MX2007007855A - Copolimeros de hidrogel para dispositivos biomedicos. - Google Patents

Copolimeros de hidrogel para dispositivos biomedicos.

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Yu-Chin Lai
Dominic V Ruscio
Edmond T Quinn
Weihong Lang
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Bausch & Lomb
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Abstract

Se describen copolimeros de hidrogel que son productos de polimerizacion hidratados de mezclas monomericas que comprenden prepolimeros de polisiloxano y comonomeros hidrofilicos, los cuales son utiles para formar dispositivos biomedicos, particularmente dispositivos oftalmicos incluyendo lentes de contacto, lentes intraoculares e implantes oftalmicos. Los copolimeros tienen una deseable combinacion de permeabilidad de oxigeno, modulo de traccion y contenido de agua, especialmente para lentes de contacto suaves.

Description

COPOLIMEROS DE HIDROGEL PARA DISPOSITIVOS BIOMEDICOS Campo de la invención La presente invención se refiere a copolímeros de hidrogel que son útiles para formar dispositivos biomédicos, particularmente dispositivos oftálmicos incluyendo lentes de contacto, lentes intraoculares e implantes oftálmicos. Los copolímeros tienen una combinación deseable de permeabilidad de oxígeno, módulo de tracción y contenido de agua, especialmente para lentes de contacto suaves.
Antecedentes de la invención Los hidrogeles representan una clase deseable de materiales para la fabricación de varios dispositivos biomédicos, incluyendo dispositivos oftálmicos tales como lentes de contacto. Un hidrogel es un sistema polimérico reticulado hidratado que contiene agua en un estado de equilibrio. Los lentes de hidrogel comúnmente ofrecen biocompatibilidad y comodidad deseables. Los hidrogeles de silicón son una clase conocida de hidrogeles y se caracterizan por la inclusión de un material que contiene silicón. Típicamente, un monómero que contiene silicón es copolimerizado por polimerización de radicales libres con un monómero hidrofílico, ya sea con el monómero que contiene silicón o el monómero hidrofílico funcionando como un agente REF.? 183200 de entrelazamiento (un reticulador se define como un monómero que tiene varias funcionalidades polimerizables) o un entrelazador separado puede ser empleado. La permeabilidad de oxígeno es una propiedad deseable para materiales de lentes de contacto toda vez que la córnea humana se dañará si es privada de oxígeno durante un periodo extendido. La permeabilidad de oxígeno es expresada convencionalmente en unidades de barrera, también llamadas Dk. La capacidad de transmisión de oxígeno es una propiedad de los materiales de lentes de contacto relacionada con la permeabilidad de oxígeno. La capacidad de transmisión de oxígeno es la permeabilidad de oxígeno dividida entre el espesor del lente, o Dk/t. La literatura clínica de lentes de contacto ha expresado la visión de que un lente de contacto debe tener una Dk/t de al menos 87 barreras/mm para que puedan ser usados durante la noche sin hinchamiento corneal, especialmente cuando el lente es usado continuamente durante periodos de tiempo extendidos . El deseo de materiales para lentes de contacto con permeabilidades de oxígeno más altas es especialmente importante para lentes de contacto más gruesos, tales como lentes de contacto tóricos, para mantener así un valor Dk/t aceptable. Una ventaja de los hidrogeles de silicón sobre los hidrogeles que no son de silicón es que los hidrogeles de silicón típicamente tienen permeabilidad de oxígeno más alta gracias a la inclusión de monómeros que contiene silicón. Dicho de otra manera, la permeabilidad de oxígeno de los hidrogeles que no son de silicón depende casi exclusivamente del contenido de agua; en contraste, los hidrogeles de silicón contienen silicón que es más permeable a oxígeno que el agua. Teóricamente, un material de silicón sin agua sería un material ideal para lentes de contacto, ya que el silicón puro tiene una permeabilidad de oxígeno de aproximadamente 600 barreras. Sin embargo, en la práctica, los lentes de silicón puros son muy hidrófobos y no humectantes por las lágrimas humanas, y tienden a adherirse a la córnea, haciéndolos incómodos durante periodos de uso más largos. Generalmente, un lente de contacto suave debe tener un contenido de agua de al menos 20% en peso para que sea usado cómodamente durante periodos extendidos. La figura 1 es una gráfica del contenido de agua contra la permeabilidad de oxígeno que ha sido reportada en la literatura. Para hidrogeles que no son de silicón convencionales, la permeabilidad de oxígeno se incrementa bastante linealmente con un contenido de agua cada vez más alto. Esto se debe a que estos hidrogeles convencionales derivan su permeabilidad de oxígeno casi exclusivamente en el contenido de agua. Por otro lado, la permeabilidad de oxígeno de los hidrogeles de silicón disminuye con un contenido de agua cada vez más alto, al menos para contenidos de agua que varían de 20 a 50% en peso. La figura 1 ilustra el reto de desarrollar nuevos materiales de hidrogel de silicón. Podría desearse un contenido de agua más alto para hacer a un lente de contacto más humectante o cómodo, pero un contenido de agua más alto compromete la permeabilidad de oxígeno. Además, los lentes de contacto con demasiado módulo de tracción podrían ser menos cómodos, o incluso dañar la córnea cuando sean usados durante periodos extendidos.
