌즈의 주변 구역에 비해 더 강직성인 중심 광학 구역을 생성한다. 강직도는 물질(E)의 모듈러스에 두께(t)의 세제곱을 곱한 것, 즉 Et3이다.
콘택트 렌즈의 경우, 렌즈가 더 두꺼워짐에 따라, 특히 약 150 또는 200 마이크로미터를 초과하면, 렌즈 자각성(awareness)이 증가한다. 따라서, 하이브리드 렌즈를 생성하는 경우, 약 1,000, 10,000 또는 100,000 초과의 모듈러스를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 단량체와 적어도 하나의 실리콘-함유 성분 상의 실록산 기는 서로 상호작용하여, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 단량체 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분 둘 모두가 없는 제형과 비교하여 증가된 모듈러스 값을 갖는 하이드로겔을 생성하는 것으로 보인다.
실리콘-함유 성분은 단량체 또는 거대단량체일 수 있으며, 적어도 하나의 1가 반응성 기 및 적어도 하나의 실록산 기를 포함할 수 있다. 실리콘-함유 성분은 적어도 4개의 반복 실록산 단위를 가질 수 있으며, 이는 하기에 정의된 기 중 임의의 것일 수 있다.
실리콘-함유 성분은 또한 적어도 하나의 불소 원자를 함유할 수 있다. 실리콘-함유 성분은 화학식 XVI의 폴리이치환된 실록산 거대단량체로부터 선택될 수 있다:
[화학식 XVI]
Figure pct00016
상기 식에서,
적어도 하나의 R8은 1가 반응성 기이고, 나머지 R8은 독립적으로 1가 반응성 기, 1가 알킬 기, 또는 1가 아릴 기(이들 중 임의의 것은 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 카르보네이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음); 플루오로알킬 알킬 또는 아릴 기; 부분 플루오르화 알킬 또는 아릴 기; 할로겐; 선형, 분지형 또는 환형 알콕시 또는 아릴옥시 기; 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 폴리프로필렌옥시알킬 기, 또는 폴리(에틸렌옥시-코-프로필렌옥시알킬 기; 및 알킬, 알콕시, 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있는, 1 내지 100개의 실록산 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬로부터 선택되며; n은 0 내지 500 또는 0 내지 200, 또는 0 내지 100, 또는 0 내지 20이며, n이 0 이외의 것일 때, n은 언급된 값과 동일한 모드를 갖는 분포임이 이해된다.
화학식 XVI에서, 1 내지 3개의 R8은 1가 반응성 기를 포함할 수 있다. 적합한 1가 알킬 및 아릴 기에는 비치환 및 치환된 1가 선형, 분지형 또는 환형 C1 내지 C16 알킬 기, 또는 비치환된 1가 C1 내지 C6 알킬 기, 예를 들어 치환 및 비치환된 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 치환 또는 비치환된 C6-C14 아릴 기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 아릴 기가 포함되며, 여기서 치환체는 아미도, 에테르, 아미노, 할로, 하이드록실, 카르복실, 카르보닐 기; 또는 페닐 또는 벤질 기, 이들의 조합 등을 포함한다.
하나의 R8이 1가 반응성 기인 경우, 추가의 실리콘-함유 화합물은 화학식 I 또는 화학식 II의 폴리이치환된 실록산 거대단량체; 화학식 III 또는 화학식 IV의 스티릴 폴리이치환된 실록산 거대단량체; 또는 화학식 V의 카르보실란으로부터 선택될 수 있으며:
[화학식 I]
Figure pct00017
[화학식 II]
Figure pct00018
[화학식 III]
Figure pct00019
[화학식 IV]
Figure pct00020
[화학식 V]
Figure pct00021
상기 식에서,
R1은 수소 원자 또는 메틸이고; Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고; j는 1 내지 20의 정수이고; q는 최대 50, 5 내지 30 또는 10 내지 25이고; n1 및 n2는 4 내지 100; 4 내지 50; 또는 4 내지 25이고; n3은 1 내지 50, 1 내지 20, 또는 1 내지 10이고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자(또는 3 내지 8개의 탄소 원자)를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
R3은 치환 또는 비치환된 C1-6, C1-4 또는 C2-4 알킬렌 세그먼트, 예컨대 화학식 (CH2)r(여기서, 각각의 메틸렌 기는 독립적으로 에테르, 아민, 카르보닐, 카르복실레이트, 카르바메이트 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있음); 또는 옥시알킬렌 세그먼트 (OCH2)k(k는 1 내지 3의 정수임)이거나, 또는 R3은 알킬렌 세그먼트와 옥시알킬렌 세그먼트의 조합일 수 있고 r과 k의 합이 1 내지 9이고;
각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이고;
R5는 1 내지 8개의 탄소 원자, 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬 기, 또는 메틸 또는 부틸; 또는 아릴 기이며, 이들 중 임의의 것은 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있다.
폴리실록산 거대단량체의 비제한적인 예에는, 화학식 XVII에 나타낸 바와 같은 모노-메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(mPDMS)(여기서, n은 3 내지 15임); 화학식 XVIII 및 화학식 XXIII에 나타낸 바와 같은, 모노-메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-알킬 종결된 폴리다이메틸실록산, 모노-n-알킬 종결된 폴리다이메틸 폴리에틸렌 글리콜 실록산(여기서, n은 4 내지 100, 4 내지 20, 또는 3 내지 15이고; n1 및 n2는 4 내지 100, 4 내지 50, 또는 4 내지 25이고; n3은 1 내지 50, 1 내지 20, 또는 1 내지 10이고; R1은 수소 또는 메틸 기이고; R5는 C1-C4 알킬 또는 메틸 또는 부틸일 수 있음); 및 화학식 XXIV 내지 화학식 XXVI에 나타낸 바와 같은 화학 구조를 갖는 거대단량체(여기서, n은 4 내지 100, 4 내지 20, 또는 3 내지 15이고; R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고; R5는 C1-C4 알킬 또는 메틸 또는 부틸일 수 있음)가 포함된다.
[화학식 XVII]
Figure pct00022
[화학식 XVIII]
Figure pct00023
[화학식 XIX]
Figure pct00024
[화학식 XX]
Figure pct00025
[화학식 XXI]
Figure pct00026
[화학식 XXII]
Figure pct00027
[화학식 XXIII]
Figure pct00028
[화학식 XXIV]
Figure pct00029
[화학식 XXV]
Figure pct00030
[화학식 XXVI]
Figure pct00031
적합한 모노(메트)아크릴옥시알킬폴리이치환된 실록산의 예에는 모노(메트)아크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산, 모노(메트)아크릴옥시프로필 종결된 모노-n-메틸 종결된 폴리다이메틸실록산, 모노(메트)아크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이에틸실록산, 모노(메트)아크릴옥시프로필 종결된 모노-n-메틸 종결된 폴리다이에틸실록산, 모노(메트)아크릴아미도알킬폴리다이알킬실록산 모노(메트)아크릴옥시알킬 종결된 모노-알킬 폴리다이아릴실록산, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
화학식 XVI에서, n이 0일 때, 하나 이상의 R8은 1가 반응성 기를 포함할 수 있으며, 2개 이상의 R8은 트리스(트라이-C1-4알킬-실록시실란 기, 1 내지 100, 1 내지 10 또는 1 내지 5 실록산 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬(이는 알킬, 알콕시, 하이드록시, 아미노, 옥소, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음)을 포함하며, 나머지 R8은 1 내지 16개, 1 내지 6개 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 실리콘 성분의 비제한적인 예에는 3-메타크릴옥시프로필트리스(트라이메틸실록시)실란(TRIS), 3-메타크릴옥시프로필비스(트라이메틸실록시)메틸실란, 및 3-메타크릴옥시프로필펜타메틸 다이실록산이 포함된다.
실록산 반복 단위의 수인 n은 또한 2 내지 50, 3 내지 25, 또는 3 내지 15일 수 있고; 적어도 하나의 말단 R8은 1가 반응성 기를 포함하고, 나머지 R8은 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터, 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 실리콘-함유 화합물에는, n은 3 내지 15이고, 하나의 말단 R8은 1가 반응성 기를 포함하고, 다른 말단 R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함하고 나머지 R8은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함하는 것들이 또한 포함될 수 있다. 실리콘 성분의 비제한적인 예에는 모노메타크릴옥시프로필 n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(Mn=800 내지 1000)(mPDMS, 화학식 XVII에 나타낸 바와 같음)이 포함된다.
화학식 XVI은, n은 5 내지 400 또는 10 내지 300이고, 둘 모두의 말단 R8은 1가 반응성 기를 포함하고 나머지 R8은 서로 독립적으로, 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 가질 수 있고 할로겐을 추가로 포함할 수 있는, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택되는 화합물을 또한 포함할 수 있다.
화학식 XVI에서 1 내지 4개의 R8은 화학식 XXVII의 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트를 포함할 수 있다:
[화학식 XXVII]
Figure pct00032
상기 식에서,
Y는 O-, S- 또는 NH-를 나타내고; R1은 수소 원자 또는 메틸을 나타낸다.
실리콘-함유 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 단량체는 구체적으로 1,3-비스[4-(비닐옥시카르보닐옥시)부트-1-일]테트라메틸-다이실록산; 3-(비닐옥시카르보닐티오) 프로필-[트리스(트라이메틸실록시)실란]; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 알릴 카르바메이트; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 비닐 카르바메이트; 트라이메틸실릴에틸 비닐 카르보네이트; 트라이메틸실릴메틸 비닐 카르보네이트, 및 화학식 XXVIII의 가교결합제를 포함한다.
[화학식 XXVIII]
Figure pct00033
약 200 psi 미만의 모듈러스를 갖는 생의학 장치가 요구되는 경우, 단지 하나의 R8만이 1가 반응성 기를 포함하며, 나머지 R8 기들 중 2개 이하가 1가 실록산 기를 포함한다.
다른 적합한 실리콘-함유 거대단량체는 화학식 XXIX의 화합물(여기서, x와 y의 합은 10 내지 30의 범위의 수임)이다. 화학식 XXIX의 실리콘-함유 거대단량체는 플루오로에테르, 하이드록시-종결된 폴리다이메틸실록산, 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 아이소시아네이토에틸메타크릴레이트의 반응에 의해 형성된다.
[화학식 XXIX]
Figure pct00034
하이드록실-비함유 실리콘-함유 성분은 미국 특허 제8,415,405호의 하이드록실-비함유 아크릴아미드 실리콘으로부터 선택될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 실리콘 성분은 폴리실록산, 폴리알킬렌 에테르, 다이아이소시아네이트, 폴리플루오르화 탄화수소, 폴리플루오르화 에테르 및 다당류 기를 함유한 거대단량체와 같은 국제특허 공개 WO 96/31792호에 기재된 것들을 포함한다. 다른 부류의 적합한 실리콘-함유 성분은 미국 특허 제5,314,960호, 제5,331,067호, 제5,244,981호, 제5,371,147호 및 제6,367,929호에 개시된 것과 같은, GTP를 통해 제조된 실리콘-함유 거대단량체를 포함한다. 미국 특허 제5,321,108호; 미국 특허 제5,387,662호; 및 미국 특허 제5,539,016호에는 말단 다이플루오로 치환된 탄소 원자에 수소 원자가 부착되어 있는 극성 플루오르화 그래프트 또는 측기(side group)를 갖는 폴리실록산이 기재되어 있다. 미국 특허 출원 공개 제2002/0016383호는 에테르 및 실록사닐 결합을 함유하는 친수성 실록사닐 메타크릴레이트, 및 폴리에테르 및 폴리실록사닐 기를 함유하는 가교결합성 단량체를 기술한다. 전술한 폴리실록산 중 임의의 것이 또한 실리콘-함유 성분으로서 본 발명에서 사용될 수 있다.
하이드록실-비함유 실리콘 성분은 모노메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-알킬 종결된 선형 폴리이치환된 실록산; 메타크릴옥시프로필-종결된 선형 폴리이치환된 실록산; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
하이드록실-비함유 실리콘 성분은 또한 모노메타크릴레이트 종결된 C1-C4 알킬 종결된 선형 폴리다이메틸실록산; 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
일부 경우에, 하이드록실 비작용화된 실리콘-함유 성분은 최대 약 10 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 예에는 화학식 XXIII의 mPDMS(여기서, R5는 메틸 또는 부틸임), 화학식 XIX 내지 화학식 XXVI의 화합물 및 화학식 XXX 또는 화학식 XXXI에 나타낸 거대단량체(여기서, n은 1 내지 50이고 m은 1 내지 50, 1 내지 20 또는 1 내지 10임)로부터 선택되는 것들이 포함된다:
[화학식 XXX]
Figure pct00035
[화학식 XXXI]
Figure pct00036
실리콘-함유 가교결합제의 구체적인 예에는 비스메타크릴옥시프로필 폴리다이메틸 실록산(여기서, n은 4 내지 200, 또는 4 내지 150일 수 있음), 및 하기 화학식 XXXII 내지 화학식 XXXVII의 화합물(여기서, n1 및 n2는 독립적으로 4 내지 100; 4 내지 50; 또는 4 내지 25로부터 선택되고; n3은 1 내지 50, 1 내지 20 또는 1 내지 10이고, m은 1 내지 100, 1 내지 50, 1 내지 20 또는 1 내지 10이고, q는 50 이하, 5 내지 30 또는 10 내지 25임)이 포함되며;
상기 식에서,
R1은 수소 원자 또는 메틸이고; Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이다.
[화학식 XXXII]
Figure pct00037
[화학식 XXXIII]
Figure pct00038
[화학식 XXXIV]
Figure pct00039
[화학식 XXXV]
Figure pct00040
[화학식 XXXVI]
Figure pct00041
[화학식 XXXVII]
Figure pct00042
하이드록실-비함유 실리콘 성분은 평균 분자량이 약 400 내지 약 4000 달톤일 수 있다.
Z가 O인 경우, 실리콘-함유 성분은 화학식 VI에 나타낸 바와 같은 모노-메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(mPDMS)(여기서, n은 3 내지 15임); 화학식 XVIII에 나타낸 바와 같은 모노-메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-알킬 종결된 폴리다이메틸실록산(여기서, n은 3 내지 15이고; R1은 수소 또는 메틸 기이고; R5는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기임); 및 화학식 X 내지 화학식 XIII에 나타낸 바와 같은 화학 구조를 갖는 거대단량체(여기서, n은 4 내지 20, 또는 3 내지 15, 3 내지 30, 3 내지 25, 3 내지 20 또는 3 내지 15임)일 수 있다.
Z가 N인 경우, 폴리실록산 거대단량체의 추가의 예에는, 미국 특허 제8415405호에 개시된 것들 및 화학식 XXXVIII에 나타낸 것들로부터 선택될 수 있는 모노(메트)아크릴아미도알킬폴리다이알킬실록산, 모노(메트)아크릴아미도알킬 폴리다이메틸실록산, 예를 들어 화학식 XXXIX 내지 화학식 XLII에 나타낸 것들(여기서, n은 4 내지 20, 또는 3 내지 15, 3 내지 30, 3 내지 25, 3 내지 20 또는 3 내지 15이고;
R1은 수소 또는 메틸 기이고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이고;
R5는 1 내지 8개의 탄소 원자, 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬 기, 또는 메틸 또는 부틸; 또는 아릴 기이며, 이들 중 임의의 것은 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있음); 및 N-(2,3-다이하이드록시프로판)-N'-(프로필 테트라(다이메틸실록시) 다이메틸부틸실란)아크릴아미드가 포함된다:
[화학식 XXXVIII]
Figure pct00043
[화학식 XXXIX]
Figure pct00044
[화학식 XL]
Figure pct00045
[화학식 XLI]
Figure pct00046
[화학식 XLII]
Figure pct00047
[화학식 XLIII]
Figure pct00048
스티릴 단량체의 예에는 트리스(트라이메틸실록시)실릴 스티렌이 포함된다. 스티릴 거대단량체의 예는 하기 화학식 XLIV 내지 화학식 XLIX(여기서, n은 4 내지 20, 또는 3 내지 15, 3 내지 30, 3 내지 25, 3 내지 20 또는 3 내지 15임)에 나타나 있다.
[화학식 XLIV]
Figure pct00049
[화학식 XLV]
Figure pct00050
[화학식 XLVI]
Figure pct00051
[화학식 XLVII]
Figure pct00052
[화학식 XLVIII]
Figure pct00053
[화학식 XLIX]
Figure pct00054
실리콘 사슬의 길이는 생성되는 실리콘 하이드로겔의 모듈러스에 영향을 미칠 수 있으며, 물리적 특성과 기계적 특성의 원하는 균형을 달성하기 위해 반응성 혼합물의 다른 성분들과 함께 조정될 수 있다. 예를 들어, NMMA의 양 및 실리콘 사슬의 길이는, 강직도를 조절하는 동시에 파단 연신율을 증가시키는 실리콘 하이드로겔의 물 함량을 달성하도록 선택될 수 있다. 폴리다이알킬실록산 사슬 길이가 증가함에 따라, 모듈러스는 감소할 것이고 파단 연신율은 증가할 것이다. 1 내지 20, 1 내지 15, 3 내지 30, 3 내지 25, 3 내지 20 또는 3 내지 15의 폴리다이알킬실록산 사슬 길이가 선택될 수 있다.
실리콘-함유 성분은 분지형 실록산 기를 갖는 실리콘-함유 단량체를 추가로 포함할 수 있다. 예에는 트리스(트라이메틸실록시)실릴스티렌(스티릴-TRIS), 3-트리스(트라이메틸실록시)실릴프로필 메타크릴레이트(TRIS), N-[3-트리스(트라이메틸실록시)실릴]-프로필 아크릴아미드(TRIS-Am, 화학식 XI), 2-하이드록시-3-[3-메틸-3,3-다이(트라이메틸실록시)실릴프로폭시]-프로필 메타크릴레이트(SiMAA, 화학식 XXII), 및 다른 부피가 큰 실리콘 단량체, 예컨대 화학식 VI 내지 화학식 XIV에서의 것들이 포함된다.
전술한 거대단량체는 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 또는 메타크릴아미드 반응성 기를 갖는다. 이들 반응성 기는 자유 라디칼 중합을 겪을 수 있는 임의의 다른 반응성 기, 예를 들어 아크릴레이트, 스티렌, 비닐 에테르, N-비닐락탐, N-비닐아미드, N-비닐이미드, N-비닐우레아, O-비닐카르바메이트, O-비닐카르보네이트, 및 다른 비닐 화합물로 대체될 수 있다. 약 5000 psi 초과의 모듈러스가 요구되는 경우, 스티릴 반응성 기를 갖는 단량체 및 거대단량체가 유익하게 포함된다.
사용하기에 적합한 대안적인 실리콘-함유 성분에는 국제특허 공개 WO 96/31792호 및 미국 특허 제5314960호, 미국 특허 제5331067호, 미국 특허 제5244981호, 미국 특허 제5371147호, 미국 특허 제6367929호, 미국 특허 제5321108호, 미국 특허 제5387662호, 미국 특허 제5539016호, 미국 특허 제6867245호에 기재된 것들이 포함되며, 다른 것들이 당업자에게 명백할 것이다.
하이드록실-함유 실리콘 성분
실리콘-함유 성분은 또한 하나 이상의 하이드록실-함유 실리콘 성분을 포함할 수 있다. 하이드록실-함유 실리콘 성분은 고농도의 실리콘-함유 성분을, 중합체 친수성 성분을 포함하는 친수성 성분, 및 부피가 큰 실록산 기 또는 더 긴 사슬의 반복 실록산 단위를 갖는 실리콘 성분과 상용화시키는 것을 도울 수 있다. 하이드록실-함유 실리콘 성분은 하이드록실-함유 실리콘 단량체 및 거대단량체를 포함한다. 하이드록실-함유 실리콘 성분은 4 내지 200개, 4 내지 100개 또는 4 내지 20개의 실록산 반복 단위를 가질 수 있으며, 일작용성 또는 다작용성일 수 있다.
실록산 사슬 내에 4개의 폴리이치환된 실록산 반복 단위를 갖는 하이드록실-함유 실리콘 성분은 분포가 아니며, 각각의 단량체 내에 4개의 반복 단위를 갖는다. 실록산 사슬 내에 4개 초과의 폴리이치환된 반복 단위를 갖는 모든 하이드록실-함유 실리콘 성분에 대해, 반복 단위의 수는 피크가 열거된 반복 단위 수에 중심을 두는 분포이다.
