KR840002487B1 - 콜라겐 콘택트렌즈 - Google Patents

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내용 없음.

Description

콜라겐 콘택트렌즈

본 발명을 섬유 콜라겐 또는 가용성 콜라겐과 섬유콜라겐의 혼합물로 제조된 콜라겐겔(collagen gel)로된 연질 콘택트렌즈에 관한 것이다. 특히 본 발명의 한가지 특징에 따라 제조되는 연질 콘택트렌즈는 렌즈모양으로 만든후 탈지된 섬유 콜라겐겔(콜라겐 1.0- 30wt%으로 된 겔)을 교차결합시켜 만든 것이다. 또 다른 특징에 따라 제조되는 연질 콘택트렌즈는 렌즈 모양으로 만든후 탈지된 섬유 콜라겐과 탈지된 가용성 콜라겐의 혼합물로서 콜라겐함량에 1.0 30.0wt%인 겔을 교차 결합시켜 만든 것이다.

일반적으로 렌즈는 콜라겐과 물만으로 되어 있다. 콜라겐은 척추동물의 체단백질 전체의 약 20-30%를 차지하는 것으로서 섬유상 단백이며 기타 단백질과 세포의 지지조직으로서의 주로 기능을 한다. 이것은 몸 전체에 걸쳐 존재하지만 특히 피부, 힘줄 및 뼈에 많이 있다.

콜라겐은 여러가지 방법으로 이들 조직으로 부터 회스되는데 가장 오래된 방법은 수중에서 조직을 끓여 일부 콜라겐을 변성시켜 냉각시킴으로서 공지의 젤라틴을 만드는 것이다. 그러나 생체물질로서 사용하자면 기본 고정삼중 나사선 구조(트로포콜라겐)를 파괴함이 없이 천연 그대로의 상대로 콜라겐을 회수해야 한다.

미변성 천연콜라겐을 회수하는 데는 두가지 방법을 사용 하는데, 즉(가)산, 염기, 염중에서 콜라겐을 용해하던지 콜라겐이 사실상 용해되는 효소 소화에 의해 용해시키는 방법과, (나) 잘게 저며 빻은 콜라겐 원료에 염을 작용시켜 분산물을 만들고 이 분산물로부터 원심분리에 의해 고체를 회수하므로서 대개 미용해된 고체 섬유형태로 추출하는 방법이다. 이들 용액법과 추출법은 모두 콜라겐 기술에서 알려져 있는 것이다.

콜라겐에 대한 화학, 분자구조 및 생화학적인 성질은 이미 알려져 있는데 최근 논문(Annual Reviw of Biophysics and Bioengineering, vol. 3, p. 231-253, 1974)에는 이에 관한 것이 많이 나와 있다.

콘택트렌즈는 25여년동안 상품으로서 알려져 있다. 콘택트렌즈는 자연에는 존재하지 않는 화학적으로 합성한 물질로 만들었다. 그예를들자면 대부분의 초창기 콘택트렌즈는 폴리메틸메타아크릴레이트 또는 이것의 화학적인 개질에 의해 만들었고 또한 히드록시에 틸메타아크릴레이트, 센룰로오스아세테이트 부티레이트, 실리콘 등으로부터 제조하였다. 본 발명인들이 알고 있는 한 천연에서 나오는 동물성 재료, 특히 각막 같은 눈의 요소가지닌 생리학적이고도 면역학적인 성질을 가진 재료로 렌즈를 만들일은 아직까지 없었다. 콘택트렌즈에 관한 현황은 근래의 논문["A Contact Lens Update"-Contact Lens Forum, p. 16-23(1976년 5월)]을 보면 알 수 있다.

영국특허 명세서 제1,568,136호에 보면 재생되고 가용성이며 텔로펩티드(telopeptid)가 부족하며 탈지된 콜라겐, 특히 효소가용성인 콜라겐으로 부터 만든 콜라겐을 원료로하여 제조한 콜라겐 겔 콘택트렌즈에 대해 상술하고 있다.

본 발명인들은 강도가 개선되었고 세균저항성이 개선된 연질 콘택트렌즈를 정제된 섬유 콜라겐 또는 섬유 콜라겐-가용성콜라겐 혼합물로 부터 제조한 것이다. 위에나온 개선된 성질은 내구성이 큰 중요한 가지를 가진 것이다. 적합한 섬유 콜라겐은 소고기다리 힘줄로 만든 섬유콜라겐이며 적합한 이것과의 혼합물로 쓸 수 있는 가용성 콜라겐은 효소 가용성형의 것이다. 힘줄 콜라겐은 비교적 순수하며 특질이 보다 견고하게 교차 결합되므로 분해에 대한 저항성이 큰 것이다. 반면에 효소 가용화에 의해 추출 콜라겐의 수득율이 훨씬 커짐과 동시에 뮤코 다당류, 당류 및 기타 오염성 단백질 같은 불필요한 체질과 텔로펩티드를 소화하게 된다.

본 발명인들이 발견한 반에 의하면 섬유 콜라겐과 섬유 콜라겐 -가용성 콜라겐 겔혼합물은 가용성 콜라겐 겔 단독일 때 보다 훨씬 큰 세균저항성을 가진다는 점이다. 이러한 겔을 사람이 사용할 수 있는 콘택트렌즈로 만들 경우 중요성을 가지게되는 차이점은 방사선 또는 화학적인 수단에 의해서된 추가적인 교차 결합에 노즐이 될 경우 천연 섬유 콜라겐의 교차결합성이 큰 것과 분해저항성이 있다는데 기인하는 것이다.

만일 방사선에 의한 교차결합이 가혹하다면 생성된 콜라겐겔과 이것으로 만든 렌즈는 세균성장이 되기 쉽고 어떤 경우에 있어서는 세균에 의해 파괴 또는 액화된다. 콜라겐 분자의 삼중 나사선 구조의 결합은 가혹한 조사교차결합조건하에서 파괴가 되어 세균원의 단백질 분해 효소의 작용을 받기 쉬운 자리가 발생한다.

콜라겐을 성제 된 것으로 말할 때는 점성이 있는 용액으로 전환하기전에 콜라겐을 회수단계 또는 그 후에 처리하여 톨레펩티드, 당류, 뮤코 다당류 및 기타 오염성 단백질을 제거한 것을 의미하는 것이다. 더욱이 회수된 콜라겐은 비교적 지질과 지방이 없어야 하는데 이렇게 하자면 탈지질용 및 탈지용 용매로 처리하는 것이 좋다. 어떠한 것이던 간에 대부분의 동물성 콜라겐에는 최소한 소량의 지방이 있는데 탈지된 것이거나 지방이 없는 것이거나 지방이 부족한 것을 사용함에 있어서 하등의 차이가 없다.

섬유 콜라겐과 가용성 콜라겐으로 된 혼합물로 콜라겐 렌즈를 제조할 때 콜라겐 혼합물중의 각 성분의 량은 중요성이 없다. 섬유와 가용성 콜라겐의 비율은 10 : 1-1 : 10의 범위에 있으며 중량으로는 40-60, 60-40wt.% 범위로 하는 것이 좋다.

[원료에서 콜라겐의 회수]

콜라겐 공급원, 즉 피부, 힘줄, 가죽등으로부터 가용성 콜라겐 또는 원섬유 콜라겐을 얻는 방법은 중요한 것이 아니며 특수한 조직과 적용방법을 선택하는데 융통성이 있다. 예를들자면 조직의 특성에 관계 없이 가용성 콜라겐을 제조할 때는 효소 추출법을 사용한다.

[(가) 가용성 콜라겐]

천연 콜라겐의 대부분은 불용성이지만 아세트산 같은 묽은산이나 NaOH 같은 염기 및 NaCl 같은 묽은 염 용액에서는 용해된다. 이런것들은 거의 모두가 비교적 낮은 수득율로 얻게된다. 이들 방법은 콜라겐 추출법에서는 공지로 되어 있다. 혼합 콜라겐 겔 렌즈용의 가용성 콜라겐을 제조할 수 있는 보다 좋은 방법으로서 효소 추출법을 사용하므로서 그 효과가 았는데 이 추출 방법에 대해서는 다음과 같이 상술할 수 있다.