Breve descripción de la invención Esta invención proporciona copolímeros de hidrogel que son útiles para formar dispositivos biomédicos, particularmente dispositivos oftálmicos incluyendo lentes de contacto, lentes intraoculares e implantes oftálmicos. Los copolímeros tienen una combinación deseable de permeabilidad de oxígeno, módulo de tracción y contenido de agua, especialmente para aplicaciones de lentes de contacto suaves. Especialmente, los copolímeros de hidrogel tienen permeabilidad de oxígeno más alta para un valor de contenido de agua dado, y exhiben también un módulo de tracción deseable . En un aspecto, el copolímero de hidrogel es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico, el copolímero de hidrogel tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (320-ßx) barreras, en donde x tiene un valor igual al contenido de agua porcentual en peso; o un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras. De acuerdo con modalidades preferidas, el copolímero de hidrogel tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (330-6x) barreras, muy preferiblemente (350-6x) barreras, en donde x tiene un valor igual al porcentaje en peso del contenido de agua; o un contenido de agua en la escala de 40 a no más de 45 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 80 barreras; o un contenido de agua en la escala de 45 a 50 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras . De acuerdo con modalidades preferidas adicionales, el copolímero de hidrogel tiene un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (380-6x) barreras. De manera muy preferible, el copolímero de hidrogel tiene un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (410-6x) barreras. Muy preferiblemente, el copolímero de hidrogel tiene un contenido de agua de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de (440-6x) barreras. De acuerdo con otras modalidades preferidas, el copolímero de hidrogel es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico, el copolímero de hidrogel tiene ya sea: (i) un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 30 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de al menos 200 barreras; (ii) un contenido de agua en la escala de al menos 30 a no más de 40 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 150 barreras o (iii) un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 100 barreras. De preferencia, los copolímeros de hidrogel tienen un módulo no mayor que 100 g/mm2, especialmente entre alrededor de 40 y 80 g/mm2. De preferencia, el contenido de átomos de silicio del prepolímero es de al menos 30% en peso del prepolímero, muy preferiblemente al menos 32% del prepolímero y más preferiblemente al menos 33% del prepolímero. Preferiblemente, el prepolímero tiene un peso molecular (Mn) de al menos 10,000, especialmente al menos 15,000, y muy preferiblemente al menos 20,000.
Una clase preferida de copolímeros de hidrogel tiene un módulo no mayor que 100 g/mm2, una permeabilidad de oxígeno de al menos 140 barreras y un contenido de agua de por lo menos 25 por ciento en peso. Una clase especialmente preferida de copolímeros de hidrogel tiene un módulo de entre alrededor 40 y 80 g/mm2, una permeabilidad de oxígeno de al menos 200 barreras y un contenido de agua de por lo menos 25 por ciento en peso. Otras modalidades incluyen un copolímero de hidrogel que es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico, el comonómero de hidrogel tiene un contenido de agua de al menos 40 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras. Los copolímeros de hidrogel de silicón que se prefieren son el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano, una vinil lactama, tal como N-vinilpirrolidona y un alcohol metacrilado, tal como metacrilato de 2-hidroxietilo o metacrilato de glicerilo. Esta invención proporciona además un dispositivo biomédico que comprende el copolímero, especialmente un dispositivo oftálmico tal como un lente de contacto o un lente intraocular.