하이드록실-함유 실리콘 단량체의 예에는 프로펜산-2-메틸-2-하이드록시 -3-[3-[1,3,3,3-테트라메틸 -1-[(트라이메틸실릴)옥시]-1-다이실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르("SiGMA", 화학식 XII), 및 2-하이드록시 -3-메타크릴옥시프로필옥시프로필-트리스(트라이메틸실록시)실란, 및 화학식 IX의 화합물이 포함된다.
하이드록실-함유 실리콘 성분은 화학식 L의 일작용성 하이드록실 치환된 폴리(이치환된 실록산)으로부터 선택될 수 있다:
[화학식 L]
Figure pct00055
상기 식에서,
Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되며, Z가 O또는 S인 경우, R2는 존재하지 않고;
R1은 독립적으로 H 또는 메틸이고; R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고; R4는 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있거나; 또는 R4는 독립적으로 메틸, 에틸 또는 페닐로부터 선택될 수 있거나, 또는 메틸일 수 있고; n은 실록산 단위의 수이고, 제1 일작용성 하이드록실 치환된 폴리(이치환된 실록산) 단량체에 대해 4 내지 8이고; R5는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬 기로부터 선택되며, 이는 하나 이상의 하이드록실, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있다. R5는 직선형 또는 분지형 C4 알킬(이들 중 어느 것도 하이드록실로 선택적으로 치환될 수 있음)일 수 있거나, 또는 메틸일 수 있다.
일작용성 하이드록실-함유 실리콘 성분의 예에는 화학식 LI에 나타낸 바와 같은 모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(OH-mPDMS)(여기서, n은 4 내지 30, 4 내지 8 또는 10 내지 20임); 및 화학식 LII 내지 화학식 LVIII에 나타낸 바와 같은 화학 구조를 갖는 폴리다이메틸실록산(여기서, Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고; n은 4 내지 30, 4 내지 8 또는 10 내지 20이고; n1, n2, 및 n3은 독립적으로 4 내지 100; 4 내지 50; 4 내지 25이고; R1은 수소 또는 메틸 기이고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
R5는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬 기(이는 하나 이상의 하이드록실, 아미드, 에테르로 선택적으로 치환될 수 있음), 화학식 CfHg(OH)h(여기서, f는 1 내지 8이고 g+h = 2f+1임)를 갖는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 기, 및 화학식 CfHg(OH)h(여기서, f는 1 내지 8이고 g+h = 2f-1임)를 갖는 환형 C1 내지 C8 기로부터 선택되는 폴리하이드록실 기, 및 이들의 조합으로부터 선택되거나; 또는 R5는 메틸, 부틸, 또는 하이드록실 치환된 C2-C5 알킬(이는 하이드록실 에틸, 하이드록실 프로필, 하이드록실 부틸, 하이드록실 펜틸 및 2,3-다이하이드록시프로필을 포함함)로부터 선택될 수 있음), 및 화학식 LVII 및 화학식 LVIII의 폴리카르보실록산(여기서, a는 제1 하이드록실-함유 실리콘 성분에 대해 4 내지 100 또는 4 내지 8이고, R1 및 R5는 상기에 정의된 바와 같음)이 포함된다.
[화학식 LI]
Figure pct00056
[화학식 LII]
Figure pct00057
[화학식 LIII]
Figure pct00058
[화학식 LIV]
Figure pct00059
[화학식 LV]
Figure pct00060
[화학식 LVI]
Figure pct00061
[화학식 LVII]
Figure pct00062
[화학식 LVIII]
Figure pct00063
하이드록실-함유 실리콘 성분은 또한 10 내지 500개, 또는 10 내지 200개, 또는 10 내지 100개의 실록산 반복 단위를 갖는 화학식 LIX의 다작용성 하이드록실 치환된, 폴리(이치환된 실록산), 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다:
[화학식 LIX]
Figure pct00064
화학식 LIX에서,
Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; R1은 독립적으로 수소 원자 또는 메틸 기이고; Z가 O 및 S인 경우, R2는 필요하지 않고;
R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
R9, R10, R11, R12, R13은 독립적으로 수소 원자 또는 R14 및 R15에 대해 정의된 치환체 중 임의의 것으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R14 및 R15는 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기(이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기, 아미도, 에테르, 아미노, 카르복실, 카르보닐 기 및 조합으로 추가로 치환될 수 있음); 하나 이상의 하이드록실, 아미노, 아미도, 에테르, 카르보닐, 카르복실, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환된 선형 또는 분지형 알킬렌옥시 기, 구체적으로는 에틸렌옥시 기, [CH2CH2O]p(여기서, p는 1 내지 200, 또는 1 내지 100, 또는 1 내지 50, 또는 1 내지 25, 또는 1 내지 20임); 하나 이상의 하이드록실, 아미노, 아미도, 에테르, 카르보닐, 카르복실, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환된 C1-C6 선형 또는 분지형 플루오로알킬 기; 치환 또는 비치환된 아릴 기, 구체적으로는 페닐 기(여기서, 치환체는 할로겐, 하이드록실, 알콕시, 알킬카르보닐, 카르복시, 및 할로겐, 하이드록실, 알콕시, 알킬카르보닐, 및 카르복실 기로 추가로 치환될 수 있는 선형 또는 분지형 또는 환형 알킬 기, 및 이들의 조합으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고; a, b, c, x, y 및 z는 독립적으로 0 내지 100, 0 내지 50, 0 내지 20, 0 내지 10, 또는 0 내지 5이고; n은 실록산 반복 단위의 수이고, 10 내지 500; 10 내지 200; 10 내지 100; 10 내지 50; 10 내지 20이다.
다작용성 하이드록실-함유 실리콘의 예에는 α-(2-하이드록시-1-메타크릴옥시프로필옥시프로필)-ω-부틸-데카메틸펜타실록산 및 화학식 LX 또는 화학식 LXI의 이작용성 폴리실록산이 포함된다:
[화학식 LX]
Figure pct00065
[화학식 LXI]
Figure pct00066
상기 식에서,
R1은 독립적으로 수소 원자 또는 메틸 기이고; R16 및 R17은 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기(이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기, 아미도, 에테르, 아미노, 카르복실, 카르보닐 기 및 이들의 조합으로 추가로 치환될 수 있음)이거나; 또는 독립적으로, 비치환된 C1-4 알킬 기, 및 하이드록실 또는 에테르로 치환된 C1-4 알킬 기로부터 선택되거나; 또는 메틸, 에틸 또는 -(CH2CH2O)mOCH3으로부터 선택되고; n1 및 n2는 독립적으로 4 내지 100, 4 내지 50; 또는 4 내지 25로부터 선택되고; n3은 1 내지 50, 1 내지 20, 및 1 내지 10이고; m은 1 내지 50, 1 내지 20, 및 1 내지 10이다.
적어도 하나의 실리콘-함유 성분이 실리콘 하이드로겔의 원하는 모듈러스 및 산소 투과도를 제공하기에 충분한 양으로 반응성 혼합물에 존재한다. N-알킬 메타크릴아미드는 실리콘-함유 성분을 또한 포함하는 제형에 포함될 때 의외의 모듈러스의 증가를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 모듈러스의 이러한 증가는 통상적인 하이드로겔 제형에서는 관찰되지 않는다. 실리콘-함유 성분은, 모든 반응성 성분들의 총 중량을 기준으로, 약 20 내지 약 60 중량%, 또는 약 30 내지 약 55 중량%, 약 30 중량% 내지 약 50 중량%, 약 50 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 반응성 혼합물에 포함될 수 있다.
생성되는 실리콘 하이드로겔은 약 50 배러(barrer) 초과, 약 50 배러 내지 약 200 배러; 약 70 배러 내지 약 150 배러; 또는 약 80 배러 내지 약 150 배러의 산소 투과도를 나타내는 것이 또한 바람직할 수 있다.
가교결합제
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 적어도 하나의 가교결합제를 포함한다. 실리콘-함유 및 실리콘-비함유 가교결합제, 및 이들의 혼합물을 포함하는 다양한 가교결합제가 사용될 수 있다. 실리콘-비함유 가교결합제에는 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(EGDMA), 다이에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이메타크릴레이트(TMPTMA), 테트라에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(TEGDMA), 트라이알릴 시아누레이트(TAC), 글리세롤 트라이메타크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이메타크릴레이트; 2,3-프로판다이올 다이메타크릴레이트; 1,6-헥산다이올 다이메타크릴레이트; 1,4-부탄다이올 다이메타크릴레이트, 메타크릴옥시에틸 비닐카르보네이트(HEMAVc), 알릴메타크릴레이트, 메틸렌 비스아크릴아미드(MBA), 폴리에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(여기서, 폴리에틸렌 글리콜은 바람직하게는 분자량이 5,000 달톤 이하임)가 포함된다. 상기에 개시된 다작용성 실리콘-함유 성분 중 임의의 것이 가교결합제로서 사용될 수 있다.
다른 가교결합제가 당업자에게 알려져 있을 것이며, 본 발명의 실리콘 하이드로겔을 제조하는 데 사용될 수 있다.
실리콘-비함유 가교결합제는, 모든 반응성 성분들의 총 중량을 기준으로, 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%, 3 중량% 내지 20 중량% 또는 약 3 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 사용된다. 정확한 양은 기계적 특성 목표 및 반응성 혼합물 중의 다른 반응성 성분에 따라 달라진다. 다른 단위에서, 가교결합제는 반응성 혼합물 100 그램 중에 약 16 mmol로부터 반응성 혼합물 100 그램 중에 약 30 mmol까지, 그리고 바람직하게는 반응성 혼합물 100 그램당 16 mmol 내지 반응성 혼합물 100 그램당 약 25 mmol로 달라질 수 있다. 실리콘 하이드로겔 네트워크를 형성하기 위해 다른 성분들의 반응성 속도와 유사한 반응성 속도를 갖는 반응성 기를 갖는 가교결합제를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 다른 반응성 성분들 내에 포함된 반응성 기와 동일한 적어도 하나의 반응성 기를 갖는 가교결합제를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 생성되는 실리콘 하이드로겔의 구조 및 모폴로지(morphology)는 또한 사용되는 희석제(들) 및 경화 조건에 의해 영향을 받을 수 있다.
모듈러스를 추가로 증가시키고 인장 강도를 유지하기 위해 거대단량체를 포함하는 다작용성 실리콘-함유 성분이 또한 포함될 수 있다. 실리콘-함유 가교결합제는 단독으로 또는 다른 가교결합제와 조합하여 사용될 수 있다. 가교결합제로서 작용할 수 있으며, 존재하는 경우 가교결합 단량체를 반응 혼합물에 첨가할 필요가 없는 실리콘-함유 단량체의 예에는 α,ω-비스메타크릴옥시프로필 폴리다이메틸실록산이 포함된다.
실리콘 가교결합제가 제형에 사용되는 경우, 실리콘 가교결합제 내의 실록산 반복 단위의 수를 5 내지 200, 5 내지 150, 5 내지 120으로 제한하는 것은, 산소 투과도 및 연신율과 같은 다른 특성에 유의하게 영향을 주지 않고서, 15,000 psi를 초과하는 모듈러스 값을 유지하는 것을 가능하게 한다. 15,000 psi를 초과하는 모듈러스가 요구될 때, 실리콘 가교결합제는, 모든 반응성 성분들의 총 중량을 기준으로, 0 내지 약 25 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 20 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
실리콘 가교결합제의 비제한적인 예는 화학식 XXVIII, 화학식 XXIX, 및 화학식 XXXII 내지 화학식 XXXVII, 및 하기 화학식 LXII 내지 화학식 LXXII에 나타나 있으며, 여기서 n은 1 내지 200이고, 바람직하게는 n은 50 내지 150이고, 더 바람직하게는 50 내지 100이고, 그리고 가장 바람직하게는 n은 10 내지 50이다.
[화학식 LXII]
Figure pct00067
[화학식 LXIII]
Figure pct00068
[화학식 LXIV]
Figure pct00069
[화학식 LXV]
Figure pct00070
[화학식 LXVI]
Figure pct00071
[화학식 LXVII]
Figure pct00072
[화학식 LXVIII]
Figure pct00073
[화학식 LXIX]
Figure pct00074
[화학식 LXX]
Figure pct00075
[화학식 LXXI]
Figure pct00076
[화학식 LXXII]
Figure pct00077
전술한 실리콘 가교결합제는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, O-비닐카르보네이트, 또는 메타크릴아미드 반응성 기를 또한 가질 수 있다. 이들 반응성 기는 자유 라디칼 중합을 겪을 수 있는 임의의 다른 반응성 기, 예를 들어 스티렌, 비닐 에테르, N-비닐락탐, N-비닐아미드, N-비닐이미드, N-비닐우레아, O-비닐카르바메이트, 및 다른 비닐 화합물로 대체될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 스티릴 반응성 기를 갖는 실리콘 가교결합제가 바람직하다.
강성 화학 구조 및 자유 라디칼 중합을 겪는 반응성 기를 갖는 가교결합제가 또한 사용될 수 있다. 적합한 강성 구조의 비제한적인 예에는 페닐 및 벤질 고리를 포함하는 가교결합제, 예를 들어 1,4-페닐렌 다이아크릴레이트, 1,4-페닐렌 다이메타크릴레이트, 2,2-비스(4-메타크릴옥시페닐)-프로판, 2,2-비스[4-(2-아크릴옥시에톡시)페닐]프로판, 2,2-비스[4-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로폭시)페닐]프로판, 및 4-비닐벤질 메타크릴레이트, 및 이들의 조합이 포함된다. 강성 가교결합제는, 모든 반응성 성분들의 총 중량을 기준으로, 약 2 내지 약 15, 또는 2 내지 10, 3 내지 7의 양으로 포함될 수 있다.
더 많은 NMMA가 사용될수록, 목표 물 함량 및 모듈러스에 여전히 도달하면서, 더 많은 가교결합제가 사용될 수 있다.
본 발명의 실리콘 하이드로겔의 물리적 특성 및 기계적 특성은 반응성 혼합물 중의 성분들을 조정함으로써 특정 용도에 대해 최적화될 수 있다. 본 발명의 이점은 일작용성 실리콘-함유 성분을 사용하여 원하는 모듈러스가 달성될 수 있다는 것이다.
친수성 단량체
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 하나 이상의 친수성 단량체를 추가로 포함할 수 있다. 친수성 단량체는 하이드로겔 제조에 유용한 것으로 알려진 임의의 친수성 단량체일 수 있다. 적합한 친수성 단량체의 부류는 아크릴-함유 단량체 및 비닐-함유 단량체를 포함한다. 친수성 단량체의 적합한 부류의 예에는 N-비닐 아미드, N-비닐이미드, N-비닐 락탐, 친수성 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, 친수성 스티렌, 비닐 에테르, O-비닐 카르보네이트, O-비닐 카르바메이트, N-비닐 우레아, 다른 친수성 비닐 화합물 및 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명의 중합체를 제조하는 데 사용될 수 있는 친수성 단량체는 적어도 하나의 중합성 이중 결합 및 적어도 하나의 친수성 작용기를 갖는다. 그러한 친수성 단량체는 그 자체가 가교결합제로 사용될 수 있으나, 하나 초과의 중합성 작용기를 가진 친수성 단량체가 사용되는 경우 그들의 농도는 원하는 모듈러스를 가진 콘택트 렌즈를 제공하기 위하여 상기한 바와 같이 제한되어야 한다. 용어 "비닐-유형" 또는 "비닐-함유" 단량체는 비닐 기(-CH=CH2)를 함유하는 단량체를 지칭하며 일반적으로 매우 반응성이다. 그러한 친수성 비닐-함유 단량체는 상대적으로 쉽게 중합하는 것으로 알려져 있다.
"아크릴-유형" 또는 "아크릴-함유" 단량체는 아크릴 기(CH2=CRCOX)(여기서, R은 H 또는 CH3이고, X는 O 또는 N임)를 함유하는 단량체이며, 이는 또한 쉽게 중합하는 것으로 알려져 있으며, 예를 들어 N,N-다이메틸 아크릴아미드(DMA), 2-하이드록시에틸 메타크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트, 메타크릴산, 아크릴산, 이들의 혼합물 등이다.
적어도 하나의 하이드록실 기(하이드록실알킬 단량체)를 갖는 친수성 단량체가 사용될 수 있다. 하이드록실 알킬 기는 C2-C4 모노 또는 다이하이드록시 치환된 알킬, 및 1 내지 10개의 반복 단위를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)로부터 선택될 수 있거나; 또는 2-하이드록시에틸, 2,3-다이하이드록시프로필, 또는 2-하이드록시프로필, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
하이드록시알킬 단량체의 예에는 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트(HEMA), 3-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 3-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 1-하이드록시프로필 2-(메트)아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸-프로필 (메트)아크릴레이트, 3-하이드록시-2,2-다이메틸-프로필 (메트)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴아미드, N-(2-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, N,N-비스(2-하이드록시에틸) (메트)아크릴아미드, N,N-비스(2-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, N-(3-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴아미드, 글리세롤 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
하이드록시알킬 단량체는 또한 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 글리세롤 메타크릴레이트, 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트, 하이드록시부틸 메타크릴레이트, 3-하이드록시-2,2-다이메틸-프로필 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
하이드록시알킬 단량체는 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 3-하이드록시-2,2-다이메틸-프로필 메타크릴레이트, 하이드록시부틸 메타크릴레이트 또는 글리세롤 메타크릴레이트를 포함할 수 있다.
약 3 중량% 초과의 양의 친수성 중합체가 요구되는 경우, 하이드록실-함유 (메트)아크릴아미드는 일반적으로 상용화 하이드록시알킬 단량체로서 포함되기에는 너무 친수성이고, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트가 반응성 혼합물에 포함될 수 있으며, 더 적은 양의 하이드록시알킬 단량체는 최종 렌즈에 약 50% 미만 또는 약 30% 미만의 탁도 값을 제공하도록 선택될 수 있다.
하이드록실 성분의 양은, 하이드록시알킬 단량체 상의 하이드록실 기의 수, 실리콘-함유 성분들 상의 친수성 작용기의 양, 분자량, 및 존재를 포함하는 많은 요인들에 따라 달라질 것으로 이해될 것이다. 친수성 하이드록실 성분은 최대 약 15%, 최대 약 10 중량%, 약 3 내지 약 15 중량% 또는 약 5 내지 약 15 중량%의 양으로 반응성 혼합물에 존재할 수 있다.
하이드로겔 내로 도입될 수 있는 친수성 비닐-함유 단량체는, N-비닐 피롤리돈(NVP), N-비닐-2-피페리돈, N-비닐-2-카프로락탐, N-비닐-3-메틸-2-카프로락탐, N-비닐-3-메틸-2-피페리돈, N-비닐-4-메틸-2-피페리돈, N-비닐-4-메틸-2-카프로락탐, N-비닐-3-에틸-2-피롤리돈, N-비닐-4,5-다이메틸-2-피롤리돈, N-비닐 아세트아미드(NVA), N-비닐-N-메틸아세트아미드(VMA), N-비닐-N-에틸 아세트아미드, N-비닐-N-에틸 포름아미드, N-비닐 포름아미드, N-비닐-N-메틸프로피온아미드, N-비닐-N-메틸-2-메틸프로피온아미드, N-비닐-2-메틸프로피온아미드, N-비닐-N,N'-다이메틸우레아, 1-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-메틸-5-메틸렌-2-피롤리돈, 5-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈; 1-에틸-5-메틸렌-2-피롤리돈, N-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 5-에틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-N-프로필-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-N-프로필-5-메틸렌-2-피롤리돈, 1-아이소프로필-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-아이소프로필-5-메틸렌-2-피롤리돈, N-비닐-N-에틸 아세트아미드, N-비닐-N-에틸 포름아미드, N-비닐 포름아미드, N-비닐 아이소프로필아미드, N-비닐 카프로락탐, N-카르복시비닐-β-알라닌(VINAL), N-카르복시비닐-α-알라닌, N-비닐이미다졸, 및 이들의 혼합물.