[(1) 산 추출법]

송아지 가죽 같은 어린 동물의 콜라겐 조직중에는 약 1-2% 정도의 산 가용성 콜라겐이 있는데 이 콜라겐을 추출하자면 0.1 아세트산 같은 pH2-4의 산성 용액이나 pH3.6인 0.15M 시트르산 완충액으로 추출한다. 그러나 이 방법은 콜라겐의 수득율이 극히 작으므로 경제적인 가치는 없다.

[(2)염기 추출법]

가죽의 진피층(眞皮層)을 0.2M 모노메틸아민과 15% 황산나트륨을 함유한 4% NaOH중에 실온에서 10-15일간 침지한 후 물로 세척하여 염기를 제거하고 0.1N 아세트산-0.1M NaCl, pH2.8중에서 교반하며 추출한다. 거의 모든 가죽은 용해되고 점성 용액이 얻어진다.

이 콜라겐은 pH를 4-5까지 올려주면 침전하는데 이것을 원심분리하여 모아서 물로 세척한다. 에탄올로 탈수 한 후 콜라겐을 에탄올-에테르(1 : 1)로 처리하여 지방을 제거한다. 공기 건조한 후 콜라겐을 pH2-4의 산성용액에 용해하고 기공크기가 0.65μ인 미공 거르게(millipore filter)로 여과한다. 콜라겐을 pH4-5에서 침전시키고 원심분리하여 모은다. 최종적으로 pH2-4인 산성 매체중에서 4-10% 콜라겐 겔을 제조하여 렌즈제조에 사용한다.

[(3)염 추출법]

묽은 NaCl 용액 같은 염 용액을 처리하여 조직으로부터 콜라겐을 추출할 수 있으나 수득율은 산 추출의 경우와 같이 작으므로 이 방법을 추천할만한 것은 되지 못한다.

[(4) 효소 추출법]

앞에 나온 이유로 해서 용액법에 의해 콜라겐을 회수하는 방법에는 효소추출이 적합하다. 깨끗한 제모(除毛)된 가죽을 사용하기 좋은 크기로 절단하여 단백질분해 효소(콜라겐 나아제 이외에) 존재하에 산성화된 물속에서 슬러리로 만든다. 적합한 효소로는 펩신, 트립신, 프로나아제, 프록타아제 등이 있다. 이 소화 처리에서 두가지 부분이 나오는데 한가지는 불용성 고체 부분으로 이것은 버린다. 다른 한가지는 용액 또는 가용성 부분인데 이것을 다음과 같이 사용한다. 즉 용액의 pH를 약 10.0 정도로 하여 잔존하는 활성효소를 변성시킨후 pH 약 6.0-7.0 으로 중화시킨다.

"아 텔로콜라겐(atelocollagen)"은 이 pH에서 소화된 텔로펩티드 및 기타 오염성 단백질, 당류, 등을 침전시킨다. pH2-3에서 반복 가용화시킨 후 pH6-7에서 재침전시키므로서 아텔로콜라겐을 다시 정제하는 것이 보통이다. 회수된 콜라겐을 에탄올로 세척하여 용매 탈지법에서 나온 과잉량의 물과 지질을 제거한다. 에탄올-에틸 에테르(1 : 1) 혼합물로 콜라겐을 처리하여 탈지하고 치이즈클로오드(cheescloth) 여과에 의해 점성이 있는 고체로 회수한 다음 공기건조하고 pH 약 3.0의 산성화된 물속에서 가용화하여 겔로 전환시킨다.

(나) 섬유 콜라겐

액상 매체중에 콜라겐을 분산시켜 섬유형태의(거의가 용해된 것은 아님) 천연 콜라겐을 회수하는데 원심분리같은 방법에 의해서도 회수가 된다. 피부나 뼈에서 얻은 것과는 달리 동물성 힘줄이나 가죽으로 부터 섬유 콜라겐을 회수하는 경우가 보통이다. 예로서 특수한 "마이크로컷(micro-cut)" 기계로 힘줄을 발겨서 썰어 균질화하여 각각의 희줄 섬유를 분리한다. 힘줄 가공 도중 물을 가하여 섬유가 분산되게 한다. 이 산물을 묽은 염용액(5% NaCl)으로 반복세척한 후 원심분리하여 콜라겐 섬유를 회수한다. 이 섬유를 물로 세완하여 염을 제거하므로서 효소처리에 사용할 수 있다.

분산물은 판크 레아틴 효소로 처리하며 이것은 섬유를 에워싸고 있는 것으로서 이 섬유를 결속하고 있다. 위에 나온 바와 같이 기타 불필요한 성분을 효소처리 과정도중 소화시키는 데, 이 처리 조건은 pH 약 7-8에서 실온에서 처리하며 효소 농도는 건조 콜라겐 중량에 대해 0.5wt.%로 한다. 원심분리에 의해 콜라겐 섬유를 회수한 후 묽은 염수용액으로 세척하고 마지막에는 탈지시킨 후 수세하다. 생성물을 탈지 용매로부터 회수하고 공기중에서 건조하여 분말로 만든뒤, 묽은 HCl로 또는 시트르산(pH 약 2-3) 중에서 1-3% 농도에서 팽윤 시킨다. 제유로부터 미세한 콜라겐 원섬유로 전환시켜 이원섬유로부터 렌즈를 만듬에 있어서 모르타르작용에 의해 섬유를 균질화하여 투명하게 되면 생성물은 투명한 점성이 있는 주입성형이 가능한 분산물로 된다.

힘줄 콜라겐에서와 같이 가죽콜라겐을 처리하여 섬유를 제조하지만 이렇게 하자면 털부분과 육질부분을 절단하여 진피층(眞皮層)만을 사용한다. 섬유 콜라겐은 인장강도가 크며 천연적으로 교차결합정도가 크기 때문에 분해됨이 없이 정제가 가능하고, 특히 효소작용이 완만하며 가공처리시의 교차결합 작업에 있어서 효소처리 조작도중에도 정제가 가능하다.

실제적으로 송아지나 늙은 동물의 콜라겐에는 다소간 지방과 지진이 함유되어있는데 이것들은 렌즈 제조에 적합한 투명한 콜라겐겔을 얻기전에 제거해야 한다. 대부분의 지방질은 절단 또는 스크레이핑(scraping)에 의해 가죽, 힘줄 등과 같은 것을 동물질로부터 제거한 후 가용화 또는 추출 등의 공정을 시작한다. 이 과정에서 그 다음과 정에 소요되는 지방용매 추출단계가 절약된다. 지방과 지질을 콜라겐겔의 투명성을 저해하지 않을 정도로 제거해야 한다. 일반적으로 경비가 소요되고 해가되는 용매추출과정을 국소화하기 위한 단계를 취해야 하지만 지방이 부족한 콜라겐 겔의 경우에 있어서는 지방이 부족한 콜라겐 원료에서 제조한 것이던 지방과 지질의 물리적 내지 화학적 추출에 기한 것이던 간에 겔형성 및 교차결합 이전 임의의 단계에서 수행된 모든 콜라겐겔을 포함하는 것이된다.

콜라겐(가용성이거나 섬유거나 간에)중에는 구조중에 NH₂기와 COOH 기가 많이 있으며 분자를 화학적으로 변화시킬 수 있다. 즉 모든 아미노기 또는 일부 아미노기를 아세트산 무수물과 아세트산의 혼합물과 반응시켜 아세탈화 시키는데 숙신산 무수물 같은 기타 무수물과 반응시켜도 된다. 분자중에 있는 일부 또는 모든 카르복시기를 산성화된 알코올, 즉 메탄올, 에탄올 같은 수용성 지방족 알코올과 반응시켜 에스테르화 한다.

위의 반응에 있어서 콜라겐의 등전점을 (+) 또는 (-) 또는 거의 완전히 중성이 되게 조절할 수 있다.

우수한 콜라겐 콘택트렌즈는 교차 결합전에 숙시닐화 및 메틸화시킨 콜라겐으로 만든 것이다.

콜라겐 농도 범위가 1-30wt.%인 겔을 사용하여 섬유 콜라겐 또는 섬유 콜라겐-가용성 콜라겐 제조에 이용할 수 있지만 적합한 농도 범위는 1-20%이고 나머지가 물일 경우이다. 일반적으로 섬유 콜라겐으로 만든 겔은 동일한 콜라겐 농도의 가용성 콜라겐으로 만든 겔 보다 물리적인 강도가 훨씬 크다. 따라서 콜라겐 농도를 작게하고 물의 함량을 크게하여 소요의 특성을 상실할 우려없이 섬유 콜라겐 겔렌즈를 만들 수 있다.