Breve descripción de las figuras La figura 1 es una gráfica del contenido de agua contra la permeabilidad de oxígeno, que ilustra el efecto de contenidos de agua en la Dk para hidrogeles de silicón convencionales e hidrogeles que no son de silicón. La figura 2 es una gráfica de contenido de agua contra la permeabilidad de oxígeno para varios hidrogeles de silicón anteriores y los hidrogeles de silicón de esta invención.
Descripción detallada de la invención La figura 2 es una gráfica del contenido de agua (porcentaje en peso de agua) contra la permeabilidad de oxígeno (barrera) . La línea de la figura 2 se desarrolló empíricamente por el solicitante al medir y correlacionar varios copolímeros de hidrogel de silicón anteriores. Como se observa en la figura 2, para contenidos de agua que varían de 20 a aproximadamente 35 por ciento en peso, la línea es relativamente lineal con una pendiente que se aproxima a menos 6 (-6) . En la escala de 35 a 40 por ciento en peso, la línea empieza a formar una planicie. Esta línea graficada en la figura 2 realmente se correlaciona bien con los contenidos de agua y permeabilidades de oxígeno reportados de cuatro lentes de contacto de hidrogel de silicón disponibles comercialmente, representados por los puntos encerrados en un círculo en la figura 2: lotrafilcon A (vendido con la marca comercial Focus Night & Day por CIBA Vision Corporation) que tiene una Dk de 140 barreras y 24% de agua; lotrafilcon B (vendido con la marca comercial 02 Optics por CIBA Vision Corporation) que tiene una Dk de 100 y 33% de agua; balafilcon A (vendido con la marca comercial PureVision por Bausch & Lomb Incorporated) que tiene una Dk de 91 y 36% de agua y galifilcon A (vendido con la marca comercial Acuvue Advance por Johnson & Jonson Vision Care, Inc.) que tiene una Dk de 60 barreras y 47% de agua. Los puntos en la figura 2 que están muy por arriba de la línea son varios copolímeros de hidrogel reportados en los ejemplos de esta solicitud. Los copolímeros de hidrogel son el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico. Los prepolímeros de polisiloxano incluyen segmentos suaves que contienen polisiloxano. Estos segmentos se derivan de preferencia de polisiloxanos con extremos bloqueados con radicales hidroxilo o amino y representados por la siguiente fórmula (PS'): (PS') en donde cada A es un radical hidroxilo o amino; cada R se selecciona independientemente de un grupo alquileno que tiene 1 a 10 átomos de carbono en donde los átomos de carbono pueden incluir enlaces de éter, uretano o ureido entre los mismos; cada R' se selecciona independientemente de radicales hidrógeno, hidrocarburo monovalentes o radicales de hidrocarburo monovalente sustituidos con halógeno en donde los radicales hidrocarburo tienen 1 a 20 átomos de carbono los cuales pueden incluir enlaces de éter entre los mismos y a es por lo menos 1. Los radicales R que se prefieren son alquileno sustituido opcionalmente con radicales de éter. Los radicales R' que se prefieren incluyen: grupos alquilo, grupos fenilo, grupos alquilo fluoro-sustituidos y grupos alquenilo, y grupos éter sustituidos opcionalmente. Los radicales R' que se prefieren especialmente incluyen: alquilo, tal como metilo o fluoroalquilo que incluye opcionalmente enlaces de éter, tal como -CH2-CH2-CH2-0-CH2-(CF2)2-H en donde z es 1 a 6. De preferencia, a es aproximadamente 10 a aproximadamente 100, muy preferiblemente alrededor de 15 a aproximadamente 80. El peso molecular de PS varía de 1,000 a 8,000, muy preferiblemente 2,000 a 6,000. Varios dioles de polisiloxano y diaminas de polisiloxano están disponibles comercialmente. Además, las síntesis representativas de polisiloxanos se proporcionan en los ejemplos. Se prefiere que el contenido de átomos de silicio del prepolímero sea de al menos 30% en peso del prepolímero, muy preferiblemente al menos 32% en peso del