친수성 O-비닐 카르바메이트 및 O-비닐 카르보네이트 단량체는 N-2-하이드록시에틸 비닐 카르바메이트 및 N-카르복시-ㅯ-알라닌 N-비닐 에스테르를 포함한다. 친수성 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 단량체의 추가의 예는 미국 특허 제5,070,215호에 개시되어 있으며 친수성 옥사졸론 단량체는 미국 특허 제4,910,277호에 개시되어 있다.
비닐 카르바메이트 및 카르보네이트(N-2-하이드록시에틸 비닐 카르바메이트, N-카르복시 -β-알라닌 N-비닐 에스테르를 포함함), 다른 친수성 비닐 단량체(비닐이미다졸, 에틸렌 글리콜 비닐 에테르(EGVE), 다이(에틸렌 글리콜) 비닐 에테르(DEGVE), 알릴 알코올, 2-에틸 옥사졸린, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴을 포함함), 및 이들의 혼합물이 있다.
(메트)아크릴아미드 단량체가 또한 친수성 단량체로서 포함될 수 있다. 예에는 N-N-다이메틸아크릴아미드, 아크릴아미드, N,N-비스(2-하이드록시에틸)아크릴아미드, 아크릴로니트릴, N-아이소프로필 아크릴아미드, N,N-다이메틸아미노프로필(메트)아크릴아미드, 및 상기에 열거된 하이드록실 작용성 (메트)아크릴아미드 중 임의의 것이 포함된다.
본 명세서에 개시된 중합체 내로 도입될 수 있는 친수성 단량체는 N,N-다이메틸 아크릴아미드(DMA), 2-하이드록시에틸 아크릴아미드, 2-하이드록시에틸 메타크릴아미드, N-하이드록시프로필 메타크릴아미드, 비스하이드록시에틸 아크릴아미드, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴아미드, N-비닐피롤리돈(NVP), N-비닐-N-메틸 아세트아미드, N-비닐 메트아세트아미드(VMA), 및 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트로부터 선택될 수 있다. 친수성 단량체는 DMA, NVP, VMA, NVA, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 친수성 단량체는 선형 또는 분지형 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(프로필렌 글리콜), 또는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 통계적 랜덤 또는 블록 공중합체의 거대단량체일 수 있다. 이들 폴리에테르의 거대단량체는 하나의 반응성 기를 갖는다. 그러한 반응성 기의 비제한적인 예는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐 에테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 및 다른 비닐 화합물이다. 일 실시 형태에서, 이들 폴리에테르의 거대단량체는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 적합한 친수성 단량체가 당업자에게 명백할 것이다.
친수성 단량체는 또한 아크릴산, 메타크릴산, 3-아크릴아미도프로피온산(ACA1), 4-아크릴아미도부탄산, 5-아크릴아미도펜탄산(ACA2), 3-아크릴아미도-3-메틸부탄산(AMBA), N-비닐옥시카르보닐-α-알라닌, N-비닐옥시카르보닐-β-알라닌(VINAL), 이들의 조합 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 하전된 단량체를 포함할 수 있다.
친수성 단량체는 N, N-다이메틸 아크릴아미드(DMA), N-비닐피롤리돈(NVP), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), N-비닐 메트아세트아미드(VMA), 및 N-비닐 N-메틸 아세트아미드(NVA), N-하이드록시프로필 메타크릴아미드, 모노-글리세롤 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴아미드, 2-하이드록시에틸 메타크릴아미드, 비스하이드록시에틸 아크릴아미드, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴아미드 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
친수성 단량체는 DMA, NVP, HEMA, VMA, NVA, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
친수성 단량체(들)(하이드록실 알킬 단량체를 포함함)는 모든 반응성 성분들의 중량을 기준으로 약 60 중량% 이하, 약 1 내지 약 60 중량%, 약 5 내지 약 50 중량%, 또는 약 5 내지 약 40 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 적어도 하나의 습윤제를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 습윤제는 약 5,000 달톤 초과, 약 150,000 달톤 내지 약 2,000,000 달톤; 약 300,000 달톤 내지 약 1,800,000 달톤; 또는 약 500,000 달톤 내지 약 1,500,000 달톤의 중량 평균 분자량을 갖는 친수성 중합체이다.
본 발명의 반응성 혼합물에 첨가되는 습윤제의 양은 사용되는 다른 성분들 및 생성되는 실리콘 하이드로겔의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 존재하는 경우, 반응성 혼합물 중의 내부 습윤제는, 모든 반응성 성분들의 총 중량을 기준으로, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%; 약 2 중량% 내지 약 15%, 또는 약 2 내지 약 12%의 양으로 포함될 수 있다.
습윤제에는 단일중합체, 통계적 랜덤 공중합체, 이중블록 공중합체, 삼중블록 공중합체, 세그먼트화 블록 공중합체, 그래프트 공중합체, 및 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 내부 습윤제의 비제한적인 예는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리락톤, 폴리이미드, 폴리락탐, 폴리에테르, 폴리산 단일중합체 및 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐 에테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, O-비닐카르바메이트, O-비닐카르보네이트, 및 다른 비닐 화합물을 포함하는 적합한 단량체의 자유 라디칼 중합에 의해 제조되는 공중합체이다. 습윤제는 본 명세서에 열거된 것들을 포함하는 임의의 친수성 단량체로부터 제조될 수 있다.
습윤제는, 펜던트 비환형 아미드 기를 포함하며 하이드록실 기와 결합할 수 있는 비환형 폴리아미드를 포함할 수 있다. 환형 폴리아미드는 환형 아미드 기를 포함하며 하이드록실 기와 회합할 수 있다. 적합한 비환형 폴리아미드의 예에는 화학식 LXXIII 또는 화학식 LXXIV의 반복 단위를 포함하는 중합체 및 공중합체가 포함된다:
[화학식 LXXIII]
Figure pct00078
[화학식 LXXIV]
Figure pct00079
상기 식에서,
X는 직접 결합, -(CO)-, 또는 -(CO)-NHRe-이며, 여기서 Re는 C1 내지 C3 알킬 기이고; Ra는 H, 직선형 또는 분지형의 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬 기로부터 선택되고; Rb는 H, 직선형 또는 분지형의 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬 기, 최대 2개의 탄소 원자를 갖는 아미노 기, 최대 4개의 탄소 원자를 갖는 아미드 기, 및 최대 2개의 탄소 기를 갖는 알콕시 기로부터 선택되고; Rc는 H, 직선형 또는 분지형, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬 기, 또는 메틸, 에톡시, 하이드록시에틸, 및 하이드록시메틸로부터 선택되고; Rd는 H, 직선형 또는 분지형, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬 기; 또는 메틸, 에톡시, 하이드록시에틸, 및 하이드록시메틸로부터 선택되며, 여기서 Ra 및 Rb 내의 탄소 원자수는 합하여 8 이하(7, 6, 5, 4, 3, 또는 그 이하를 포함함)이고, Rc 및 Rd 내의 탄소 원자수는 합하여 8 이하(7, 6, 5, 4, 3, 또는 그 이하를 포함함)이다. Ra 내지 Rb 내의 탄소 원자수는 합하여 6 이하 또는 4 이하일 수 있다. Rc 및 Rd 내의 탄소 원자수는 합하여 6 이하일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 치환된 알킬 기에는 아민, 아미드, 에테르, 하이드록실, 카르보닐, 카르복시 기 또는 이들의 조합으로 치환된 알킬 기가 포함된다.
Ra 및 Rb는 독립적으로 H, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C2 알킬 기로부터 선택될 수 있다. X는 직접 결합일 수 있고, Ra 및 Rb는 독립적으로 H, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C2 알킬 기로부터 선택될 수 있다.
Rc 및 Rd는 독립적으로 H, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C2 알킬 기, 메틸, 에톡시, 하이드록시에틸, 및 하이드록시메틸로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 비환형 폴리아미드는 대부분의 화학식 LXXIII 또는 화학식 LXXIV의 반복 단위를 포함할 수 있거나, 또는 비환형 폴리아미드는 적어도 약 50 몰%(적어도 약 70 몰% 및 적어도 80 몰%를 포함함)의 화학식 LXXIII 또는 화학식 LXXIV의 반복 단위를 포함할 수 있다.
화학식 LXXIII 또는 화학식 LXXIV의 반복 단위의 구체적인 예에는 N-비닐-N-메틸아세트아미드, N-비닐아세트아미드, N-비닐-N-메틸프로피온아미드, N-비닐-N-메틸-2-메틸프로피온아미드, N-비닐-2-메틸-프로피온아미드, N-비닐-N,N'-다이메틸우레아, N, N-다이메틸아크릴아미드, 메타크릴아미드 및 화학식 LXXV 또는 화학식 LXXVI 구조의 비환형 아미드로부터 유도되는 반복 단위가 포함된다:
[화학식 LXXV]
Figure pct00080
[화학식 LXXVI]
Figure pct00081
환형 폴리아미드를 형성하는 데 사용될 수 있는 적합한 환형 아미드의 예에는 α-락탐, β-락탐, γ-락탐, δ-락탐, 및 ε-락탐이 포함된다. 적합한 환형 폴리아미드의 예에는 화학식 LXXVII의 반복 단위를 포함하는 중합체 및 공중합체가 포함된다:
[화학식 LXXVII]
Figure pct00082
상기 식에서, f는 1 내지 10의 수이고, X는 직접 결합, -(CO)-, 또는 -(CO)-NH-Re-이며, 여기서 Re는 C1 내지 C3 알킬 기이다. 화학식 LXXVII에서, f는 8 이하(7, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1을 포함함)일 수 있다. 화학식 LXXVII에서, f는 6 이하(5, 4, 3, 2, 또는 1을 포함함)일 수 있거나, 또는 2 내지 8(2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8을 포함함)일 수 있거나, 또는 2 또는 3일 수 있다.
X가 직접 결합인 경우, f는 2일 수 있다. 그러한 경우에, 환형 폴리아미드는 폴리비닐피롤리돈(PVP)일 수 있다.
본 발명의 환형 폴리아미드는 50 몰% 이상의 화학식 E의 반복 단위를 포함할 수 있거나, 또는 환형 폴리아미드는 적어도 약 50 몰%(적어도 약 70 몰%, 및 적어도 약 80 몰%를 포함함)의 화학식 E의 반복 단위를 포함할 수 있다.
화학식 LXXVII의 반복 단위의 구체적인 예에는 N-비닐피롤리돈으로부터 유도되는 반복 단위가 포함되며, 이는 포스포릴 콜린과 같은 친수성 치환체로 치환된 N-비닐피롤리돈 또는 비닐피롤리돈 공중합체 및 PVP 단일중합체를 형성한다.
폴리아미드는 또한 환형 아미드, 비환형 아미드 반복 단위를 포함하는 공중합체 또는 환형 및 비환형 아미드 반복 단위 둘 모두를 포함하는 공중합체일 수 있다. 추가의 반복 단위는 하이드록시알킬(메트)아크릴레이트, 알킬(메트)아크릴레이트 또는 다른 친수성 단량체 및 실록산 치환된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로부터 선택되는 단량체로부터 형성될 수 있다. 적합한 친수성 단량체로서 열거된 단량체들 중 임의의 것이 추가의 반복 단위를 형성하기 위해 공단량체로서 사용될 수 있다. 폴리아미드를 형성하는 데 사용될 수 있는 추가의 단량체의 구체적인 예에는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴, 하이드록시프로필 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및 하이드록시부틸 메타크릴레이트, GMMA, PEGS 등 및 이들의 혼합물이 포함된다. 이온성 단량체가 또한 포함될 수 있다. 이온성 단량체의 예에는 아크릴산, 메타크릴산, 2-메타크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린, 3-(다이메틸(4-비닐벤질)암모니오)프로판-1-설포네이트(DMVBAPS), 3-((3-아크릴아미도프로필)다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트(AMPDAPS), 3-((3-메타크릴아미도프로필)다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트(MAMPDAPS), 3-((3-(아크릴로일옥시)프로필)다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트(APDAPS), 메타크릴로일옥시)프로필)다이메틸암모니오)프로판-1-설포네이트(MAPDAPS)가 포함된다.
반응성 단량체 혼합물은 비환형 폴리아미드 및 환형 폴리아미드 둘 모두 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 비환형 폴리아미드는 본 명세서에 기재된 비환형 폴리아미드 또는 이들의 공중합체 중 임의의 것일 수 있으며, 환형 폴리아미드는 본 명세서에 기재된 환형 폴리아미드 또는 이들의 공중합체 중 임의의 것일 수 있다. 폴리아미드는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐메틸아세트아미드(PVMA), 폴리다이메틸아크릴아미드(PDMA), 폴리비닐아세트아미드(PNVA), 폴리(하이드록시에틸(메트)아크릴아미드), 폴리아크릴아미드, 및 이들의 공중합체 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
습윤제는 DMA, NVP, HEMA, VMA, NVA, 및 이들의 조합으로부터 제조될 수 있다. 습윤제는 또한, 반응성 기, 예를 들어, 내부 습윤제의 HEMA 반복 단위 상의 펜던트 하이드록실 기와 메타크릴로일 클로라이드 또는 메타크릴로일 무수물 사이의 아실화 반응에 의해 제조된 반응성 기를 가짐으로써, 본 명세서에 정의된 바와 같은, 반응성 성분일 수 있다. 다른 작용화 방법이 당업자에게 명백할 것이다.
그러한 내부 습윤제는 미국 특허 제6367929호, 미국 특허 제6822016호, 미국 특허 제7,052,131호, 미국 특허 제7666921호, 미국 특허 제7691916호, 미국 특허 제7786185호, 미국 특허 제8022158호, 및 미국 특허 제8450387호에 개시되어 있다.
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 강인화제(toughening agent)를 포함할 수 있다. 앞서 기재된 바와 같이, 강인화제는, 상응하는 단일중합체가 40℃ 초과의 유리 전이 온도를 나타내고 반응성 혼합물에 첨가 시에 생성되는 실리콘 하이드로겔의 연신율을 개선하는 단량체이다. 그러한 단량체의 비제한적인 예는 메틸 메타크릴레이트, tert-부틸 메타크릴레이트, 아이소보르닐 메타크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, 스티렌, 치환된 스티렌, N-4-비닐벤질-N-알킬 아세트아미드, N-4-비닐벤질 피롤리돈, 및 이들의 조합이다.
반응 혼합물은, UV 흡수제, 가시광 흡수제, 광변색성 화합물, 약제, 뉴트라슈티칼, 항미생물 물질, 틴트(tint), 안료, 공중합성 및 비중합성 염료, 이형제 및 이들의 조합과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는 추가의 반응성 또는 비반응성 성분을 함유할 수 있다.
일반적으로 반응성 성분들은 희석제 중에 혼합되어 반응 혼합물을 형성한다. 적합한 희석제는 당업계에 공지되어 있다. 실리콘 하이드로겔의 경우, 적합한 희석제는 국제특허 공개 WO 03/022321호 및 미국 특허 제6020445호에 개시되어 있으며, 이의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
실리콘 하이드로겔 반응 혼합물에 적합한 희석제의 부류는 2 내지 20개의 탄소를 갖는 알코올, 1차 아민으로부터 유도되는 10 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아미드, 및 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 카르복실산을 포함한다. 1차 및 3차 알코올이 사용될 수 있다. 바람직한 부류는 5 내지 20개의 탄소를 갖는 알코올 및 10 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 카르복실산을 포함한다.
사용될 수 있는 구체적인 희석제는 1-에톡시-2-프로판올, 다이아이소프로필아미노에탄올, 아이소프로판올, 3,7-다이메틸-3-옥탄올, 1-데칸올, 1-도데칸올, 1-옥탄올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 2-옥탄올, 3-메틸-3-펜탄올, tert-아밀 알코올, tert-부탄올, 2-부탄올, 1-부탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-프로판올, 1-프로판올, 에탄올, 2-에틸-1-부탄올, (3-아세톡시-2-하이드록시프로필옥시)프로필비스(트라이메틸실록시) 메틸실란, 1-tert-부톡시-2-프로판올, 3,3-다이메틸-2-부탄올, tert-부톡시에탄올, 2-옥틸-1-도데칸올, 데칸산, 옥탄산, 도데칸산, 2-(다이아이소프로필아미노)에탄올, 이들의 혼합물 등을 포함한다.
바람직한 희석제는 3,7-다이메틸-3-옥탄올, 1-도데칸올, 1-데칸올, 1-옥탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 2-옥탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 2-펜탄올, t-아밀 알코올, tert-부탄올, 2-부탄올, 1-부탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 에탄올, 3,3-다이메틸-2-부탄올, 2-옥틸-1-도데칸올, 데칸산, 옥탄산, 도데칸산, 이들의 혼합물 등을 포함한다.
더 바람직한 희석제는 3,7-다이메틸-3-옥탄올, 1-도데칸올, 1-데칸올, 1-옥탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 2-옥탄올, 1-도데칸올, 3-메틸-3-펜탄올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, t-아밀 알코올, tert-부탄올, 2-부탄올, 1-부탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 3,3-다이메틸-2-부탄올, 2-옥틸-1-도데칸올, 이들의 혼합물 등을 포함한다.
비양성자성 용매는 N-메틸피롤리돈, N-에틸피롤리돈, N,N-다이메틸 프로피온아미드, 하이드록시에틸피롤리돈 등을 포함하는, 환형 및 비환형 아미드를 포함하는, 아미드 부분 상에 알킬 치환된, 하이드록실 치환된, 아미드 용매를 포함한다.
희석제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 희석제는 반응 혼합물 중의 모든 성분의 합계의 최대 약 55 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 더 바람직하게는 희석제는 반응 혼합물 중의 모든 성분의 합계의 약 45 중량% 미만의 양으로, 그리고 더 바람직하게는 약 15 내지 약 40 중량%의 양으로 사용된다.
바람직하게는, 콘택트 렌즈와 같은 기재를 형성하기 위해 사용되는 반응 혼합물 내에 중합 개시제가 포함된다. 비제한적인 개시제는 적절히 상승된 온도에서 자유 라디칼을 생성하는 라우릴 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 아이소프로필 퍼카르보네이트, 아조비스아이소부티로니트릴 등과, 광개시제 시스템, 예를 들어 방향족 알파-하이드록시 케톤, 알콕시옥시벤조인, 아세토페논, 아실포스핀 옥사이드, 비스아실포스핀 옥사이드, 및 3차 아민과 다이케톤, 이들의 혼합물 등과 같은 화합물을 포함한다.