겔의 콜라겐 함량이 약 15-20% 이상으로 상회하게 되면 재료는 고무같이 되어 취급하기 어렵게 된다.

수분함량이 큰 콜라겐 연질 콘택트 렌즈는 보다 유연성이 있고 산소확산이 우수하며 내마모성에도 융통성을 가진다. 그러나 일반적으로 렌즈의 기계적 강도는 수분함량이 작을 수록 개선된다.

[교차결합]

가용성 투명 콜라겐의 교차결합은 분자를 안정시키기 위해서 필요하다. 교차결합은 감마선이나 자외선 조사나(질소분위기하에서 하면 좋음) 가열, 건조 또는 단순 숙성들의 방법으로 가능하다. 질소 분위기는 공기보다 좋은데 그 이유는 질소가 있으면 콜라겐의 교차 결합이 증가됨과 아울러 콜라겐의 파괴속도를 낮은 수준으로 유지할 수 있기 때문이다.

포름알데히드, 글루타르알데히드, 글리옥살, 아크론레인, 디알데히드-녹말 같은 어떤 화학약품이나 크롬산 같은 유제용(

製用)산으로 처리해도 교차결합이 일어난다. 콜라겐의 교차결합 메카니즘은 공지로 되어 있으며 여러가지 문헌에도 나와 있다. 본 발명에 따라서 연질 콘텍트 렌즈를 제조하기 위한 적합한 교차결합방법은 교차결합이 되는 콜라겐의 종류에 따라 좌, 우된다.

조사(照射) 방법은 어떤 경우에 있어서 화학처리법보다 좋은데 그 이유는 조사방법에 의해 콜라겐 겔 구조속으로 독성이 있는 이물질이 침입할 우려가 없기 때문이다. 감마선 조사의 효능은 겔의 콜라겐농도, 조사분위기 및 조사량과 함수관계에 있다. 예를 들자면 공기 존재하에 감마선 조사를 하면 콜라겐 분자가 손상을 입게되고(이것은 삼중나사선중의 결합이 파괴되기 때문이라고 생각됨) 이와 동시에 교차결합이 도입된다. 질소 존재하게 조사를 하면 이러한 파괴가 최소로 억제되고, 교차 결합에 의해 겔 안정성이 증가된다. 적정 조사량은 콜라겐 농도에 따라 결정된다. 1시간당 82K 라드(rad)의 선량률(線量率)로 500-900K 라드를 조사하면 5% 콜라겐 겔속으로 충분한 교차결합이 도입되지만 질소분위기 하에서 5% 콜라겐 겔에 대해서는 1200-1600K 라드의 조사량으로 해야 된다.

화학적으로 개질된 콜라겐도 원섬유 또는 가용성 콜라겐 렌즈 재료 및 천연 콜라겐으로(화학적 개질이 됨이 없이) 사용할 수 있다. 천연 콜라겐은 산성 pH에서 용해되므로 pH4.0정도이하에서만 투명 겔이 얻어진다. 이 겔로 만든 렌즈 재료를 중화시켜야 한다. 한편으로 숙시닐화 된 콜라겐 또는 메틸화된 콜라겐 같은 화학적으로 개질된 콜라겐은 생리학적인 조건(pH6-8)하에서 용해하며 렌즈재료의 중화처리는 필요가 없다. 교차결합의 효과는 천연 콜라겐 및 화학적으로 개질된 콜라겐에 대해서는 유사하다.

조사에 의해 교차결합시킬 경유 성형이 된 렌즈의 성형틀에서 조사를 하는 것이 좋다. 화학적인 교차결합 수단을 이용할 경우에는 렌즈성형 공정 도중 교차결합을 시킨다. 예를들자면 pH6.2의 콜라겐을 원심분리(4000rpm 에서 60분간)하여 탈기한다. 10% 아크롤레인용액이나 0.1M 시트르산염, pH6.2 같은 교차 결합체를 콜라겐 : 아크롤레인 = 1 : 0.067(건조기준)의 비율로 겔과 혼합하고 다시 4000rpm에서 약 10-20분간 원심분리하여 탈기한 겔을 렌즈모양으로 성형한 후 약 16시간 동안 냉방에서 서서히 반응시켰다가 최후에 실온에서 10시간 반응시켰다. 렌즈를 0.1M 시트르산염 용액, pH6.2으로 세척하고 이어서 pH7.0의 인산염 완충액으로 세척한 후 마지막으로 식염액으로 세척하여 과잉의 교차결합제를 제거하였다.

[신규의 중합체 함유 렌즈]

우수한 렌즈는 수용성 유기질 중합체를 50% 정도까지 함유하되 여러가지 량으로 변화시켜 첨가한 콜라겐 겔을 성형한 후 교차결합시켜서 된 렌즈이다. 이 방법은 콜라겐 겔이나 가용성 또는 섬유 콜라겐이나 이들의 혼합물에도 적용된다.

물리적인 강도가 개선되고 생물학적인 안정성의 개선된(예 : 세균공격에 대한 저항성) 렌즈를 제조하자면 콜라겐에 최소한 한가지의 수용성 유기질 중합체, 즉 폴리히드록시 중합체를 첨가하여 만드는데, 여기에 사용되는 중합체로는 뮤코 다당류, 폴리비닐 알코올, 폴리히드록알킬 메타아크릴레이트, 카르복시 메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 카르복시 비닐중합체 등이다. 이 중합체의 콜라겐에 대한 첨가량은 대개 겔중의 콜라겐 중량의 1.0-100%이다. 적합한 첨가제로는황산 콘드로이틴, 히알루론산 같은 뮤코 다당류인데 이들은 비교적 순수한 상태로 구입할 수 있는 것이다. 적합한 첨가제의 농도는 특수한 첨가제에 따라 다르지만 일반적으로 겔중의 콜라겐 중량의 5-50%범위이다.

천연 콜라겐은 어떤 조건하에서 경우를 제외하고는 대개의 효소에 위한 공격을 거의 받지 않는다. 예외로는 폴리펩티드로 콜라겐을 환월시키는 효소콜라게나아제이다. 따라서 콜라겐 겔을 될수 있는 한 분해되지 않게 하는 것이 중요하다. 겔의 교차 결합은 분자구조의 물리적인 강화를 위해 오래동안 진행됨과 동시에 단백질 분해 효소의 공격에 대하여 렌즈를 안정화시킨다. 본 발명에 의한 수용성의 유기질 폴리히드록시 중합체를 첨가하여 콜라겐분자를 보호하면 안정성이 추가된다.

세균은 콜라겐 물질을 소화시키는 각종 효소를 생성한다. 이 세균의 가장 활성적인 것은 슈우도모나스에루지노사(Pesudomonas Aeruginisa)이다. 이 세균으로 감염된 인간의 각막은 수시간내에 파괴되며 즉시 발견이 되지 않고 아무리 숙련된 치료를 한다해도 소용이 없다. 슈우도오나스 에루지노사균주를 진하게 현탁시킨대서 콜라겐 렌즈를 배양하여 그 효과를 보므로서 단백질 분해 효소에 의한 공격에 대한 안정성을 판단할 수 있다. 이 시험에 있어서 세균의 농도를 렌즈가 인간에게 정상적인 활용을 할 수 있는 정도보다 더한 조건하에서 사용한다. 실제로 이 균주의 진한 농도에 노출될 경우라 하더라도 적절히 제조되어 코차 결합된 모든 콜라겐렌즈는 인간의 각막 저항성에 대해 보고된 것 보다 더 큰 저항성을 나타내었다.

본 발명의 이러한 특징을 가진 첨가제가 이들 결과를 나타내는데 대한 메카니즘에 대해서는 본 발명인들은 알 수 없으나 첨가제가 콜라겐 분자의 스트랜드(strand)를 둘러싸기 때문에 미생물의 공격으로부터 보호하게되는 것이라고 믿고 있다. 적당한 생물학적인 성질을 가진 콜라겐 겔 렌즈를 제조함에 있어서 교차결합조건이 극히 중요하다.