prepolímero y más preferiblemente al menos 33% en peso del prepolímero. El contenido de átomos de silicio se define como el peso total de átomos de silicio en el prepolímero, por peso total del prepolímero, por 100%. Los prepolímeros están bloqueados en ambos de sus extremos con un radical insaturado etilénico polimerizable. Los radicales polimerizables terminales que se prefieren son representados por la fórmula (M' ) : en donde : R23 es hidrógeno o metilo; cada R24 es hidrógeno, un radical alquilo que tiene 1 a 6 átomos de carbono o un radical -CO-Y-R26 en donde Y es -O-, -S- o -NH-; R25 es un radical alquileno divalente que tiene 1 a 10 átomos de carbono; 2 R26 es un radical alquilo que tiene 1 a 12 átomos de carbono; Q significa -CO-, -OCO- o -CO0-; X significa -0- o -NH- ; Ar significa un radical aromático que tiene 6 a 30 átomos de carbono; b es 0 a 6; c es 0 a 1; d es 0 ó 1 y e es 0 ó 1. Los precursores de bloqueo de extremos adecuados, para formar los radicales M, incluyen: (met) acrilatos terminados en hidroxi, tales como metacrilato de 2-hidroxietilo, acrilato de 2-hidroxietilo y metacrilato de 3-hidroxipropilo y (met ) acrilatos terminados en amino, tales como metacrilato de t-butilaminoetilo y metacrilato de aminoetilo y ácido (met ) acrílico . (Según se usa en la presente, el término " (met) " significa un sustituyente metilo opcional. De esta manera, términos tales como " (met ) acrilato" significan ya sea metacrilato o acrilato, y "ácido (met ) acrílico" significa ya sea ácido metacrílico o ácido acrílico) . De preferencia, el prepolímero tiene un peso molecular (Mn) de al menos 10,000, muy preferiblemente al menos 15,000 y más preferiblemente al menos 20,000. Los copolímeros de esta invención se forman al copolimerizar los prepolímeros de polisiloxano con uno o más comonómeros. Ya que los prepolímeros tienen los extremos bloqueados con radicales etilénicamente insaturados polimerizables, son polimerizables mediante polimerización de radicales libres. Las mezclas monoméricas empleadas en la invención incluyen monómeros convencionales para la formación de lentes o formación de dispositivos. (Según se usa en la presente, el término "monómero" o "monomérico" y términos similares significan compuestos de peso molecular relativamente bajo que son polimerizables mediante polimerización de radicales libres, así como compuestos de peso molecular más alto también conocidos como "prepolímeros", "macromonómeros" y términos relacionados). Para copolímeros, los presentes prepolímeros están incluidos en la mezcla monomérica a 5 a 95% en peso, de preferencia 20 a 70 por ciento en peso. Al menos un comonómero hidrofílico se combina con el prepolímero de polisiloxano en la mezcla monomérica inicial. Los comonómeros hidrofílicos representativos incluyen: ácidos carboxílicos insaturados, tales como ácidos metacrílico y acrílico; alcoholes (met ) acrílicos sustituidos, tales como metacrilato de 2-hidroxietilo, acrilato de 2-hidroxietilo y metacrilato de glicerilo; vinil lactamas, tales como N-vinilpirrolidona y (met) acrilamidas, tales como metacrilamida y N,N-dimetilacrilamida . Un hidrogel es un sistema polimérico entrelazado que puede absorber y retener agua en un estado de equilibrio. Al menos un monómero hidrofílico está incluido en la mezcla monomérica a 20 a 60 por ciento en peso, de preferencia 25 a 50 por ciento en peso . De acuerdo con varias modalidades preferidas, la mezcla monomérica inicial comprende al menos un alcohol (met) acrílico sustituido, tal como al menos uno de metacrilato de 2-hidroxietilo y metacrilato de glicerilo, de preferencia en una cantidad de al menos 1 por ciento en peso de la mezcla monomérica, muy preferiblemente en una cantidad de 2 a 10 por ciento en peso. De preferencia, la mezcla monomérica incluye además al menos una vinil lactama, tal como N-vinilpirrolidona y/o por lo menos una (met ) acrilamida, tal como N, -dimetilacrilamida. Otra clase de monómeros formadores de lentes o formadores de dispositivos son los monómeros que contienen silicón. En otras palabras, otro comonómero que contiene silicón, además del prepolímero de polisiloxano, puede incluirse en la mezcla monomérica inicial, por ejemplo, si se desea obtener un copolímero con permeabilidad de oxígeno más alta. Una clase adecuada de monómeros que contienen silicón incluyen los monómeros voluminosos de polisiloxanilalquilo monofuncionales conocidos representados por la fórmula (VI) : en donde X significa -COO-, -CONR4-, -0C0O-, u - OCONR4-, en donde cada R4 es H o alquilo inferior; R3 significa hidrógeno o metilo; h es 1 a 10 y cada R2 significa independientemente un radical alquilo inferior o alquilo halogenado, un radical fenilo o un radical de la fórmula -Si(R5)3 en donde cada R5 es independientemente un radical alquilo inferior o un radical fenilo. Estos monómeros voluminosos incluyen específicamente metacriloxipropil tris ( trimetilsiloxi ) silano (TRIS), metilmetacrilato de pentametildisiloxanilo, tris ( trimetilsiloxi)metacriloxi propilsilano, metildi ( trimetilsiloxi)metacriloximetilsilano, carbamato de 3- [tris (trimetilsiloxi ) silil] propilvinilo y carbonato de 3- [ tris ( trimetilsiloxi ) silil]propilvinilo . Varios monómeros que contienen silicón difuncionales y multifuncionales se conocen en la técnica y pueden usarse como un comonómero si se desea.
Las mezclas de monómeros pueden incluir el comonómero de silicón, además de los prepolímeros presentes, a una cantidad de 0 a 50 por ciento en peso, de preferencia de 5 a 30 por ciento en peso cuando están presentes. Para hidrogeles de silicón, la mezcla de monómeros incluye un monómero de entrelazamiento (un monómero de entrelazamiento se define como un monómero que tiene varias funcionalidades polimerizables) . Ya que los presentes prepolímeros tienen los extremos bloqueados con un radical polimerizable, los prepolímeros funcionarán como un entrelazador. Opcionalmente, un monómero de entrelazamiento complementario puede añadirse a la mezcla monomérica inicial. Los monómeros de entrelazamiento representativos incluyen: divinilbenceno, metacrilato de alilo, dimetacrilato de etilenglicol, dimetacrilato de tetraetilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol, derivados de carbonato de vinilo de los dimetacrilatos de glicol y vinilcarbonato de metacriloxietilo . Cuando un agente de entrelazamiento complementario se emplea, este material monomérico puede ser incluido en la mezcla monomérica a una relación de 0.1 a 20 por ciento en peso, muy preferiblemente 0.2 a 10 por ciento en peso . En el caso de lentes intraoculares, las mezclas de monómeros pueden incluir además un monómero para incrementar el índice de refracción del copolímero resultante. Ejemplos de estos monómeros son metacrilatos aromáticos, tales como metacrilato de fenilo, metacrilato de feniletilo y metacrilato de bencilo. Un diluyente orgánico puede ser incluido en la mezcla monomérica inicial. Según se usa en la presente el término "diluyente orgánico" abarca compuestos orgánicos que son sustancialmente no reactivos con los componentes en la mezcla inicial, y se usan comúnmente para minimizar la incompatibilidad de los componentes monoméricos en esta mezcla. Los diluyentes orgánicos representativos incluyen: alcoholes monohídricos, tales como alcoholes monohídricos de C2-C10; dioles tales como etilenglicol; polioles tales como glicerina; éteres tales como éter monoetílico de dietilenglicol; cetonas tales como metiletilcetona; esteres tales como heptanoato de metilo; e hidrocarburos tales como tolueno . En la formación de lentes u otros dispositivos biomédicos, las mezclas monoméricas pueden cargarse en un molde, y luego someterse a calor y/o radiación de luz, tal como radiación UV, para llevar a cabo el