광개시제의 예시적인 예는 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 비스(2,6-다이메톡시벤조일)-2,4-4-트라이메틸펜틸 포스핀 옥사이드(DMBAPO), 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)-페닐 포스핀옥사이드(이르가큐어(Irgacure) 819), 2,4,6-트라이메틸벤질다이페닐 포스핀 옥사이드 및 2,4,6-트라이메틸벤조일 다이페닐포스핀 옥사이드, 벤조인 메틸 에스테르, 및 캄포퀴논과 에틸 4-(N,N-다이메틸아미노)벤조에이트의 조합이다. 구매가능한 가시광 개시제 시스템에는 이르가큐어 819, 이르가큐어 1700, 이르가큐어 1800, 이르가큐어 819, 이르가큐어 1850(모두 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 구매가능함) 및 루시린(Lucirin) TPO 개시제(바스프(BASF)로부터 입수가능함)가 포함된다. 구매가능한 UV 광개시제는 다로큐르(Darocur) 1173 및 다로큐르 2959(시바 스페셜티 케미칼즈)를 포함한다. 사용될 수 있는 이들 및 다른 광개시제가 문헌[Volume III, Photoinitiators for Free Radical Cationic & Anionic Photopolymerization, 2nd Edition by J.V. Crivello & K. Dietliker; edited by G. Bradley; John Wiley and Sons; New York; 1998]에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다.
개시제는 반응 혼합물의 중합을 개시하기에 유효한 양으로, 전형적으로 반응성 혼합물의 약 0.1 내지 약 2 중량%의 양으로 반응 혼합물에 사용된다. 반응 혼합물의 중합은 사용되는 중합 개시제에 따라 적절히 선택되는 열, 가시광, 자외광, 또는 다른 수단을 사용하여 개시될 수 있다. 대안적으로, 개시는 예를 들어 e-빔을 사용하여 광개시제 없이 수행될 수 있다. 그러나, 광개시제가 사용되는 경우, 바람직한 개시제는 비스아실포스핀 옥사이드, 예를 들어 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드(이르가큐어 819®), 또는 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤과 비스(2,6-다이메톡시벤조일)-2,4-4-트라이메틸펜틸 포스핀 옥사이드(DMBAPO)의 조합이며, 바람직한 방법은 가시광 조사이다. 가장 바람직한 개시제는 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드(이르가큐어 819®)이다.
반응 혼합물은 진탕 또는 교반과 같은 당업자에게 공지된 방법 중 임의의 것에 의해 형성될 수 있으며, 이어서, 공지된 방법에 의해 중합체 물품 또는 장치를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 생의학 장치는 반응성 성분들 및 희석제들을 중합 개시제와 혼합하고 적절한 조건에 의해 경화시켜 생성물을 형성하고, 후속하여 이 생성물을 선반가공(lathing), 절단 등에 의해 적절한 형상으로 성형함으로써 제조될 수 있다. 대안적으로, 반응 혼합물은 금형 내에 배치되고, 후속하여 적절한 물품으로 경화될 수 있다.
콘택트 렌즈의 생성에서 반응 혼합물을 가공하는 데 있어서, 스핀 캐스팅(spin casting) 및 정적 캐스팅(static casting)을 포함한 다양한 방법이 알려져 있다. 스핀 캐스팅 방법은 미국 특허 제3408429호 및 미국 특허 제3660545호에 개시되어 있으며; 정적 캐스팅 방법은 미국 특허 제4113224호 및 미국 특허 제4197266호에 개시되어 있다. 콘택트 렌즈를 생성하기 위한 바람직한 방법은 실리콘 하이드로겔의 성형에 의한 것인데, 이는 경제적이며, 수화된 렌즈의 최종 형상에 대한 정밀한 제어를 가능하게 한다. 이러한 방법의 경우, 반응 혼합물은 원하는 최종 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈의 형상을 갖는 금형 내에 배치되고, 단량체들이 중합되게 하는 조건이 반응 혼합물에 가해진다. 후속으로, 성형된 렌즈를 용매로 처리하여 희석제를 제거하고 궁극적으로 이를 물 또는 패키징 용액으로 대체하여, 수화된 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈를 생성한다. 일부 희석제는 열, 진공 또는 증발에 의해 제거될 수 있다. 이들 경우에, 렌즈는 용매 없이 기계적으로 탈형될 수 있다. 이러한 방법은 콘택트 렌즈를 형성하는 데 사용될 수 있고, 미국 특허 제4495313호, 미국 특허 제4680336호, 미국 특허 제4889664호 및 미국 특허 제5039459호에 추가로 기재되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
생의학 장치, 그리고 특히 안과용 렌즈는 특성들의 균형을 갖는데, 이는 그들을 특히 유용하게 한다. 이들 특성은 본질적으로 물리적, 기계적, 또는 생물학적 특성일 수 있다. 콘택트 렌즈의 비제한적인 물리적 특성은 탁도, 물 함량, 산소 투과도, 및 접촉각을 포함한다. 콘택트 렌즈의 비제한적인 기계적 특성은 영 모듈러스, 인장 강도, 파단 연신율, 및 인성을 포함한다.
상기 범위의 모든 조합은 본 발명 내에 있는 것으로 간주된다.
난시를 갖는 환자의 경우, 광학 교정이 효과적이도록 하기 위해 소프트 콘택트 렌즈가 회전 안정화되어야 한다. 그러한 안정화는 회전을 제한하는 콘택트 렌즈의 후방 면 상의 안정화 구역의 사용에 의해 통상 달성된다. 대안적으로, 난시 차폐 렌즈가 착용될 수 있는데, 여기서는 렌즈가 각막 위로 띄워져서 각막 표면과 렌즈 사이에 공간을 생성한다. 그러한 공간은 각막의 난시 특성을 효과적으로 차폐한다. 소프트 콘택트 렌즈가 각막 표면 위로 띄워지도록 하기 위해, 렌즈의 중심 부분은 환자 불편함을 야기하지 않는 동시에 띄움에 필요한 형상을 유지하기에 충분히 강직성이어야 한다. 본 발명은 착용하기에 편안한 다른 실리콘 하이드로겔과 복합 소프트 콘택트 렌즈를 형성하도록 비교적 높은 물 함량에서 띄워지기에 충분한 강직도를 갖는 실리콘 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 하이드로겔은 일체형 콘택트 렌즈를 형성하거나 또는 중심 영역 및 주변 영역을 갖는 복합 콘택트 렌즈의 중심 영역을 형성하는 데 사용될 수 있다. 중심 영역은, 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드, 적어도 하나의 친수성 단량체, 적어도 하나의 실리콘-함유 성분, 및 적어도 하나의 가교결합제를 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 물 함량 및 약 15,000 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스를 갖는 실리콘 하이드로겔로부터 형성되고, 주변 영역은 약 10 내지 약 40 중량%의 물 함량 및 약 20 내지 약 500 psi의 모듈러스를 갖는 조성적으로 구별되는 실리콘 하이드로겔로부터 형성된다.
다른 실시 형태에서, 그러한 복합 콘택트 렌즈의 제조 방법이 기재되는데, 상기 방법은 (a) 제1항의 제1 실리콘 하이드로겔 제형을 제1 금형 내로 투입하는 단계, (b) 제1 실리콘 하이드로겔 제형을 겔로 부분 경화시키는 단계, (c) 제2 실리콘 하이드로겔 제형을 제1 금형 내로 투입하는 단계, (d) 제2 실리콘 하이드로겔 제형이 겔 내로 흡수되는 시간을 허용하는 단계, (e) 제2 금형을 제1 금형의 상부에 배치하는 단계, 및 (f) 결합체를 완전 경화시켜 복합 콘택트 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
중심 원형 영역은 광학 구역과 동일한 크기일 수 있으며, 이는 전형적인 콘택트 렌즈에서 직경이 약 9 mm 이하이다. 일 실시 형태에서, 중심 원형 영역은 직경이 약 4 내지 약 7 mm이며, 다른 실시 형태에서는 직경이 약 4 내지 약 6 mm이다.
선택적으로, 제1 단량체 혼합물은 제어된 경화 메커니즘을 통해 적어도 부분적으로 중합될 수 있다. 이어서, 약 200 psi 미만, 또는 약 150 psi 미만의 모듈러스를 갖는 하이드로겔을 형성할 제2 단량체 혼합물의 투입량을 제1 단량체 혼합물 위에 투입한다. 제2 단량체 혼합물의 투입량이 오목한 전방 곡선을 원하는 양으로 충전하고, 이어서, 기부 곡선을 제공하고, 금형 반부들을 그들의 최종 경화 위치에 놓이게 하고, 단량체 혼합물을 경화시키고/시키거나 중합하여 성형 공정을 완료한다. 중합 공정이 광중합 메커니즘을 포함하는 경우, 방사선은 전방 곡선 금형 반부 또는 기본 곡선 금형 반부 중 어느 하나, 또는 둘 모두로 지향될 수 있다. 이어서, 성형된 렌즈를 추출하여 원치 않는 화학 성분을 제거하고 수화시킨다.
대안적인 방법에서는, 제1 단량체 혼합물을 전방 곡선 금형의 중심에 제공하고, 이어서 제2 단량체 혼합물의 환형 고리를 전방 곡선 금형의 에지에서 투입한다. 제2 반응성 혼합물의 생성된 환형 고리는 중력에 의해 전방 곡선의 중심으로 당겨진다. 이어서, 기부 곡선 금형을 공급하고 경화를 개시 및 완료하고, 추출 및 수화 단계(들)를 진행하여 최종 하이드로겔 콘택트 렌즈 제품을 형성한다.
중심 구역 및 주변 구역에서 원하는 모듈러스 값을 보존하기 위해 제1 단량체 혼합물과 제2 단량체 혼합물의 실질적인 혼합을 방지하는 것이 바람직하다. 제2 주변 단량체 혼합물과 비교하여 제1 단량체 혼합물의 점도를 증가시킴으로써, 중심 구역 내의 제1 단량체 혼합물의 (부분 또는 완전) 경화가 이용되지 않을 때, 단량체의 분자 확산을 감소시킬 수 있다. 투명한 단량체 혼합물보다 높은 점도를 갖는 제1 단량체 혼합물을 사용하는 것은 두 단량체 혼합물의 계면에서 전단을 감소시켜서 물리적 혼합을 감소시키는 데 도움을 준다. 하기에 나타낸 스톡스-아인슈타인(Stokes-Einstein) 방정식의 분석은 물질의 확산율에 영향을 주는 파라미터를 예시한다:
Figure pct00083
상기 식에서, D는 분자 확산율이고, k는 볼츠만(Boltzmann) 상수이고, T는 온도이고, μ는 점도이고, r은 분자 반경이다. 더 낮은 온도에서 작업하고 더 높은 점도의 단량체를 사용하는 것은 분자 확산 속도를 감소시키는 경향이 있다. 일 실시 형태에서, 제1 단량체 혼합물의 점도는 주변 단량체 혼합물의 점도보다 적어도 약 1000 cp 더 높고, 다른 실시 형태에서 적어도 약 1500 cp 더 높다.
그러나, 미국 특허 출원 공개 제2003/0142267호에 개시된 바와 같이 단량체 혼합물의 점도를 제어하는 것은 적합한 광학특성 및 편안함을 갖는 하이드로겔 콘택트 렌즈를 제공하기에 불충분하였다. 제1 단량체 혼합물의 부분 또는 완전 경화를 이용하고 제1 및 제2 단량체 혼합물로부터 형성된 중합체의 팽창 계수의 균형을 이루어서, 바람직한 광학특성 및 편안함을 갖는 하이드로겔 콘택트 렌즈를 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 일 실시 형태에서, 각각의 단량체 혼합물로부터 형성되는 중합체들의 팽창 계수들은 약 10% 이내, 일부 실시 형태에서 약 8% 이내, 및 다른 실시 형태에서 약 5% 이내이다. 팽창 계수는 희석제 농도, 친수성 성분 및 소수성 성분의 농도 및 친수성 또는 소수성, 및 개시제 및 가교결합제의 농도, 및 이들의 조합을 포함하는 다수의 제형 변수를 조작함으로써 조정될 수 있다. 실리콘 성분들의 농도를 유지하고 친수성 성분들 중 하나의 일부를 대체하는 것이 바람직할 수 있다. 이들 실시 형태에서, 원하는 팽창 계수를 달성하기 위해 다수의 조정이 필요할 수 있다.
또한, 원하는 팽창 계수를 달성하기 위해 다른 제형 변수가 변경될 수 있다. 예를 들어, 친수성 성분의 농도, 희석제 농도 및 개시제 농도, 및 이들의 조합을 변화시키는 것은 바람직한 광학특성 및 편안함을 갖는 광변색성 콘택트 렌즈를 제공하는 데 효과적이었다. 일 실시 형태에서, 폴리(비닐 피롤리돈)(PVP), 메타크릴산, 폴리다이메틸아크릴아미드 또는 폴리(비닐 메트아세트아미드)와 같은 습윤제가 단량체 혼합물에 첨가될 수 있다.
동일하거나 유사한 성분이 제1 단량체 혼합물 및 제2 단량체 혼합물 둘 모두에 사용될 수 있다. 예를 들어, 둘 모두의 단량체 혼합물 내에 동일한 친수성 성분을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 친수성 성분의 농도에 더하여 제형 변수가 변화될 수 있다.
단면 경화가 사용되는 경우, 팽창 계수는 단량체, 희석제 농도 및 이들의 조합을 사용하여 정합될 수 있다. (예를 들어, 광경화 동안) 단지 하나의 면으로부터 경화가 이루어지는 경우, 개시제 농도를 증가시키는 것이 또한 바람직할 수 있다.
시험 방법
표준편차가 괄호 안에 나타나 있다. 본 명세서에 명시된 모든 시험은 소정량의 고유 오차를 가짐이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 기록된 결과는 절대수(absolute number)로 받아들여서는 안 되고, 특정 시험의 정밀도에 기초한 수치 범위로 받아들여야 한다.
물 함량은 다음과 같이 측정하였다: 시험할 렌즈를 패킹 용액(packing solution) 중에 24시간 동안 담가두었다. 3개의 시험 렌즈 각각을 스펀지 팁 스왑(sponge tipped swab)을 사용하여 패킹 용액으로부터 꺼내고, 패킹 용액으로 적셔진 블로팅 와이프 상에 놓았다. 렌즈의 양면을 와이프에 접촉시켰다. 핀셋(tweezer)을 사용하여, 시험 렌즈를 (미리 칭량된) 칭량 팬(pan)에 넣고 습윤 렌즈의 중량을 얻었다. 샘플을 두 세트 더 준비하여 상기와 같이 칭량하였다.
30분 동안 60℃로 예열된 진공 오븐 내에 샘플 팬을 넣어서 건조 중량을 측정하였다. 적어도 0.4 inHg에 도달할 때까지 진공을 인가하였다. 진공 밸브 및 펌프를 끄고 렌즈를 최소 12시간 동안 건조시켰다. 퍼지(purge) 밸브를 열고, 오븐을 대기압에 도달하게 하였다. 팬을 꺼내고 칭량하였다. 물 함량을 다음과 같이 계산하였다:
습윤 중량 = 팬과 렌즈의 합계 습윤 중량 ― 칭량 팬의 중량
건조 중량 = 팬과 렌즈의 합계 건조 중량 ― 칭량 팬의 중량
Figure pct00084
샘플에 대해 물 함량의 평균 및 표준편차를 계산하고 기록한다.
편평한 블랙 백그라운드 위쪽에 주위 온도의 투명 유리 셀(cell) 내의 붕산염 완충 식염수 중에 수화된 시험 렌즈를 넣고, 렌즈 셀에 수직한 각도 66°에서 광섬유 램프(0.5" 직경의 광 가이드를 갖는 돌란-젠너(Dolan-Jenner) PL-900 광섬유 광)로 아래로부터 조사하고, 렌즈 홀더 위로 14 mm에 배치된 비디오 카메라(적합한 줌 카메라 렌즈가 구비된 DVC 1300C:19130 RGB 카메라 또는 등가물)를 이용하여 렌즈 셀에 수직하게 위로부터 렌즈의 이미지를 캡처(capturing)함으로써 탁도를 측정하였다. EPIX XCAP V 3.8 소프트웨어를 사용하여 붕산염 완충 식염수를 갖는 블랭크 셀(기준선)의 이미지를 공제함으로써, 백그라운드 산란을 시험 렌즈의 산란으로부터 공제한다. 광 세기를 900 내지 910의 평균 그레이스케일로 조정함으로써 고급(high-end) 산란(젖빛 유리)에 대한 값을 얻는다. 식염수 충전된 유리 셀을 사용하여 백그라운드 산란(BS)의 값을 측정한다. 공제된 산란광 이미지를, 렌즈의 중심 10 mm에 걸쳐 적분하고, 이어서 젖빛 유리 표준물과 대비함으로써 정량적으로 분석한다. 젖빛 유리 표준물에 대해 900 내지 910 범위의 평균 그레이스케일 값을 달성하도록 광 세기/출력 설정을 조정하였고; 이러한 설정에서, 기준선 평균 그레이스케일 값은 50 내지 70의 범위였다. 기준선 및 젖빛 유리 표준물의 평균 그레이스케일 값을 기록하고, 이를 사용하여 각각 0 내지 100의 척도를 생성한다. 그레이스케일 분석에서, 기준선, 젖빛 유리, 및 모든 시험 렌즈의 평균 및 표준편차를 기록하였다. 각각의 렌즈에 대해, 스케일링된 값을 방정식에 따라 계산하였다: 스케일링된 값은 평균 그레이스케일 값 (렌즈 - 기준선)을 평균 그레이스케일 값 (젖빛 유리 - 기준선)으로 나누고 100을 곱한 것과 동일하다. 3 내지 5개의 시험 렌즈를 분석하고, 결과를 평균한다.
물 함량을 중량측정식으로 측정하였다. 렌즈를 패킹 용액 중에서 24시간 동안 평형화시켰다. 3개의 시험 렌즈 각각을 스펀지 팁 스왑을 사용하여 패킹 용액으로부터 꺼내고, 패킹 용액으로 적셔진 블로팅 와이프 상에 놓는다. 렌즈의 양면을 와이프에 접촉시킨다. 핀셋을 사용하여, 시험 렌즈를 빈 상태로 중량이 측정된 칭량 팬에 넣고 칭량한다. 샘플을 두 세트 더 준비하여 칭량한다. 모든 중량 측정을 3회 반복하여 행하였으며, 이들 값의 평균을 계산에 사용하였다. 습윤 중량은 팬과 습윤 렌즈의 합계 중량에서 칭량 팬 단독의 중량을 뺀 것으로서 정의된다.
30분 동안 60®C로 예열된 진공 오븐 내에 샘플 팬을 넣어서 건조 중량을 측정하였다. 압력이 적어도 1 inHg에 도달할 때까지 진공을 인가하였으며; 더 낮은 압력이 허용된다. 진공 밸브 및 펌프를 끄고 렌즈를 12시간 이상 동안; 전형적으로 하룻밤 건조시킨다. 퍼지 밸브를 개방하여 건조 공기 또는 건조 질소 가스가 유입되게 한다. 오븐을 대기압에 도달하게 둔다. 팬을 꺼내고 칭량한다. 건조 중량은 팬과 건조 렌즈의 합계 중량에서 칭량 팬 단독의 중량을 뺀 것으로서 정의된다. 시험 렌즈의 물 함량을 다음과 같이 계산하였다:
Figure pct00085
물 함량의 평균 및 표준편차를 계산하였고, 평균값을 시험 렌즈의 퍼센트 물 함량으로서 기록하였다.
콘택트 렌즈의 굴절률(RI)을 수동 모드에서 라이카(Leica) ARIAS 500 아베(Abbe) 굴절계에 의해 또는 100 마이크로미터의 프리즘 갭 거리로 자동 모드에서 라이헤르트(Reichert) ARIAS 500 아베 굴절계에 의해 측정하였다. 20℃ (+/- 0.2℃)에서 탈이온수를 사용하여 기기를 보정하였다. 프리즘 조립체를 개방하고, 시험 렌즈를 광원에 가장 가까운 자기 도트(magnetic dot)들 사이의 하부 프리즘 상에 배치하였다. 프리즘이 건조한 경우, 몇 방울의 식염수를 하부 프리즘에 적용하였다. 렌즈의 전방 곡선은 하부 프리즘에 맞닿아 있었다. 이어서, 프리즘 조립체를 폐쇄하였다. 음영선이 레티클 필드(reticle field)에 나타나도록 컨트롤을 조정한 후에, 굴절률을 측정하였다. 5개의 시험 렌즈에 대해 RI 측정을 행하였다. 5개의 측정치로부터 계산된 평균 RI를 굴절률뿐만 아니라 그의 표준편차로서 기록하였다.
산소 투과도(Dk)를, ISO 9913-1:1996 및 ISO 18369-4:2006에 일반적으로 기재된, 그러나 하기 변경을 갖는 폴라로그래피 방법에 의해 결정하였다. 측정은 질소 및 공기 투입이 적절한 비, 예를 들어 1800 mL/min의 질소 및 200 mL/min의 공기로 설정된 시험 챔버를 구비함으로써 생성되는 2.1% 산소를 함유하는 환경에서 수행하였다. t/Dk는 조정된 산소 농도를 사용하여 계산한다. 붕산염 완충 식염수를 사용하였다. MMA 렌즈를 적용하는 대신에 순수한 가습된 질소 환경을 사용하여 암전류(dark current)를 측정하였다. 측정하기 전에 렌즈를 닦아내지 않았다. 센티미터 단위로 측정된 다양한 두께(t)의 렌즈를 사용하는 대신에 4개의 렌즈를 적층하였다. 평면 센서 대신에 곡면 센서를 사용하였고; 반경은 7.8 mm였다. 7.8 mm 반경 센서 및 10% (v/v) 공기 유량에 대한 계산은 다음과 같다:
Dk/t = (측정된 전류 ― 암전류) × (2.97×10-8 mL O2/(㎂-sec-㎠-mmHg)
에지 보정은 물질의 Dk와 관련되었다.
90 배러 미만의 모든 Dk 값에 대해:
t/Dk (에지 보정됨) = [1 + (5.88 × t)] × (t/Dk)
90 내지 300 배러의 Dk 값에 대해:
t/Dk (에지 보정됨) = [1 + (3.56 × t)] × (t/Dk)
300 배러 초과의 Dk 값에 대해:
t/Dk (에지 보정됨) = [1 + (3.16 × t)] × (t/Dk)
에지 비보정된 Dk를 데이터의 선형 회귀 분석으로부터 얻어진 기울기의 역수로부터 계산하였으며, 여기서 × 변수는 센티미터 단위의 중심 두께이고 y 변수는 t/Dk 값이었다. 반면에, 에지 보정된 Dk를 데이터의 선형 회귀 분석으로부터 얻어진 기울기의 역수로부터 계산하였으며, 여기서 × 변수는 센티미터 단위의 중심 두께이고 y 변수는 에지 보정된 t/Dk 값이었다. 생성된 Dk 값을 배러 단위로 기록하였다.
렌즈의 습윤성을, 하기 방법을 사용하여 결정하였다. 실온에서 칸(Cahn) DCA-315 기기를 사용하고 프로브 용액으로서 탈이온수를 사용하여 빌헬미(Wilhelmy) 플레이트 방법에 의해 동적 접촉각(DCA)을 결정하였다. 민감한 저울에 의해 습윤화로 인해 샘플에 가해지는 힘을 측정하면서 알려진 파라미터의 렌즈 시편을 알려진 표면 장력의 패킹 용액 중에 담금으로써 실험을 수행하였다. 샘플을 담그는 동안 수집된 힘 데이터로부터 렌즈 상의 패킹 용액의 전진 접촉각을 결정한다. 액체로부터 샘플을 빼내는 동안의 힘 데이터로부터 후진 접촉각을 마찬가지로 결정한다. 빌헬미 플레이트 방법은 하기 식에 기초한다: Fg= γρcosθ - B(여기서, F는 액체와 렌즈 사이의 습윤력(mg)이고, g는 중력 가속도(980.665 cm/sec2)이고, γ는 프로브 액체의 표면 장력(다인/cm)이고, ρ는 액체/렌즈 메니스커스에서의 콘택트 렌즈의 둘레(cm)이고, θ는 동적 접촉각(도)이고, B는 부력(mg)임). B는 0의 침지 깊이에서 0이다. 4개의 시험 스트립을 콘택트 렌즈의 중심 영역으로부터 절단하였다. 각각의 스트립은 폭이 대략 5 mm였고 패킹 용액 중에서 평형화시켰다. 이어서, 각각의 샘플을 4회 사이클링하였고, 결과를 평균하여 렌즈의 전진 접촉각 및 후진 접촉각을 얻었다.
일부 실시예에서는, 실온에서 크루스(KRUSS) DSA-100 TM 기기를 사용하고 프로브 용액으로서 탈이온수를 사용하여 측정되는 세실 드롭(sessile drop) 기술을 사용하여 렌즈의 습윤성을 결정하였다. 시험할 렌즈(3개 내지 5개/샘플)를 탈이온수로 헹구어서 패킹 용액으로부터의 캐리 오버(carry over)를 제거하였다. 각각의 시험 렌즈를 패킹 용액으로 적셔진 블로팅 린트 프리 와이프(blotting lint free wipe) 상에 놓았다. 렌즈의 양면을 와이프와 접촉시켜, 렌즈를 건조시키지 않고서 표면의 물을 제거하였다. 적절한 편평화(flattening)를 보장하기 위해, 렌즈를 콘택트 렌즈 플라스틱 금형의 볼록한 표면 상에 "보울 면을 아래로"(bowl side down) 배치하였다. 플라스틱 금형 및 렌즈를 세실 드롭 기기 홀더 내에 배치하여, 시린지의 적절한 중심 정렬을 보장하였다. DSA 100-액적 형상 분석(Drop Shape Analysis) 소프트웨어를 사용하여, 3 내지 4 마이크로리터의 탈이온수 방울을 시린지 팁 상에 형성하여, 액적이 렌즈로부터 매달려 있는 것을 보장하였다. 니들을 아래로 이동시켜, 액적을 렌즈 표면 상에 원활하게 배출하였다. 액적을 분배한 직후에 니들을 회수하였다. 액적을 렌즈 상에서 5 내지 10초간 평형화시키고, 액적 이미지와 렌즈 표면 사이에서 접촉각을 측정하였다.