조사량이 과다하다던가 조사시간이 너무 길다는 등의 교차결합 공정도중의 가혹한 조건하에서는 콜라겐 삼중 나사선 구조중에 어떤 파괴가 일어나는데 이러한 파괴는 효소 생성세균이 성장할 수 있는 핵생성위치가 되므로 해서 콜라겐 분자를 공격하여 결과적으로 겔의 액화가 일어나는 것으로 볼 수 있다. 또한 가능하다고 믿는 것은 본 발명에 의한 첨가제는 이러한 파괴를 방지하거나 설사파괴가 일어난다하더라도 세균원의 단백질 분해 효소의 작용을 받기쉬운 위치를 제공하지 않는다는 것이다.

본 발명에 의한 콜라겐 렌즈제조에 사용하기 적당한 겔은 가용성 콜라겐, 섬유 콜라겐 및 이들의 혼합물로 만들 수 있다. 적합한 겔은 지방과 지질을 제거하기 위해 처리되었고 텔로펩티드가 작으며 비교적 기타 오염성 단백질, 당류등이 없는 효소 가용성된 콜라겐으로 만든 것이다. 가용성 콜라겐과 섬유 콜라겐의 혼합물을 사용하여 겔을 제조할 때 가용성 콜라겐과 섬유 콜라겐의 비율은 중요성이 있는 것이 아니고 그 범위는 10 : 1-1 : 10이다. 그러나 혼합물의 경우는 50-50의 범위가 좋다.

본 발명에서 적합한 형태의 것은 렌즈 모양을 만들어 교차 결합시킨 콜라겐 겔로서 수용성 유기질 중합체가 0.1-30wt.%이고, 콜라겐이 1.0-30wt.%인 농도를 가진 겔로 만든 연질 콘택트 렌즈이다. 일반적으로 이 겔은 콜라겐, 중합체 및 물만으로 되어있다. 본 발명의 특징을 보면 다음과 같다.

1. 겔은 효소 가용성 콜라겐이다.

2. 렌즈모양으로 된 겔은 화학적으로 교차결합된다.

3. 렌즈모양으로 된 겔은 단계에서 조사를 받은후 다음 1단계에서 화학처리를 받는 2단계 공정에서 교차결합된다.

4. 겔중에는 뮤코다당류가 1.0-25wt.% 함유되어 있다.

5. 렌즈모양으로 된 겔은 글루타르알데히드로 교차결합된다.

6. 겔중에는 폴리비닐알코올이 1.0-25wt.% 함유되어 있다.

7. 렌즈모양으로 된 겔은 2단계로 아크롤레인으로 처리하여 교차결합된다.

본 발명에 의한 첨가제를 함유한 렌즈모양의 콜라 겐겔을 감마선 또는 자외선 조사나 화학적인 방법 또는 이들 두가지를 병용하므로서 교차결합시킬 수 있다. 화학적인 방법이 교차결합을 가장 제어할 수 있는 방법인데 조사법보다 조사법을 사용하면(감마선 또는 자외선 사용) 질소 분위기(공기와는 반대의 경우)에서 처리를 해야하며 조사량을 주의하여 조절하므로서 트로포콜라겐 상중 나사선 분자구조에 뜻하지 아니한 손상을 주지않게 해야 한다. 조사량은 겔중의 콜라겐 농도에 따라 좌우된다.

1시간당 80-85K 라드의 선량률로 500-900K 라드의 조사를 하면 5% 콜라겐 겔을 적절히 안정시킬 수 있는데 10% 겔같은 높은 농도의 겔에 대해서는 질소존재하에서 유사한 선량률에서 1200-1600K 라드 정도로 비례적으로 높은 조사량이나 장시간의 조사시간을 필요로 한다.

포름알데히드, 글루타르알데히드, 아크롤레인, 글리옥살, 디알데히드-녹말, 크롬산, 이관능성 시약(예 : 말레이미드 유도체), 할로겐화 알킬 및 아릴, 이소시아네이트등과 같은 것으로 콜라겐을 처리하여 화학적인 교차결합을 시킨다. 적절한 조건하에서 반응을 조절할 수 있고 교차 결합된 겔로부터 침출에 의해 훨씬 쉽게 제거될 수 있기 때문에 글루타르알데히드나 아크롤레인을 사용하는 것이 좋다.

렌즈모양의 겔 또는렌즈 성형틀 속에서 렌즈를 성형함과 동시에 교차결합시킨다. 대표적으로는 콜라겐 8.0wt.%와 뮤코다당류(황산콘드로인틴, Cal Bio-hem 사제품) 0.8%를 함유한 콜라겐 겔을 10% 아크롤레인 용액과 혼합하는 데이 따아 크롤레인과 콜라겐의 비율을 0.067 : 1로 한다. 이 혼합물을 4000rpm에서 1-20분간 원심분리하여 탈기시킨 후 렌즈성형틀에 넣었다. pH6.2(0.1M 시트르산염)에서 저온(20°)에서 6-7시간동안 교차 결합반응을 시켰다. pH6.2의 0.1M시트르산염 용액으로 세척한 후 pH7.0의 인산염 완충액으로 세척하고 최후로 식염액으로 세척하여 과잉의 교차결합제를 제거하였다.

감마선 조사장치(Gammator M형, Radiation Machinery Corporation Parrippany, New Jerrsey)로 조사를 하였다. 조사동안 렌즈 성형틀을 포함하는 유기용기는 비교적 입구가 넓고 구멍이 두개인 고무마개가 있는 표준 용기로서 공기제거와 질소교체를 할 수 있는 것이었다.

콜라겐 겔의 성형용 렌즈 성형틀은 놋쇠, 유리 및 플라스틱으로 만든 것이었다. 이 성형틀은 하부에 오목 부분과 상부에 볼록부분이 있다. 볼록부분의 표면은 성형틀을 밀폐시킬 경우 오목 부분의 표면에 도달하는데, 단 콜라겐렌즈의 소요 두께가 될 정도의 거리까지만 도달하게 되어 있다. 소요의 두께는 약 0.4mm이며 약 0.3mm로 하는 것이 좋다.

[신규의 폴리히드록시 화합물을 함유한 렌즈]

콜라겐 겔중에 수용성에 지방족 단량체인 폴리히드록시 화합물을 함유하는 극히 안정되며 고도의 투명성을 가진 콜라겐 겔 연질 렌즈를 성형 및 비교적 큰 pH(예 : 5.0-8.0)에서의 알데히드에 의한 교차 결합에 의해 제조할 수 있다. 이 렌즈는 특히 내마모성이 큰 것이다. 이 방법을 가용성 콜라겐 또는 섬유 콜라겐이나 이들의 혼합물로된 두가지 형식의 콜라겐 겔에 적용할 수 있다.

만족한 물리적 강도와 생물학적인 안정성(예 : 세균 공격에 대한 저항성)을 가진렌즈는 콜라겐 겔에다 최소한가지의 수용성 지방족 단량체인 폴리히드록시 화합물을 첨가한후 성형하고 알데히드처리에 의해 겔을 교차결합시켜 제조된다. 콜라겐에 첨가되는 단량체의 량은 콜라겐 겔중에서 0.3-0.5mol/ℓ의 범위로 하는 것이 좋다. 적합한 첨가제로는 글루코오스, 수크로오스, 푸룩토오스, 락토오스, 갈락토오스 및 글리세롤인데 이들 모두를 비교적 순수한 상태로 구입할 수 있다. 첨가제의 적정 농도는 특수한 첨가제에 따라 달라지지만 일반적으로 콜라겐 겔중에서 0.5-3.0mol/ℓ 범위이고 글리세롤의 경우에는 1.0-5.0mol/ℓ범위이다. 이 방법은 겔에 약 0.01-0.2M의 시트르산 나트륨, 아세트산 나트륨 또는 유기산의 기타염을 첨가하면 개선이 된다.

콜라겐 교차결합 공정을 제어하는 것은 소요의 기계적 강도, 투명성 및 생물학적인 안정성을 가진 렌즈를 만들기 위해서는 중요한 일이다. 조사 방법, 예로서 Co⁶⁰, 자외선 등에 의한 교차결합은 극히 세심한 주의를 필요로하며 경우에 따라서는 소요의 재현성을 보장하기 위해 감도가 좋아야 한다.

화학적인 교차결합법은 교차결합조건 제어를 하기 위한 것이지만 이것 역시 어느 정도의 결점을 가지고 있는데, 즉 극히 반응시간이 길다는 점이다. 알데히드로 처리하므로서 pH3.0-4.0에서 콜라겐 겔을 교차결합시키고자 할때는 반응이 너무 느려서 약 10일 내지 2주일이 걸려야 만족스런 결과가 나온다. 그러나 NaOH를 첨가하여 pH를 5.0-8.0까지 올려주면 반응은 가속되지만 이들 조건하에서, 콜라겐 섬유의 침전으로 인해겔은 혼락해져서 고도의 투명성을 가진 콘택트렌즈용으로는 적합치 않게된다.

교차결합 반응

높은 pH에서 알데히드처리에 의해 시킬 수 있으며, 동시에 위에 나온 폴리히드록시 화합물중 최소한 한가지를(예 : 글루코오스) 약 1M로 만들어 산성화된 콜라겐 겔에 첨가하여 pH를 5.0-8.0으로 조절한 후 이 겔을 알데히드 교차결합 시킬 것 같으면 혼락성이 없어지고 고도의 투명성을 가진 렌즈가 된다. 이들 조건하에서 실온에서 약 16시간 내에 만족스런 교차결합이 일어났다. 이 시간은 교차결합이 되는 겔을 렌즈성형틀에 넣고 하루밤 지난후 다음날 아침에 끄집어 내는 실제적인 조작을 할 수 있는 시간이다.

포름알데히드, 글루타르알데히드, 아크롤레인, 글리옥살, 디알데히드-녹말등과 같은 알데히드류로 콜라겐 겔을 처리하여 교차결합을 시킨다. 아크롤레인과 글루타르알데히드는 적절한 조건하에서 반응을 조절할 수 있고 교차 결합된 겔로부터 침출에 의해 보다 쉽사리 제거될 수 있기 때문에 사용하기 적합하다. 렌즈모양으로 된 겔에 대하여 교차결합을 시킬 수 있는데 렌즈성형틀에서 렌즈를 성형함과 동시에 교차결합시키는 것이 좋다.

본 발명에 의한 콜라겐 렌즈제조용으로 적합한 겔을 가용성 콜라겐, 섬유 콜라겐 및 이들의 혼합물로부터 제조할 수 있다. 적합한 겔은 지방과 지질을 제거하기 위해 처리되었으며 텔로펩티드가 작고 오염성 단백질, 당류등이 비교적 없는 효소 가용성 콜라겐으로 만든 것이다.

가용성 콜라겐과 섬유 콜라겐의 혼합물을 사용하여 겔을 제조할 경우 가용성 콜라겐과 섬유 콜라겐의 비율을 중요한 것이 아니며 그 범위는 10 : 1-1 : 10으로 할 수 있고 혼합물의 경우는 50-50의 범위가 좋다. 콜라겐 농도가 1%-30%인 겔을 사용하여 콜라겐렌즈를 제조할 수 있으나 적절한 농도는 5-20%이고 기타 첨가제를 첨가한 후의 나머지가 물이다.

콜라겐원료, 즉 피부, 힘줄, 가죽 등으로부터 콜라겐을 얻는 방법은 중요한 것이 아니고 특수한 조직과 적용되는 방법 선택에 따라 융통성을 발취할 수 있다. 산, 염기 또는 염 추출법이나 효소 소화법등의 표준 추출방법에 의해 콜라겐을 가용성으로 만들어 액상매체중에 분산시켜 섬유형태로 회수하여 원심분리등을 분리한다. 효소 소화된 콜라겐으로 제조한겔을 사용하는 것이 좋으므로 출발물질로 사용된 콜라겐겔의 제조방법을 다음과 같은 적당한 방법으로 간소화할 수 있다.

깨끗한 제포된 가죽을 사용하기 좋은 크기로 절단하고 단백질 분해효소 존재하에 물속에 풀어 슬러리로 만든다. 적당한 효소로는 펩신, 트립신, 프로나아제, 프록타아제 등이 있다. 가용성추출물을 다음과 같이 처리한다. 용액의 pH를 약 10.0으로 하여(예를들자면 펩신이나 프록타아제로 추출할 경우)잔존하는 활성효소를 변성시킨 후 pH를 약 6.7-7.0으로 중화시킨다. "아텔로콜라겐"은 이 pH에서 소화된 텔로펩티드, 기타 오염성 단백질(예 : 알부민, 글블린) 및 당류, 뮤코 다당류 등을 침전시킨다. 아텔로콜라겐을 pH 2-3에서 반복 가용화하고 pH6-7에서 재침전한 후 여과하여 회수함으로서 다시 정제하는 것이 보통이다. 회수된 콜라겐을 에탄올로 세척하여 용매탈지 공정에서 나온 과잉의 물과 지질을 제저한다.

에탄올-에틸 에테르 혼합물(1 : 1)로 처리하여 콜라겐을 탈지하고 섬유상 고체로서 회수한 다음 공기 건조하고 pH 약 3.0산성화된 물에서 가용화하여 겔로 전환시킨다.

콜라겐 겔을 다음과 같이 처리하여 투명한 연질 콘택트렌즈를 만든다 : 5wt.%의 콜라겐겔에 시트르산 0.2mol/ℓ와 글루코오스 1.0mol/ℓ을 가한 혼합물을 약 30분간에 걸쳐 균질화하여 투명한 겔을 얻는다.

NaOH 용액을 첨가하여 pH를 5.0-7.0으로 조절한다. 겔을 원심분리하여 탈기시킨 후 아크롤레인을 2.0wt.%(건조상태 건준) 정도까지 첨가한다. 겔을 렌즈성형틀에 주입하고실온에서 하루밤 두었다. 16시간 경과후 렌즈를 틀에서 끄집어 냈다. 이 렌즈는 투명한 것으로서 물리적 및 기계적 강도가 우수한 것이었다. 이것을 슈우도모나스 에루지노사에 8일간 노출시켜도 영향이 없었다.

본 발명의 특징을 미개질된 콜라겐에 적용하는 것으로 상술되었으나 아미노기와 카르복시기가 에스테르화반응이나 아실화반응을 받아 화학적으로 개질된 콜라겐에 대해서도 적용이 된다. 따라서 메틸화 또는 숙시닐화된콜라겐으로부터도 렌즈를 제조할 수 있다.

콜라겐에 첨가되는 폴리히드록시 단량체의 량은 0.5-약 5.0mol/ℓ이며 일반적으로 1.0mol/ℓ이면 좋다 글리세롤의 경우는 3.0mol/ℓ인것이 좋다. 교차결합을 시킬 때는 건조중량 기준으로 콜라겐 1부에 대해 알데히드를 0.002-0.075부 사용했다. 일반적으로 건조콜라겐 0.2-5.0wt.%로 사용하는 것이 좋다. 적합한 교차결합시간은 실온에서 8-20시간으로 하는데 일반적으로 약 12-16시간이면 충분하다.

본 발명의 적절한 예에 따라 만든 연질 콘택트렌즈는 렌즈모양으로 만든후 알데히드로교 차결합시킨 가용성 콜라겐의 겔로서 (가) 콜라겐 1.0-30wt.%와 (나) 0.3-5.0mol/ℓ의 수용성의 지방족 단량체인 폴리히드록시 화합물로된 겔로 만든 것이다. 일반적으로 이 겔은 콜라겐, 폴리히드록시화합물 및 물로되어 있다. 그 특징을 보면 다음과 같다.

1. 가용성겔은 효소가용성 콜라겐이다.

2. 수용성 폴리히드록시 화합물은 글루코오스이다.

3. 수용성 폴리히드록시 화합물은 글리세롤이다.

4. 콜라겐 겔은 pH 약 5.0-8.0에서 아크롤렌으로 처리하면 교차결합된다.

5. 콜라겐은 pH 약 5.0-8.0에서 글루타르알데히드로 처리하면 교차결합된다.

본 발명의 적절한 예에 따라 콜라겐 겔 연질 콘택트렌즈제조에 있어서 개선된 방법은 다음과 같은 단계로 되어 있다.