콘택트 렌즈의 기계적 특성을, 로드 셀(load cell) 및 공압 그립(pneumatic grip) 제어부가 구비된 인스트론(Instron) 모델 1122 또는 5542와 같은 인장 시험기를 사용하여 측정하였다. -1 디옵터 렌즈는 그의 중심의 균일한 두께 프로파일 때문에 바람직한 렌즈 기하학적 형상이다. -1.00 굴절력 렌즈로부터 절단된, 0.522 인치 길이, 0.276 인치 "귀부(ear)" 폭 및 0.213 인치 "목부(neck)" 폭을 갖는 도그본(dog-bone) 형상의 샘플을 그립(grip)들 내로 로딩하고, 파단될 때까지 2 인치/분의 일정한 변형 속도로 연신하였다. 시험 전에 전자 두께 게이지를 사용하여 도그본 샘플의 중심 두께를 측정하였다. 샘플의 초기 게이지 길이(Lo) 및 파단시 샘플 길이(Lf)를 측정한다. 각각의 조성물의 5개 이상의 시편을 측정하고, 평균 값을 사용하여 퍼센트 파단 연신율을 계산하였다: 퍼센트 연신율 = [(Lf ― Lo)/Lo] × 100. 인장 모듈러스는 응력-변형 곡선의 초기 선형 부분의 기울기로서 계산하였고; 모듈러스의 단위는 제곱인치당 파운드 또는 psi이다. 인장 강도를 피크 하중 및 원래의 단면적으로부터 계산하였다: 인장 강도 = 피크 하중을 원래의 단면적으로 나눈 것; 인장 강도 단위는 psi이다. 인성(toughness)은 파단 에너지(energy to break) 및 샘플의 원래 부피로부터 계산하였다: 인성 = 파단 에너지를 원래의 샘플 부피로 나눈 것; 인성의 단위는 in-lb/in3이다.
편평부(flat)로서 캐스팅된 샘플을 또한 인스트론 시험에 의해 측정하였으나; 콘택트 렌즈를 제조하는 데 사용되는 금형과 유사하지만 편평한 원형 디스크를 생성하기 위해 곡률 없이 편평한 원형 플라스틱 금형(직경 약 15 mm)으로부터 시험 물품을 제조하였다. 금형은, 투입된 반응성 단량체 혼합물의 부피에 따라, 250 내지 550 마이크로미터의 중심 두께를 갖는 디스크를 제조하도록 설계하였다. 디스크를 원하는 샘플 크기(폭: 3.1 mm; 길이: 약 7 mm)로 절단하였다. 일정한 이동-속도 유형 시험기의 크로스헤드는 100 뉴턴 로드셀 및 다이아몬드 톱니형 죠 페이스(diamond serrated jaw face)를 갖는 공압 작용 그립(250 뉴턴 최대)을 구비하였다. 시편을 그립들 내에 로딩하고, 이어서 파단될 때까지 1분당 1 인치로 연신시켰다. 생성된 응력-변형 곡선으로부터 인장 특성을 얻는다. 추가적으로, 모든 기계적 시험 실험에 대해, 탈수 효과를 최소화하기 위해 분석 직전까지 샘플을 패킹 용액 중에 보관하였다.
전자 두께 게이지를 사용하여 중심 두께를 개별적으로 측정하였다.
OCT 시험 방법:
시험관내(in vitro)에서 각막 차폐를 위한 프로토타입 렌즈 디자인을 시험할 목적으로 PMMA로부터 모델 눈을 제조되었다. 모델 눈은 대략 1.80 디옵터의 각막 난시를 갖도록 설계되었는데, 이때 주 자오선 곡률은, 급격한 자오선 및 편평한 자오선에 대해 각각 7.688 mm 및 8.016 mm였다. 프로토타입 렌즈 디자인을 모델 눈 위에 놓았으며, 이때 렌즈와 눈 표면 사이에 있는 식염수 용액이 눈물의 대리물로서 작용하였다. 20 mm 대물 렌즈를 구비한 바이옵티겐 엔비수 광 간섭 단층촬영장치(Bioptigen Envisu Optical Coherence Tomographer)(OCT, 모델 R2310)를 사용하여 프로토타입 렌즈 및 모델 눈 시스템을 이미지 처리하여, 모델 표면과 렌즈 후방 표면 사이에 일정 부피의 식염수가 가시적이었는지를 결정하였다. 하기 도면에서 알 수 있는 바와 같이, OCT 이미지는 모델 눈과 렌즈 후방 표면 사이의 눈물 부피의 존재를 확인시켜 주었는데, 이는 렌즈가 모델 각막 표면을 성공적으로 띄웠음을 나타낸다.
하기 약어가 실시예 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
Figure pct00086
합성예 1: 폴리(N-비닐 N-메틸 아세트아미드)(pVMA)의 제조
380 mL(3.48 mol)의 증류된 N-비닐-N-메틸 아세트아미드 및 187 mg(1.14 mmol)의 아조비스아이소부티로니트릴을 환류 응축기, 자석 교반 막대 및 열전쌍이 장착된 3구 둥근바닥 플라스크에 첨가하고, 반응 혼합물을 통해 질소 가스를 버블링함으로써 2시간 동안 산소 가스를 퍼지하였다. 이어서, 반응 혼합물을 75℃에서 24시간 동안 가열하였으며, 이 시간 동안 반응 혼합물은 고화되었다. 반응 생성물을 공기 중에서 켄칭(quenching)하고, 후처리(work-up) 절차 1 또는 후처리 절차 2에 의해 단리하였다. 후처리 절차 1: 반응 생성물을 40℃에서 800 mL의 메틸렌 클로라이드 중에 용해시키고, 실온으로 냉각시켰다. 용액을 수동 교반하면서 2 L의 차가운 다이에틸 에테르에 부어서, 용매를 가만히 따라낸 후에 백색 고체를 얻었다. 고체 생성물을 공기 건조시킨 후, 50℃에서 하룻밤 진공 건조시켰다. 침전된 생성물을 미세한 백색 분말로 그라인딩하고, 50℃에서 하룻밤 진공 건조시켰다(85% 수율). 후처리 절차 2: 반응 생성물을 물 중에 용해시키고, 투석 막 튜브(스펙트라 포어(Spectra Pore) MWCO 3500)에서 광범위하게 투석시키고, 동결 건조시키거나(랩콘코(LABCONCO), 프리존(Freezone)® 트라이아드(Triad)™ 동결 건조 시스템, 모델 # 7400030) 또는 분무 건조시켰다(부히(BUCHI) 소형 분무 건조기), 모델 # B-290). 크기 배제 크로마토그래피-다각 광산란(SEC-MALS)에 의해 분자량을 결정하였다. SEC-MALS 셋업은 50℃에서 0.6 mL/min의 유량으로 이동상으로서 메탄올(10 mM LiBr을 함유함)을 사용하였다. 일련의 3개의 토소 바이오사이언시즈(Tosoh Biosciences) TSK-겔 컬럼을 온라인 애질런트 1200 UV/VIS 다이오드 어레이 검출기, 와야트 옵틸랩(Wyatt Optilab) rEX 간섭측정 굴절계, 및 와야트 miniDAWN 트레오스(Treos) 다각 레이저 산란(MALS) 검출기(λ=658 nm)와 함께 사용하였다[SuperAW3000 4 um, 6.0 mm ID × 15 cm(PEO/DMF 배제 한계치 = 60,000 g/몰), SuperAW4000 6 um, 6.0 mm ID × 15 cm(PEO/DMF 배제 한계치 = 400,000 g/몰) 및 SuperAW5000 7 um, 6.0 mm ID × 15 cm(PEO/DMF 배제 한계치 = 4,000,000 g/몰))]. 30℃(λ= 658 nm)에서의 0.1829 mL/g의 dη/dc 값을 절대 분자량 결정에 사용하였다. 절대 분자량 및 다분산도 데이터를 와야트 ASTRA 6.1.1.17 SEC/LS 소프트웨어 패키지를 사용하여 계산하였다. 중량 평균 분자량은 전형적으로 약 500 KDa 내지 약 700 KDa로 변동되었고, 다분산도는 약 1.8 내지 약 2.8로 변동되었다.
비교예 1 내지 비교예 12와 실시예 1 내지 실시예 5
표 1 및 표 2에 열거된 반응성 성분들을 혼합하여 각각의 반응성 혼합물을 형성하고 이어서 주위 온도에서 약 20분 동안 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 약 100 μL의 반응성 혼합물을 제오노아로부터 제조된 FC 내로 실온에서 투입하였다. 제오노아:폴리프로필렌의 55:45 (w/w) 블렌드로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 50 내지 60℃에서 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 TLO3 형광 전구를 사용하여 렌즈를 하부로부터 20분 동안 경화시켰다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 BC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 70 내지 50% IPA를 사용하여 이형시킨 후에, 약 0.5 내지 2.0시간 동안 70 내지 25% IPA로 2회 세척하고, 약 1시간 동안 탈이온수로 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 3에 열거되어 있다.
[표 1]
Figure pct00087
[표 2]
Figure pct00088
[표 3]
Figure pct00089
비교예는 NMMA를 함유하지 않으며, 약 90 psi 미만의 모듈러스를 갖는다. 의외로, DMA 또는 NVP를 NMMA로 대체함으로써 상당히 증가된 모듈러스 값이 얻어진다. 예를 들어, 비교예 5에서의 NVP를 NMMA로 대체함으로써(46.65%, Ex 5), 모듈러스가 75 psi로부터 365 psi로 증가되었다. 또한 유사하게, 비교예 9 내지 비교예 12로부터의 DMA를 NMMA로 대체함으로써, 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 특히 약 20% 이상의 농도에서, 모듈러스의 상당한 증가가 나타났다. 모듈러스 값의 증가는 11.5 중량% NMMA일 때의 10%에서 46.65 중량% NMMA일 때의 300% 초과까지에 이르는 범위였다. 실시예 2 내지 실시예 5의 물 함량은 59 내지 63%로 유지되었으며, 투명도는 실시예 2 내지 실시예 5에서 허용가능하였다.
Figure pct00090
실시예 6 내지 실시예 16
표 4에 열거된 반응성 성분들을 혼합하여 각각의 반응성 혼합물을 형성하고 이어서 주위 온도에서 약 20분 동안 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 약 100 μL의 반응성 혼합물을 제오노아:폴리프로필렌의 90:10 (w/w) 블렌드로부터 제조된 FC 내로 실온에서 투입하였다. 이어서 폴리프로필렌으로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 적절한 피팅을 유지하기 위해 석영 플레이트를 8개의 그러한 금형 조립체의 트레이의 상부에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 60 내지 65℃에서 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 TLO3 형광 전구를 사용하여 렌즈를 상부로부터 12분 동안 경화시켰다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 BC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 70 내지 50% IPA를 사용하여 이형시킨 후에, 약 0.5 내지 2.0시간 동안 70 내지 25% IPA로 2회 세척하고, 약 1시간 동안 탈이온수로 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 5에 열거되어 있다.
[표 4]
Figure pct00091
[표 5]
Figure pct00092
실시예 6 내지 실시예 10은 동일한 양의 NMMA(%)를 포함하지만, 증가하는 양의 실리콘-함유 가교결합제, 테고머를 포함한다. 실리콘-함유 가교결합제의 첨가는, 심지어 소량으로도, % 탁도를 120%에서 10 내지 50%로 감소시켰다. 실시예 6 내지 실시예 11은 1000 psi 초과의 모듈러스, 100 배러 초과의 Dk, 및 20 내지 약 34%의 물 함량을 나타내었다. 비교예 13은 NMMA 대신에 DMA를 함유하고 모듈러스가 385 psi였는데, 이는, NMMA를 함유하고 모듈러스가 1279 psi인 실시예 12보다 훨씬 더 낮았다. 실시예 12는 또한 비교예 13에 비하여 증가된 인성 및 인장 강도, 그리고 그와 거의 동일한 연신율을 나타내었다.
실시예 17 내지 실시예 26
표 6에 열거된 반응성 성분들을 혼합하고, 가열되거나 가열되지 않은 스테인리스 강 또는 유리 시린지를 사용하여 3 μm 필터를 통해 여과함으로써 각각의 반응성 혼합물을 형성하고, 이어서 약 15분 동안 주위 온도에서 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 75 내지 100 μL의 반응성 혼합물을 실온에서 FC 내로 투입하였다. 이어서, BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 60 내지 65℃에서 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 TLO3 형광 전구를 사용하여 렌즈를 상부로부터 20분 동안 경화시켰다. 광원은 트레이 위로 약 6 인치에 있었다. 경화 공정 및 장치의 상세한 설명은 미국 특허 제8,937,110호에서 찾을 수 있다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 FC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 64개의 렌즈들을 약 1시간 또는 2시간 동안 약 1 리터의 수성 IPA 용액 중에 떠 있게 하여 이형시킨 후에, 다른 수성 IPA 용액으로 세척하고, 탈이온수로 2회 세척하고, 마지막으로 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 수성 IPA 용액의 농도는 표 6에 열거되어 있다. 각각의 세척 단계는 약 30분간 지속되었다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 7에 열거되어 있다.
[표 6]
Figure pct00093
[표 7]
Figure pct00094
본 발명의 제형은 광범위한 모듈러스를 제공한다. 가교결합제의 농도 및 유형을 변화시킴으로써(예를 들어, TMTPA와 같은 단쇄의 더 고작용성 가교결합제, 예를 들어 TMTPA를 포함함으로써), 최대 약 20,000 psi의 모듈러스가 달성될 수 있다.
실시예 27 내지 실시예 41
표 8 및 표 9에 열거된 반응성 성분들을 혼합하여 각각의 반응성 혼합물을 형성하고 이어서 주위 온도에서 약 20분 동안 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 약 100 μL의 반응성 혼합물을 표 8 및 표 9에 나타낸 물질들로부터 제조된 FC 내로 실온에서 투입하였다. 이어서, 표 8 및 표 9에 나타낸 물질들로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 적절한 피팅을 유지하기 위해 석영 플레이트를 8개의 그러한 금형 조립체의 트레이의 상부에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 60 내지 65℃에서 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 TLO3 형광 전구를 사용하여 렌즈들을 상부로부터 12분 동안 경화시켰다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 BC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 40% IPA를 사용하여 이형시킨 후에, 표에 언급된 것을 제외하고는 약 0.5 내지 1시간 동안 40% IPA로 2회 세척하고, 약 0.5 내지 1시간 동안 탈이온수로 2회 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 10에 열거되어 있다.
[표 8]
Figure pct00095
[표 9]
Figure pct00096
[표 10]
Figure pct00097
60,000 psi를 초과하는 모듈러스를 갖지만 여전히 15 내지 약 25%의 물 함량을 나타내는 실리콘 하이드로겔이 생성되었다. 이 실리콘 하이드로겔은 바람직한 탁도, Dk 및 접촉각을 나타내었다.
실시예 43 내지 실시예 52
표 11에 열거된 반응성 성분들을 혼합하여 각각의 반응성 혼합물을 형성하고 이어서 주위 온도에서 약 20분 동안 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 약 100 μL의 반응성 혼합물을 제오노아로부터 제조된 FC 내로 실온에서 투입하였다. 이어서, 제오노아:폴리프로필렌의 55:45 (w/w) 블렌드로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 60 내지 65℃에서 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 420 nm LED 라이트를 사용하여 렌즈를 상부로부터 20분 동안 경화시켰다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 BC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 하룻밤 40% IPA를 사용하여 이형시킨 후에, 0.5 내지 1시간 동안 40% IPA로 세척하고, 약 0.5 내지 1시간 동안 탈이온수로 2회 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 12에 열거되어 있다.
[표 11]
Figure pct00098
[표 12]
Figure pct00099
실시예 53 내지 실시예 57
표 13에 열거된 반응성 성분들을 혼합하여 각각의 반응성 혼합물을 형성하고 이어서 주위 온도에서 약 20분 동안 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 이어서 약 100 μL의 반응성 혼합물을 제오노아로부터 제조된 FC 내로 실온에서 투입하였다. 이어서, 제오노아:폴리프로필렌의 55:45 (w/w) 블렌드로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 트레이를 60 내지 65℃로 유지된 인접한 글로브 박스 내로 옮기고, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 TL03 라이트를 사용하여 렌즈를 하부로부터 20분 동안 경화시켰다.
렌즈들을 대부분의 렌즈들이 BC에 부착된 상태로 수동으로 탈형시키고, 40% IPA를 하룻밤 그리고 50% IPA를 하룻밤 사용하여 이형시킨 후에, 약 0.5 내지 1시간 동안 40% IPA로 2회 세척하고, 약 0.5 내지 1시간 동안 탈이온수로 2회 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하고, 마지막으로 약 30분 동안 붕산염 완충 패키징 용액으로 2회 세척하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다. 실시예 53 내지 실시예 56의 멸균 렌즈의 물리적 특성 및 기계적 특성을 측정하였으며, 이는 표 14에 열거되어 있다.
[표 13]
Figure pct00100
[표 14]
Figure pct00101
실시예 53 내지 실시예 56의 실리콘 하이드로겔은 최대 43,000 psi의 모듈러스, 및 약 20 내지 30%의 물 함량을 나타낸다.
실시예 58
반응성 성분들을 혼합하고, 가열되거나 가열되지 않은 스테인리스 강 또는 유리 시린지를 사용하여 3 μm 필터를 통해 여과함으로써 각각의 반응성 혼합물을 형성하고, 이어서 약 10 내지 20분 동안 주위 온도에서 진공을 가하여 탈기시켰다. 질소 가스 분위기 및 0.1% 미만의 산소 가스를 갖는 글로브 박스에서, 실시예 31로부터의 탈기된 반응성 혼합물 약 20 μL 내지 약 35 μL를 제오노아:폴리프로필렌의 55:45 (w/w) 블렌드로부터 제조된 FC 내로 60 내지 65℃에서 투입하였다 실제 부피를 사용하여 광학 구역을 제어하였다. 이어서, 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 420 nm LED 라이트 하에서 FC를 2분 동안 조사하여 부분 경화된 겔을 생성하였다. 그 후에, 표 15로부터의 탈기된 반응성 혼합물 약 125 μL를 FC 내로 전술한 부분 경화된 겔의 상부에 투입하였다. 제오노아로부터 제조된 BC를 전방 곡선 금형 상에 배치하였다. 투입 전에 금형을 글로브 박스 내에서 최소 12시간 동안 평형화시켰다. 4 내지 5 mW/㎠의 세기를 갖는 420 nm LED 라이트를 사용하여 렌즈를 18분 동안 하부로부터 경화시켰다. 생성된 콘택트 렌즈의 중심 영역과 주변 영역 사이에 간섭성 중간상 또는 전이 구역이 형성되도록 각각의 단계 동안 공중합의 속도론을 제어하는 것이 중요하였다.
두 제형의 차이로 인한 렌즈에 대한 어떠한 손상도 방지하는 하기의 방법에 의해 렌즈들을 금형으로부터 용매 이형시켰다: (1) 20% IPA 중에 하룻밤, 20% IPA 중에 1시간 동안, 30% IPA 중에 2 내지 4시간 동안, 40% IPA 중에 하룻밤, 30% IPA 중에 2 내지 4시간 동안, 20%의 IPA 중에 하룻밤, 및 마지막으로 탈이온수 중에 하룻밤 떠 있게 하였다. 렌즈를 122℃에서 30분 동안 오토클레이빙하여 멸균하였다.
주변 구역 및 중심 구역에 사용되는 하이드로겔에 대한 특성이 하기 표 16에 열거되어 있다. 콘택트 렌즈를 눈 모델 상에 피팅하고 광 간섭 단층촬영(OCT)을 사용하여 모델 눈 상의 콘택트 렌즈의 이미지를 생성하는 시험관내 시험 방법을 사용하여, 생성된 콘택트 렌즈를 난시 차폐에 대해 평가하였다. 도 1에서, OCT 이미지는 실시예 57에서 제조된 콘택트 렌즈가 눈 모델의 각막 영역 위로 띄워질 수 있어서, 광학 관점에서 각막 상에서 난시를 차폐하는 인공 누액으로 채워진 갭을 제공함을 입증한다.
[표 15]
Figure pct00102
[표 16]
Figure pct00103
본 명세서에서의 발명이 특정 실시예와 관련하여 기재되어 있지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 원리 및 적용에 대한 예시임이 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 본 발명의 조성물, 방법 및 장치에 대해 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 있는 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (66)

  1. 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 적어도 약 1000 psi의 모듈러스 및 적어도 약 10%의 물 함량을 갖는, 실리콘 하이드로겔.
  2. 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 140 내지 약 2000 psi의 모듈러스 및 약 20 내지 약 50%의 물 함량을 갖는, 비이온성 실리콘 하이드로겔.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 약 20 내지 약 40%의 물 함량을 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 광개시제를 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 하이드로겔은 광 또는 가시광에 대한 노출을 통해 경화되는, 실리콘 하이드로겔.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘-함유 성분은 3 내지 30개, 3 내지 25개, 3 내지 20개 또는 3 내지 15개의 실록산 반복 단위를 갖는 적어도 하나의 실리콘 사슬을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실리콘 사슬은 폴리다이알킬 실록산 사슬인, 실리콘 하이드로겔.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실리콘 사슬은 폴리다이메틸 실록산 사슬인, 실리콘 하이드로겔.
  9. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 실리콘 사슬은 폴리다이아릴 실록산 사슬인, 실리콘 하이드로겔.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 20 내지 약 60 중량% 또는 약 30 내지 약 50 중량%의 상기 실리콘-함유 성분을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 7 중량% 내지 약 30 중량%, 약 7 중량% 내지 약 25 중량% 또는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%의 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘-함유 성분은 화학식 I 내지 화학식 V의 화합물, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 I]
    Figure pct00104