1. 콜라겐 1.0-30.0wt.%를 함유한 콜라겐 겔에 수용성의 지방족 단량체인 폴리히드록시 화합물을 첨가한다.

2. 겔의 pH를 약 5.0-8.0으로 조절한다.

3. 겔에 알데히드 교차결합제를 첨가한다.

4. 폴리히드록시 화합물과 알데히드를 함유하는 겔을 렌즈 성형틀에 넣는다.

5. 겔 혼합물을 밀폐된 성형틀 속에서 콜라겐의 교차결합이 일어나게끔 충반한 시간을 유지한다.

이 방법의 특징은 다음과 같다.

1. 콜라겐 겔은 가용성 콜라게으로 되어있다.

2. 콜라겐 겔은 효소가용성 콜라겐으로 되어있다.

3. 폴리히드록시 화합물은 글루코오스이다.

4. 알데히드는 아크롤레인이다.

5. 알데히드는 글루타르 알데히드이다.

6. 시트르산을 콜라겐 겔에 가한후 교차결합시킨다.

렌즈 성형틀 재료로서 유리, 스테인레스강, 놋쇠 및 플라스틱(테플론, 폴리에틸렌, 폴라카보네이트)을 사용하며 유리와 금속은 감마선 조사에 대해안정성이 있으므로 플라스틱보다 좋다.

본 발명을 실시에에 따라 상술한다.

[실시예 1]

아킬레스 힘줄 같은 힘줄을 소 다리에서 얻는다. 돼지 같은 동물에서 얻는 힘줄도 사용할 수 있다. 가위로 아킬레스 힘줄의 피복물을 절단하여 제거한다. Y자형의 힘줄을 잘게(1-2mm 두께)썰어서 스테판 마이크로-컷 엠비디 기계(Stephan Micro-cut MVD machine A. stephan U. Sohne GmbH and Co. (서독)사 제작)로 처리하여 균질화하고 각 힘줄 섬유를 분리한다. 힘줄이 처리되는 기계의 틈새를 굵은 정도, 중간정도 및 미세한 정도로 순차로 조절한다. 물을 약간 사용하여 이 처리에 있어서 힘줄에 첨가한다. 이렇게 처리하여 만든 힘줄섬유 분산물을 5 % NaCl 용액으로 2-3시간 세척하고 원심분리하여 콜라겐을 수집한다. NaCl의 세척을 2-3회 반복한다. 최후로 콜라겐을 물로 세척하여 NaCl을 제거한 다음 판크레아틴으로 처리하여 텔로펩티드, 당류 및 단백질을 제거하는 데, 이때 효소 농도를 건조 콜라겐 0.5wt.%가 되게하며 pH7-8에서 실온에서 1일간 처리한다.

효소처리된 콜라겐을 원심분리하여 수집하고 5% NaCl로 세척한 후물로 마지막으로 세척한다음 콜라겐을 에탄올로 처리하여 물과 지질을 제거하고 에탄올과 에테르의 1 : 1 혼합물로 처리하여 지질과 지방을 제거한다. 에탄올-에테르 추출을 실온에서 1일간 교반하면서 실시한다. 섬유 콜라겐을 원심분리하여 수집하고 공기 건조한 후 윌리 밀(Willey Mill)로 작은 입자가 되게 분쇄한다. 콜라겐분말을 시트르산 또는 HCl 용액(pH2-3)에서 팽윤시킨다. 콜라겐의 농도를 산성용액중에서 1-3%되게 한다. 콜라겐 섬유를 보다 미세한 원섬유로 분산시키기 위해 팽윤된 콜라겐 분말을 모르타르(mortar)에서 마쇄한다. 마쇄된 콜라겐은 균질상태가 되며 투명한 것으로서 물속에서 투명하고 점성이 있는 분산물을 형성한다. 이 투명한 힘줄 원섬유를 감마선 조사 또는 화학적인 교차 결합에 의해 안정화시켜 성형틀에 주입한 후 이래에 나오는 실시예 3에서와 같이 콜라겐 겔로 전환시킨다.

[실시예 2]

힘줄 콜라겐에서와 같이 가죽콜라겐을 처리했다. 송아지 가죽 콜라겐 같은 나이어린 동물 가죽은 나이먹은 동물 콜라겐보다 렌즈제조용 겔로서 양호한 것이다. 가죽의 경우에 있어서 머리털쪽과 육질쪽을 절단하여 제거하고 가죽의 진피층만 출발물질로 사용했다.

힘줄 콜라겐 섬유와 가죽 콜라겐 섬유로 만든 렌즈들은 투명하고 가요성이 있고 안정하며 광학적으로 적당하고 일반적으로 세균에 대한저항성이 있었다. 이들은 연질 콘택트렌즈로서 우수한 성질을 나타내었다.

[실시예 3]

신선한 송아지 가죽(약 5㎏)의 털을 제거하고 깎아서 깨끗하게 한 후 잘게 잘랐다. 이 가죽을 물 10ℓ(pH2.5 HCl)에다 펩신 1g(효소와 콜라겐의 비율 약 1 : 400)을 첨가한 것에서 용해시켜 20℃에서 5일간 간헐적으로 교반하면서 유지했다. 생성된 점성이 있는 용해된 콜라겐을 치이즈클로우드로 여과하고 pH를 10(NaOH)으로 조절한 후 4℃에서 24시간 정지하여 펩신을 비활성시켰다.

이어서 콜라겐의 pH를 7-8(HCl)로 조절하고 콜라겐 침전물을 원심분리하여 수집했다. 지방 성분을 콜라겐에서 제거하고 수집된 콜라겐 1부에다 지방용매(예 : 에탄올-에틸 에테르 1 : 1 혼합물)을 가하여 웨어링 혼합기(waring blender)에서 균질화했다. 치이즈클로우드에서 짤라서 콜라겐과 용매를 분리하고 다시 동일 부피의 용매로 균질화했다. 짤아낸 후 공기 견조하여 용매를 제거하고 산성화 된 물(pH 약 3.0)에 다시 용해하여 점성이 있고 주입이 가능한 콜라겐 겔을 만들었다.

실시예 3의 5% 투명콜라겐 겔과 실시에 1의 점성 분산물로 된 50-50 혼합물 2g을 렌즈성형틀(유리제)의 하부 오목 부분에 넣고 3000rpm 및 10℃에서 30분간 원심분리하여 성형틀 표면에 콜라겐겔이 균질히 퍼지게 하였다. 진공중에서 10분경과 후 렌즈 성형틀의 상부의 볼록 부분을 콜라겐 겔이 있는 하부의 성형틀 위에다 눌러 전체 성형틀을 조사 용기로 옮겼다. 이 용기를 질소로 세정 및 충전한 후 1시간 당 82K 라드 의 선량률로 10시간동안 감마선 조사했다.

성형이 된 콜라겐 렌즈를 인산염-식염 완충액(pH7.2)으로 중화시킨뒤 정상적인 식염액에 옮겼다. 렌즈를 테플론 성형틀의 볼록부분에 놓고관거(trephan)으로 가공했다. 가공된 렌즈를 정상 식염액중에 유지했다. 이 렌즈는 광학적으로 투명하였고 가용성 및 안정성이 있었으며 연질 콘택트 렌즈로서 우수한 성질을 나타내었고 효소를 생성하는 세균에 노출시켜도 하등의 변화가 없었다.

감마조사장치(Gammator M형)에서 조사를 했다. 조사도중렌즈 성형틀을 포함한 유리용기는 입구가 비교적 넓고 두개의 구멍이 있는 고무 마개로 밀폐된 표준 용기로서 공기제거와 질소 교체가 가능한 것이었다.

렌즈성형틀(본 발명의 일부를 구성하는 것은 아님)은 놋쇄, 유리 및 플라스틱으로 만든 것이었다. 이 성형틀은 하부의 오목부분과 상부의 볼록부분으로 되어 있다. 볼록부분의 표면은 성형틀을 밀폐할 때 콜라겐 렌즈의 소요 두께가 될 정도로 오목부분의 표면까지 도달하는 것이었다. 소요의 두께는 약 0.4mm인데 약 0.3mm인 것이 좋다. 대개의 렌즈 재료는 트레판으로 가공하여 렌즈 모서리가 경사지게 했다. 트레판 가공 대신 선반(lathe)을 사용하여 렌즈재료를 가공해도 된다.