    [화학식 II]
    Figure pct00105

    [화학식 III]
    Figure pct00106

    [화학식 IV]
    Figure pct00107

    [화학식 V]
    Figure pct00108

    상기 식에서,
    R1은 수소 원자 또는 메틸이고;
    Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고;
    j는 1 내지 20의 정수이고;
    q는 1 내지 50이고;
    n1 및 n2는 4 내지 100이고;
    n3은 1 내지 50이고;
    R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
    R3은 화학식 (CH2)r의 치환 또는 비치환된 C1-6, C1-4 또는 C2-4 알킬렌 세그먼트(여기서, 각각의 메틸렌 기는 독립적으로 에테르, 아민, 카르보닐, 카르복실레이트, 카르바메이트 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환됨); 또는 옥시알킬렌 세그먼트 (OCH2)k(k는 1 내지 3의 정수임)이거나, 또는 R3은 알킬렌 세그먼트와 옥시알킬렌 세그먼트의 조합일 수 있고 r과 k의 합이 1 내지 9이고;
    각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이고;
    R5는 1 내지 8개의 탄소 원자, 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬 기, 또는 메틸 또는 부틸; 또는 아릴 기이며, 이들 중 임의의 것은 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있다.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드는 화학식 XV를 갖는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 XV]
    Figure pct00109

    상기 식에서,
    R7은 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 벤질 또는 페닐로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 비치환되거나 하이드록실, 아미노, 및 이들의 조합과 같은 추가의 작용기로 치환될 수 있다.
  14. 제13항에 있어서, 상기 N-알킬 메타크릴아미드는 N-메틸 메타크릴아미드인, 실리콘 하이드로겔.
  15. 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드, 약 5 내지 약 15 중량%의 적어도 하나의 가교결합 성분, 및 화학식 I 내지 화학식 V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 150 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스 및 약 10 내지 약 50%의 물 함량을 갖는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 I]
    Figure pct00110

    [화학식 II]
    Figure pct00111

    [화학식 III]
    Figure pct00112

    [화학식 IV]
    Figure pct00113

    [화학식 V]
    Figure pct00114

    상기 식에서,
    R1은 수소 원자 또는 메틸이고;
    Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되고; Z가 O 또는 S인 경우, R2는 필요하지 않고;
    j는 1 내지 20의 정수이고;
    q는 최대 50, 5 내지 30 또는 10 내지 25이고;
    n1 및 n2는 4 내지 100; 4 내지 50; 또는 4 내지 25이고;
    n3은 1 내지 50, 1 내지 20, 또는 1 내지 10이고;
    R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
    R3은 화학식 (CH2)r의 치환 또는 비치환된 C1-6, C1-4 또는 C2-4 알킬렌 세그먼트(여기서, 각각의 메틸렌 기는 독립적으로 에테르, 아민, 카르보닐, 카르복실레이트, 카르바메이트 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있음); 또는 옥시알킬렌 세그먼트 (OCH2)k(k는 1 내지 3의 정수임)이거나, 또는 R3은 알킬렌 세그먼트와 옥시알킬렌 세그먼트의 조합일 수 있고 r과 k의 합이 1 내지 9이고;
    각각의 R4는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 1 내지 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알콕시 기, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌옥시알킬 기, 페닐 기, 벤질 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 플루오로알킬 기, 부분 플루오르화 알킬 기, 퍼플루오로알킬 기, 불소 원자, 또는 이들의 조합이고;
    R5는 1 내지 8개의 탄소 원자, 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 치환 또는 비치환된 선형 또는 분지형 알킬 기, 또는 메틸 또는 부틸; 또는 아릴 기이며, 이들 중 임의의 것은 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있다.
  16. 제15항에 있어서, 상기 실리콘 하이드로겔은 상기 N-알킬 메타크릴아미드 이외의 아미드-함유 단량체로부터 형성되는 실리콘 하이드로겔보다 적어도 약 10% 더 큰 모듈러스를 갖는, 실리콘 하이드로겔.
  17. 제15항에 있어서, 상기 모듈러스는 약 1000 내지 약 100,000 psi, 또는 약 5000 내지 약 100,000 psi인, 실리콘 하이드로겔.
  18. 제15항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 20 내지 약 80 중량% 또는 30 내지 80 중량%의 상기 실리콘-함유 성분을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  19. 제15항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 7 중량% 내지 약 30 중량%, 약 7 중량% 내지 약 25 중량% 또는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%의 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  20. 제15항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 적어도 하나의 하이드록실 작용성 실리콘-함유 성분을 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  21. 제21항에 있어서, 상기 하이드록실 작용성 실리콘-함유 성분은 폴리다이알킬 실록산 및 폴리다이아릴 실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하이드록실 작용성 폴리실록산인, 실리콘 하이드로겔.
  22. 제22항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 약 10 내지 약 40 중량%의 하이드록실 작용성 폴리실록산을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  23. 제22항에 있어서, 상기 하이드록실 작용성 폴리실록산은 적어도 하나의 폴리다이메틸 실록산을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  24. 제21항에 있어서, 상기 하이드록실 작용성 실리콘-함유 성분은 화학식 L의 일작용성 하이드록실 치환된 폴리(이치환된 실록산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 L]
    Figure pct00115