[실시예 4]

콜라겐 겔 12%, 스테인레스강 및 조사 시간을 20시간으로 이용한 것외에는 실시에 1과 실시에 3의 방법에 따라 연질 렌즈를 제조하였다.

이렇게 하여서 된 렌즈는 다시 광학적으로 투명하였고 가요성 및 안정성이 있었으며 연질 콘택트렌즈로서 우수한 기계적 및 생리학적인 특성을 나타내었다.

[실시예 5]

실시예 3에서 처럼 제조한 가용성의 탈지된 콜라겐을 다음과 같은 방법으로 숙시닐화하였다. 콜라겐 5g을 산성화된 1를 (pH3.0 HCl) 2ℓ에 용해한 후 pH를 NaOH 용액으로 9.0°조절하였다. 숙신산 무수물 2g을 함유한 아세톤(100㎖)을 콜라겐 헌탁물에 서서히 첨가했다. 숙신산 무수물 첨가도중 콜라겐 현탁물의 pH를 NaOH 용액을 첨가하여 약 9.0에서 유지했다. pH 약 4.2로 산성화하므로서 숙시닐화된 콜라겐을 침전시키고 물로 반복하여 세척한후 냉동 건조했다.

pH7인 숙시닐화된 투명 콜라겐겔과 동일량의 힘줄 원섬유 콜라겐을 하부의 성형틀 부분에 넣고 실시예 3과 같이 처리했다. 제조된 렌즈는 완전히 투명하고 가요성이 있었으며 연질 콘택트 렌즈로서의 기능을 충분히 하였고 내구성이 극히 좋았다.

콜라겐 겔 렌즈를 무균물 또는 식염에서 유지한 결과 우수한 저장 특성을 나타내었다. 이 렌즈는 굴절 지수는 물과 동일한 정도의 것이었다. 렌즈가 열이나 햇빛으로 인해 일부 또는 완전히 탈수된다 하더라도 물속에 담그어 주기만 하므로서 원래의 상태로 회복되기 때문에 "완전 무결한 회복성"을 나타냈다. 고의적으로 건조시켜 비틀어지게 하여도 물에 담근지 20분도 못되서 정상으로 되돌아갔다.

위에서 만든 모든 렌즈를 공지의 광학기술에 의해 처방값으로 개질시킬 수 있다. 따라서 연질 콘택트렌즈를 공지의 정상적인 시력 교정 측정, 극안구면의 힘을 필요로하는 환자가 사용할 수 있다.

원섬유 콜라겐 및 원섬유 콜라겐-가용성 콜라겐 혼합물로부터 치료적인 관점에서 제조한 연질렌즈의 장점을 다음과 같이 요약할 수 있다.

1. 콜라겐 겔 렌즈는 물, 산소, 이산화탄소 등에 대해 고도의 투과성을 가지며 시험 결과를 보면 가스 확산 특성은 순수한 물과 같다. 콜라겐은 인간에게 부작용을 주지 않으며 이식 가능한 것으로 콘택트렌즈용으로 사용된 유일한 천연 재료이다.

2. 각막의 콜라겐 콘택트렌즈의 콜라겐과 물의 비율은 괄목할만큼 유사하다. 이들 두가지 물질은 구조적으로 서로 밀접한 관계에 있고 생리학적으로나 면역학적으로도 밀접한 관계에 있다. 기타 모든 콘택트렌즈 재료는 전부가 각막의 콜라겐 단백질과는 무관계한 것이다. 소비자나 착용자의 관점에서 볼 장점은 다음과 같이 요약할 수 있다.

가. 콜라겐 막의 가스 및 수증기 투과성으로 인해서 각막에서의 필요 불가결한 대사과정(metabolic process)를 저해함이 없이 항상 콘택트 렌즈를 착용하기에 이상적으로 적합하다.

나. 콜라겐렌즈 재료 제조 경비가 저렴하므로 소비자의 부담이 경감된다.

다. 콜라겐 콘택트 렌즈는 연질이고 가요성이 있고 투명하므로 세척량을 위해 분리할 필요 없이 장시간 착용할 수 있으며 안구면의 힘을 렌즈에 줄 수 있다.

[실시예 6]

효소 가용성 콜라겐을 다음과 같이 제조했다. 신선한 송아지 가죽 (약 5㎏)을 제조하여 깨끗이 한 것을 작게 썰어 펩신 1g (효소와 콜라겐의 비 : 약 1 : 400)을 첨가하여 물 10ℓ(pH2.5 HCl) 중에서 용해한 후 20℃에서 5일간 간헐적으로 교반하면서 유지했다. 생성된 점성의 가용성 콜라겐을 치이즈 클로우드에서 여과하고 NaOH로 pH 10으로 조절한 후 4℃에서 24시간 정치하여 펩신을 비활성화 했다.

콜라겐의 pH를 7-8(HCl)로 조절하고 콜라겐 침전물을 원심 분리하여 수집한다음 지방성분을 콜라겐에서 제거했다. 수집된 콜라겐 1부에다 에탄올과 에테르의 1 : 1혼합물로 된 용매 2부를 가하고 훼어링 혼합기로 균질화 했다. 치이즈 클로우드에서 콜라겐을 짤라내어 용매와 분리한 후 다시 동일한 용매량으로 균질화했다. 다시 짤라낸 후 공기건조하여 용매를 제거하고 1M 글루코오스를 함유한 0.1M 시트르산 용액에 용해하여 8% 콜라겐 을 만들었다. 이 겔의 pH를 NaOH 용액으로 6.3까지 조절했다. 한편으로 황산 콘드로이이틴(상어 물렁뼈에서 얻은 나트륨염)을 1M 글루코오스 (pH6.3, NaOH로 pH를 조절한것)를 함유한 0.1M 시트르산 용액에 용해하여 황산 콘드로이틴의 농도를 8% 황산 콘드로이틴 용액으로 만들고 이것을 10㎖ 취하여 혼합하므로서 8% 콜라 겐겔을 100㎖ 만든 후 혼합물을 균질화 했다. 콜라겐 농도를 6%로 조절하기 위해 1M 글루코오스를 함유한 pH6.3의 0.1M 시트론산염 용액 23.3㎖를 혼합물에 가하고 다시 균질화했다.

콜라겐-황산콘드로이틴 혼합물(콜라겐 농도 6% 황산 콘드로이틴 농도 0.6% pH6.3, 시트론산염 농도 0.1M)을 아이스 배드(ice bath)에서 냉각시켰다. 냉각된 콜라겐 콘드로이틴 혼합물 10g에다 0.1M 글루코오스 용액(pH6.3) 중에 글루타르알데히드 0.5%를 가한 냉각된 용액 0.36㎖을 가하고 아이스 배드에서 균질화했다. 이 혼합물을 플라스틱 주사기에 넣고 4℃및 4000rpm에서 1시간 동안 원심분리하여 기포를 제거했다. 하부의 렌즈 성형틀(유리제)의 하부오목 부분에 원심분리된 콜라겐겔 0.2g을 넣고 렌즈 성형틀의 상부의 볼롤 부분을 하부 성형틀 위에 눌러 넣었다. 이 성형틀을 25℃에서 16시간 정치하여 겔을 교차결합시켰다.

성형틀에서 콜라겐 렌즈를 꺼내고 인산염 완충액(pH7.0)에 글루타르알데히드 0.05%를 가한 용액으로 5분간 처리하여 콜라겐 렌즈에 충분한 교차 결합이 생기도록 했다. 렌즈를 pH7.0의 인산염 완충액으로 반복하여 세척하므로서 과잉의 글루타르알데히드를 침출 제거 하였다. 처리된 렌즈를 정상 식염액중에 보관했다. 이 렌즈는 광학적으로 투명하고 가요성과 안정성이 있었고 수분 함량은 94%가 되었는데 생물적으로 안정한 연질 콘택트 렌즈로서의 우수한 성질을 나타내었다.

[실시예 7]

실시예 6의 방법에 따라 8% 콜라겐 겔(pH6.4로서 0.1M 시트산염과 1M 글루코오스 함유)을 제조했다. 폴리비닐알코올 (99-100% 가수분해)을 0.1M 시트론산과 1M 글루코오스 용액(pH6.3, 농도 8%)중에 용해했다. 콜라겐-PVA 혼합물을 제조하여 글루타르 알데히드 교차 결합에 의하지 않고 실시예 6과 같은 동일한 방법으로 렌즈를 제조했다. 글루타르알데히드 대신에 아크롤레인을 사용하여 교차 결합시켰다.

빙냉(氷冷)된 PVA 혼합물에다 0.1M 시트르산염과 1.0M 글루코오스로 된 용액(pH6.3)에 아크롤레인 5%을 가해 빙냉시킨 용액 0.36㎖을 첨가했다. 이 혼합물을 원심분리하여 렌즈를 성형했다. 두번째 알데히드 처리에 있어서 성형된 렌즈를 pH 7.0의 인산염 완충액에 아크롤레인 0.1%가 함유된 용액중에 침지하여 교차결합시켰다.

이 렌즈는 광학적으로 투명하고 가요성과 안정성이 있었고 생물적으로 안정한 연질 콘택트렌즈로서 우수한 성질을 나타내었다.

동일한 방법을 사용하여 폴리히드록시에틸-메타아크릴레이트, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈 등과 같은 수용성 중합체를 혼합할 수 있다. 이들 수용성 중합체와 혼합한 콜라겐 렌즈는 콜라겐 단독으로 된 렌즈보다 생물적인 안정성이 훨씬 큰 것이다.

또한 실시예 6에 상술된 효소 가용성 콜라겐 이외의 가용성 콜라겐, 즉 염기 추출에 의한 콜라겐, 산추출에 의한 콜라겐 같은 것들을 사용하여 실시예 6과 7의 방법에 따라 렌즈를 제조할 수 있다. 원섬유 콜라겐도 콜라겐-뮤코 다당류와 콜라겐 수용성 중합체로된 렌즈 제조에 사용할 수 있다.

[실시예 8]

실시에 6의 방법에 따라 콜라겐 8% 겔(pH6.4로서 0.1M 시트르산염과 1M 글루코오스 중에서)을 만들었다. pH6.3의 0.1M 시트르산염-1M 글루코오스중에서 폴리(2-히드록시 에틸메타아크릴레이트)(폴리 HEMA)8% 용액을 만들었다. 폴리 HEMA 용액 10㎖와 콜라겐 겔 100g으로 된 혼합물을 균질화시킨후 진공 데시케이터에 넣고 질소를 도입하여 혼합물중에 용해된 공기를 질소로 교체했다. 질소로 교체된 혼합물을 렌즈 성형틀의 하부의 오목부분에 넣고 렌즈 성형틀의 상부의 볼록부분을 눌러 넣었다. 전체 성형틀을 0.1M 라드의 조사량으로 감마선 조사를 5시간 실시하여 부분적인 교차결합이 되게 했다. 감마선 조사에 의해 콜라겐과 콜라겐 및 콜라겐과 폴리 HEMA 사이에 교차 결합이 도입되었다. 그러나 콜라겐 교차 결합에 콜라겐을 추가로 도입하기 위해 성형틀에서 끄집어낸 렌즈를 pH7.0의 인산염 완충액 중에 아크롤레인 용액 0.1%가 첨가된 용액중에서 10분간 처리했다. 교차결합된 렌즈를 pH7.0의 인산염 완충액으로 반복하여 세척하므로서 과잉의 알데히드를 침출 제거했다. 처리된 렌즈를 정상 식염액중에 보관했다. 이 렌즈는 광학적으로 투명했고 가요성과 안정성이 있었으며 생물학적인 안정성이 있는 연질 콘택트렌즈로서 우수한 성질을 나타내었다.

[실시예 9]

효소 가용성 콜라겐 겔을 다음과 같이 제조했다. 신선한 송아지 가죽 (약 5㎏)을 제조하여 깨끗이 한것을 잘게 썰어 펩신 1g (효소와 콜라겐의 비 : 1 : 400)을 가한 물 20ℓ(pH3.0 HCl)에 용해하여 20℃에서 5일간 간헐적으로 교반하면서 유지했다. 생성된 점성의 가용성 콜라겐을 치이즈 클로우드에서 여과한 후 여액을 0.5-1.0%콜라겐이 되게 묽게하여 미공거르개(기공크기 : 0.65μ)로 여과한 다음 NaOH로 pH 10으로 조절했다. 이것을 4℃에서 24시간 정치시켜 펩신을 비활성화했다. 콜라겐의 pH를 7-8(HCl)로 조절하고 콜라겐 침전물을 원심 분리하여 수집했다. 지방성분을 콜라겐에서 제거하고 수집된 콜라겐 1부에다 에탄올과 에테르의 1 : 1 혼합물로 된 용매 2부를 첨가하고 웨어링 혼합기에서 균질화 했다. 치이즈 클로우드에서 짤아서 콜라겐과 용매를 분리한 후 동일량의 용매로 균질화했다. 다시 짤아낸 후 공기건조하여 용매를 제거하고 1M 글루코오스를 함유한 0.1M 시트르산 용액중에 재차 용해했다.

이 겔의 pH를 NaOH 용액으로 0.3까지 조절했다. 겔 약 10g에서 빙냉시킨 10% 글루타르알데히드 0.04㎖을 첨가하고 pH를 6.3으로 조절하여 아이스 배드에서 혼합물을 균질화한 후 원심 분리에 의해 공기를 제거했다.

렌즈 성형틀의 하부의 오목 부분에 원심분리된 겔 약 0.2g을 넣고 성형틀을 밀폐했다. 전체 성형틀을 실온(25℃)에서 16시간 정치하여 겔을 교차 결합시켰다. 성형틀에서 렌즈를 제거하고 pH7.0의 인산나트륨 완충액으로 세척하여 과잉의 글루타르알데히드를 침출 제거한 후 식염 용액에 넣어 보관했다.

[실시예 10]

글루타르알데히드 대신에 아크롤레인을 사용하여 실시예 9의 방법에 의해 교차 결합시켰다. 겔(pH7.0) 10g에다 빙냉된 10% 아크롤레인(pH7.0)건조 콜라겐에 대해 아크롤레인 3%(0.24㎖)첨가했다. 마찬가지로 우수한 결과를 얻었다.

알데히드 교차 결합도중 겔의 pH를 조절할때 pH가 8.0이상이 되지 않게 주의를 해야하는데 폴리히드록시 단량체 첨가제가 존재하더라도 pH 8.0이상이 되면 콜라겐 섬유가 생성되고 혼탁하게 된다.

pH가 약 5.0 정도되어야 소요의 반응이 촉진되는데 적절한 pH 범위는 5.0-8.0이다.

본 발명에 의해 제조된 렌즈는 광학적으로 투명하였고 가요성과 안정성이 있었으며 연질 콘택트 렌즈로서의 우수한 성질을 나타내었다. 효소를 생성하고 높은 농도의 세균에 장시간 노출하여도 하등의 변질이 없었다. 콜라겐 겔 렌즈를 무균물이나 식염액에 보관하였을 때 우수한 저장 특성을 나타내었다. 이들 렌즈는 물과 거의 같은 굴절 지수를 나타내었다. 렌즈가 건조 공기에 노출되거나 냉동 건조될 경우 일부 또는 전부가 탈수되더라도 물속에 담그어 주기만 하면 원상복구가 되므로 "완전무결한 회복성"을 가지고 있다. 고의적으로 렌즈를 건조시켜 주름살이 지게하여도 물속에 담근지 20분 이내에 정상으로 회복된다.

본 발명에 의한 콜라겐 렌즈 전부를 공지의 광학 기술에 의해 처방값이 되게 개질시킬 수 있다. 따라서 안구면의 힘 같은 공지의 정상적인 시력 교정 측정을 필요로하는 환자들이 사용할 수 있는 연질 콘택트콜라겐 렌즈를 만들 수 있다.

본 발명에 있어서 표시된 첨가량은 모두가 중량부 및 중량 백분율(wt, %)이다.

Claims (1)

1. 탈지된 섬유콜라겐과 탈지 용해화된 콜라겐의 혼합물로 되는, 렌즈 모양으로 되고 이어서 교차결합시킨 수성겔로 구성되며 상기 겔은 1.0-30.0 중량퍼센트의 콜라겐을 함유하는 연질 콘택트렌즈.