    상기 식에서,
    Z는 O, N, S 또는 NCH2CH2O로부터 선택되며, Z가 O또는 S인 경우, R2는 존재하지 않고;
    R1은 독립적으로 H 또는 메틸이고;
    R2는 H이거나, 또는 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있고;
    R4는 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이며, 이들 중 임의의 것은 적어도 하나의 하이드록시 기로 추가로 치환될 수 있고, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있거나; 또는 R4는 독립적으로 메틸, 에틸 또는 페닐로부터 선택될 수 있거나, 또는 메틸일 수 있고;
    n은 실록산 단위의 수이며, 상기 제1 일작용성 하이드록실 치환된 폴리(이치환된 실록산) 단량체에 대해 4 내지 8이고;
    R5는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬 기로부터 선택되며, 이는 하나 이상의 하이드록실, 아미드, 에테르, 및 이들의 조합으로 선택적으로 치환될 수 있다.
  25. 제21항에 있어서, 상기 하이드록실 작용성 실리콘-함유 성분은 화학식 LI에 나타낸 바와 같은 모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산(OH-mPDMS)(여기서, n은 4 내지 30, 4 내지 8 또는 10 내지 20임); 및 화학식 LII 내지 화학식 LVI에 나타낸 바와 같은 화학 구조를 갖는 폴리다이메틸실록산{여기서, n은 4 내지 30, 4 내지 8 또는 10 내지 20이고; n1, n2, 및 n3은 독립적으로 4 내지 100; 4 내지 50; 4 내지 25이고; R5는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬 기(이는 하나 이상의 하이드록실, 아미드, 에테르로 선택적으로 치환될 수 있음), 화학식 CfHg(OH)h(여기서, f는 1 내지 8이고 g+h = 2f+1임)를 갖는 직선형 또는 분지형 C1 내지 C8 기, 및 화학식 CfHg(OH)h(여기서, f는 1 내지 8이고 g+h = 2f-1임)를 갖는 환형 C1 내지 C8 기로부터 선택되는 폴리하이드록실 기, 및 이들의 조합으로부터 선택되거나; 또는 R5는 메틸, 부틸, 또는 하이드록실 치환된 C2-C5 알킬(이는 하이드록실 에틸, 하이드록실 프로필, 하이드록실 부틸, 하이드록실 펜틸 및 2,3-다이하이드록시프로필을 포함함)로부터 선택될 수 있음}, 및 화학식 LVII 및 화학식 LVIII의 폴리카르보실록산(여기서, a는 4 내지 100 또는 4 내지 8이고, R1 및 R5는 상기에 정의된 바와 같음)을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
    [화학식 LI]
    Figure pct00116

    [화학식 LII]
    Figure pct00117

    [화학식 LIII]
    Figure pct00118

    [화학식 LIV]
    Figure pct00119

    [화학식 LV]
    Figure pct00120

    [화학식 LVI]
    Figure pct00121

    [화학식 LVII]
    Figure pct00122

    [화학식 LVIII]
    Figure pct00123
  26. 제23항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 약 20 내지 약 40 중량%의 상기 하이드록실 작용성 실리콘-함유 성분을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  27. 제15항에 있어서, 적어도 하나의 실리콘-함유 가교결합제를 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 약 4 내지 약 15 중량%, 또는 약 5 내지 약 10 중량%의 상기 실리콘-함유 가교결합제를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  29. 제26항에 있어서, 상기 실리콘-함유 가교결합제는 화학식 LXI 내지 화학식 LXXII의 구조를 갖는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 LXI]
    Figure pct00124

    [화학식 LXII]
    Figure pct00125

    [화학식 LXIII]
    Figure pct00126

    [화학식 LXIV]
    Figure pct00127

    [화학식 LXV]
    Figure pct00128

    [화학식 LXVI]
    Figure pct00129

    [화학식 LXVII]
    Figure pct00130

    [화학식 LXVIII]
    Figure pct00131

    [화학식 LXIX]
    Figure pct00132

    [화학식 LXX]
    Figure pct00133

    [화학식 LXXI]
    Figure pct00134

    [화학식 LXXII]
    Figure pct00135

    상기 식에서,
    n은 1 내지 200, 50 내지 150, 50 내지 100, 또는 10 내지 50이다.
  30. 제15항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드는 화학식 XV를 갖는, 실리콘 하이드로겔:
    [화학식 XV]
    Figure pct00136

    상기 식에서,
    R7은 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기, 벤질 또는 페닐로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 비치환되거나 하이드록실, 아미노와 같은 추가의 작용기로 치환될 수 있다.
  31. 제28항에 있어서, 상기 N-알킬 메타크릴아미드는 N-메틸 메타크릴아미드인, 실리콘 하이드로겔.
  32. 제15항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 20 내지 약 80 중량% 또는 30 내지 60 중량%의 상기 실리콘-함유 성분을 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  33. 제15항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 7 중량% 내지 약 30 중량%, 약 7 중량% 내지 약 25 중량% 또는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%의 상기 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  34. (a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드 및 적어도 하나의 하이드록실 작용화된 실리콘-함유 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 100 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스 및 약 9 내지 약 40%의 물 함량을 갖는, 실리콘 하이드로겔.
  35. 제34항에 있어서, 상기 모듈러스는 약 100 내지 약 100,000 psi 또는 약 1000 내지 약 100,000 psi인, 실리콘 하이드로겔.
  36. 제34항에 있어서, 상기 물 함량은 약 20 내지 약 40%인, 실리콘 하이드로겔.
  37. 제1항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 5 내지 약 50 중량%, 약 7 내지 약 30 중량%, 약 7 내지 약 25 중량% 또는 약 7 내지 약 20 중량%의 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  38. 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드, 적어도 하나의 실리콘-함유 성분 및 적어도 약 2 중량%, 또는 적어도 5 내지 15 중량%의 적어도 하나의 가교결합 성분을 포함하는 반응성 혼합물로부터 형성되는, 실리콘 하이드로겔.
  39. (a) 반응성 혼합물로부터 형성되는, 약 20,000 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스 및 약 10 내지 약 40%의 물 함량을 갖는 실리콘 하이드로겔로서,
    상기 반응성 혼합물은
    (a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드,
    (b) 적어도 하나의 가교결합 성분
    적어도 하나의 부피가 큰(bulky) 실리콘-함유 성분을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 부피가 큰 실리콘-함유 성분은 트리스(트라이메틸실록시)실릴스티렌, 3-트리스(트라이메틸실록시)실릴프로필 메타크릴레이트, N-[3-트리스(트라이메틸실록시)실릴]-프로필 아크릴아미드, 2-하이드록시-3-[3-메틸-3,3-다이(트라이메틸실록시)실릴프로폭시]-프로필 메타크릴레이트, 및 다른 부피가 큰 실리콘 단량체, 예컨대 화학식 VI 내지 화학식 XIV의 것들(여기서, R6은 독립적으로, 1 내지 8개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 분지형, 또는 환형 알킬 기이거나, 또는 트라이메틸실록시 기임)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
    [화학식 VI]
    Figure pct00137

    [화학식 VII]
    Figure pct00138

    [화학식 VIII]
    Figure pct00139

    [화학식 IX]
    Figure pct00140

    [화학식 X]
    Figure pct00141

    [화학식 XI]
    Figure pct00142

    [화학식 XII]
    Figure pct00143

    [화학식 XIII]
    Figure pct00144

    [화학식 XIV]
    Figure pct00145
  40. 제39항에 있어서, 상기 부피가 큰 실리콘-함유 성분은 트리스(트라이메틸실록시)실릴스티렌인, 실리콘 하이드로겔.
  41. 제39항에 있어서, 적어도 하나의 하이드록실-함유 실리콘 성분을 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  42. 제1항에 있어서, 적어도 약 10%, 또는 약 10 내지 약 40%의 물 함량을 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  43. 반응성 혼합물로부터 형성되는 실리콘 하이드로겔로서,
    상기 반응성 혼합물은
    a) 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드;
    b) 적어도 하나의 하이드록실-함유 실리콘-함유 성분;
    c) 적어도 하나의 습윤제;
    d) 적어도 하나의 하이드록시알킬 단량체; 및
    e) 적어도 하나의 가교결합제를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  44. 제43항에 있어서, 모듈러스가 최대 약 200,000 psi, 약 1,000 psi 내지 약 100,000 psi, 약 10,000 psi 내지 약100,000 psi인, 실리콘 하이드로겔.
  45. 제43항에 있어서, 약 20 내지 약 40 중량%의 물 함량을 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  46. 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 상기 반응성 혼합물 중의 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 1 내지 약 50 중량%의 적어도 하나의 N-알킬 메타크릴아미드를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  47. 제39항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 상기 반응성 혼합물 중의 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 1 내지 약 20 중량%, 또는 약 5 내지 약 15 중량%의 친수성 단량체를 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  48. 제47항에 있어서, 상기 친수성 단량체는 N-비닐 피롤리돈(NVP), N-비닐-2-피페리돈, N-비닐-2-카프로락탐, N-비닐-3-메틸-2-카프로락탐, N-비닐-3-메틸-2-피페리돈, N-비닐-4-메틸-2-피페리돈, N-비닐-4-메틸-2-카프로락탐, N-비닐-3-에틸-2-피롤리돈, N-비닐-4,5-다이메틸-2-피롤리돈, N-비닐 아세트아미드(NVA), N-비닐-N-메틸아세트아미드(VMA), N-비닐-N-에틸 아세트아미드, N-비닐-N-에틸 포름아미드, N-비닐 포름아미드, N-비닐-N-메틸프로피온아미드, N-비닐-N-메틸-2-메틸프로피온아미드, N-비닐-2-메틸프로피온아미드, N-비닐-N,N'-다이메틸우레아, 1-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-메틸-5-메틸렌-2-피롤리돈, 5-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈; 1-에틸-5-메틸렌-2-피롤리돈, N-메틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 5-에틸-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-N-프로필-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-N-프로필-5-메틸렌-2-피롤리돈, 1-아이소프로필-3-메틸렌-2-피롤리돈, 1-아이소프로필-5-메틸렌-2-피롤리돈, N-비닐-N-에틸 아세트아미드, N-비닐-N-에틸 포름아미드, N-비닐 포름아미드, N-비닐 아이소프로필아미드, N-비닐 카프로락탐, N-카르복시비닐-β-알라닌(VINAL), N-카르복시비닐-α-알라닌, N-비닐이미다졸, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔,
  49. 제47항에 있어서, 상기 친수성 단량체는 N,N-다이메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 비닐 메트아세트아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  50. 제43항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하이드록시알킬 단량체는 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트(HEMA), 3-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 3-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 1-하이드록시프로필 2-(메트)아크릴레이트, 2-하이드록시-2-메틸-프로필 (메트)아크릴레이트, 3-하이드록시-2,2-다이메틸-프로필 (메트)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴아미드, N-(2-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, N,N-비스(2-하이드록시에틸) (메트)아크릴아미드, N,N-비스(2-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, N-(3-하이드록시프로필) (메트)아크릴아미드, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴아미드, 글리세롤 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  51. 제47항에 있어서, 상기 친수성 단량체는 N, N-다이메틸 아크릴아미드(DMA), N-비닐피롤리돈(NVP), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), N-비닐 메트아세트아미드(VMA), 및 N-비닐 N-메틸 아세트아미드(NVA), N-하이드록시프로필 메타크릴아미드, 모노-글리세롤 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴아미드, 2-하이드록시에틸 메타크릴아미드, 비스하이드록시에틸 아크릴아미드, 2,3-다이하이드록시프로필 (메트)아크릴아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  52. 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 적어도 하나의 습윤제를 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  53. 제52항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 상기 반응성 혼합물 중의 모든 반응성 성분들을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량%, 또는 4 중량% 내지 약 12 중량%의 내부 습윤제를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  54. 제38항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성 혼합물은 약 1 내지 약 10 중량%의 가교결합제를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  55. 제54항에 있어서, 상기 가교결합제는 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(EGDMA), 다이에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이메타크릴레이트(TMPTMA), 테트라에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(TEGDMA), 트라이알릴 시아누레이트(TAC), 글리세롤 트라이메타크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이메타크릴레이트; 2,3-프로판다이올 다이메타크릴레이트; 1,6-헥산다이올 다이메타크릴레이트; 1,4-부탄다이올 다이메타크릴레이트, 메타크릴옥시에틸 비닐카르보네이트(HEMAVc), 알릴메타크릴레이트, 메틸렌 비스아크릴아미드(MBA), 폴리에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트(여기서, 상기 폴리에틸렌 글리콜은 바람직하게는 분자량이 최대 5,000 달톤임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비-실리콘 가교결합제를 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  56. 제54항에 있어서, 상기 가교결합제는 화학식 LXI 내지 화학식 LXXII로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 실리콘 가교결합제를 포함하며, 여기서 n은 1 내지 200이며, 바람직하게는 n은 50 내지 150, 더 바람직하게는 50 내지 100이며, 가장 바람직하게는 n은 10 내지 50인, 실리콘 하이드로겔.
    [화학식 LXI]
    Figure pct00146

    [화학식 LXII]
    Figure pct00147
    [화학식 LXIII]
    Figure pct00148

    [화학식 LXIV]
    Figure pct00149

    [화학식 LXV]
    Figure pct00150

    [화학식 LXVI]
    Figure pct00151

    [화학식 LXVII]
    Figure pct00152

    [화학식 LXVIII]
    Figure pct00153

    [화학식 LXIX]
    Figure pct00154

    [화학식 LXX]
    Figure pct00155

    [화학식 LXXI]
    Figure pct00156

    [화학식 LXXII]
    Figure pct00157
  57. 제1항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 습윤제는 하이드록실 기와 회합할 수 있는 펜던트 환형 또는 비환형 아미드 기를 포함하는 환형 및 비환형 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  58. 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 습윤제는 PVP, PDMA, PVMA, 및 이들의 공중합체 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  59. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 강인화제를 추가로 포함하는, 실리콘 하이드로겔.
  60. 제59항에 있어서, 상기 강인화제는 메틸 메타크릴레이트, tert-부틸 메타크릴레이트, 아이소보르닐 메타크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, 스티렌, 치환된 스티렌, N-4-비닐벤질-N-알킬 아세트아미드, N-4-비닐벤질 피롤리돈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실리콘 하이드로겔.
  61. 제1항 내지 제60항 중 어느 한 항의 실리콘 하이드로겔을 포함하는, 콘택트 렌즈.
  62. 중심 영역 및 주변 영역을 포함하는 복합 콘택트 렌즈로서,
    상기 중심 영역은 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항의 제1 실리콘 하이드로겔을 포함하고, 상기 주변 영역은 상기 중심 영역보다 더 낮은 모듈러스를 나타내는 제2 실리콘 하이드로겔을 포함하는, 복합 콘택트 렌즈.
  63. 제62항에 있어서, 상기 중심 영역은 약 10,000 psi 내지 약 200,000 psi의 모듈러스를 나타내고, 상기 주변 영역은 약 50 psi 내지 약 300 psi의 모듈러스를 나타내는, 복합 콘택트 렌즈.
  64. 제62항에 있어서, 상기 제1 및 제2 실리콘 하이드로겔은 물 함량을 서로의 약 5 중량% 이내로 포함하는, 복합 콘택트 렌즈.
  65. 제62항에 있어서, 상기 중심 영역은 상기 주변 영역에 의해 봉입되는, 복합 콘택트 렌즈.
  66. 복합 콘택트 렌즈의 제조 방법으로서,
    (a) 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항의 제1 실리콘 하이드로겔 제형을 제1 금형 내로 투입하는 단계,
    (b) 상기 제1 실리콘 하이드로겔 제형을 겔로 부분 경화시키는 단계,
    (c) 제2 실리콘 하이드로겔 제형을 상기 제1 금형 내로 투입하는 단계,
    (d) 상기 제2 실리콘 하이드로겔 제형이 상기 겔 내로 흡수되는 시간을 허용하는 단계,
    (e) 제2 금형을 상기 제1 금형의 상부에 배치하는 단계, 및
    (f) 결합체를 완전 경화시켜 상기 복합 콘택트 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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