curado, o la polimerización de radicales libres, de la mezcla monomérica en el molde. Se conocen varios procesos para curar una mezcla monomérica en la producción de lentes de contacto u otros dispositivos biomédicos, incluyendo el colado centrífugo y el colado estático. Los métodos de colado centrífugo incluyen cargar la mezcla de monómeros en un molde, y centrifugar el molde de una manera controlada mientras se expone la mezcla monomérica a luz. Los métodos de colado estático incluyen cargar la mezcla de monómeros entre las dos secciones del molde formando una cavidad de molde que proporciona una forma de artículo deseada, y curando la mezcla monomérica mediante exposición a calor y/o luz. En el caso de lentes de contacto, una sección del molde se configura para formar la superficie anterior del lente y la otra sección del molde se configura para formar la superficie posterior del lente. Si se desea, el curado de la mezcla monomérica en el molde puede ser seguido por una operación de maquinado para proporcionar así un lente o artículo de contacto que tenga una configuración final deseada. Estos métodos se describen en las patentes de E.U.A. Nos. 3,408,429, 3,660,545, 4,113,224, 4,197,266, 5,271,875, y 5,260,000, las cuales se incorporan en la presente a manera de referencia. Además, las mezclas de monómeros pueden ser coladas en forma de barras o botones, los cuales sean después cortados a una forma deseada, por ejemplo, en un artículo en forma de lente. Varios prepolímeros de polisiloxano adecuados para esta invención se describirán ahora. Una primera clase de prepolímeros de polisiloxano comprende bloques (I) y (II) y concluyen cada extremo con un radical insaturado etilénico: (*Dii*Diol*Dii*PS)x (I) (*Dii*PS)y (II) en donde : cada Dii es independientemente un residuo doble radical de un diisocianato; cada Diol es independientemente un residuo de un doble radical de un diol que tiene 1 a 10 átomos de carbono. Cada PS es independientemente un residuo de dos radicales de un diol de polisiloxano o diamina; Cada * es independientemente -NH-CO-NH- , -NH-COO- u -OCO-NH- ; x representa el número de bloques (I) y es al menos 2, y y representa el número de bloques (II) y es al menos 1. Esta clase de prepolímeros incluye aquellos representados por las fórmulas generales: M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*M (III) o M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*Diol*Dii*M (IV) en donde Dii, Diol, PS, *, x y y son como se definió arriba, y M es un radical etilénicamente insaturado polimerizable. Generalmente, los bloques de la fórmula (I) pueden caracterizarse por estar compuestos de segmentos duros fuertes (representados por *Dii*Diol*Dii* ) y segmentos suaves (representados por PS) . Generalmente, los bloques de la fórmula (I) y (II) pueden caracterizarse como estando compuestos de segmentos duros más débiles (representados por *Dii*) y segmentos suaves (representados por PS) . La distribución de estos bloques duros más débiles y fuertes (I) y (II) puede ser aleatoria o alternada, en donde x y y representan el número total de bloques de estructuras respectivas en el prepolímero; dicho de otra manera, no es necesario en las fórmulas (III) y (IV) que todos los bloques de la fórmula (I) estén directamente enlazados uno al otro. La distribución de estos bloques puede controlarse por la secuencia de adición de los ingredientes polisiloxano, disocianato y diol de cadena corta durante la preparación del prepolímero . Los prepolímeros incluyen segmentos suaves que contienen polisiloxano, representados por PS en las fórmulas (I), (II), (III) y (IV) . Muy particularmente, este segmento que contiene polisiloxano se deriva de polisiloxanos de extremos bloqueados por radicales hidroxilo o amino, tales como segmentos polisiloxanos representados por la fórmula (PS' ) . De preferencia, a en la fórmula (III) y (IV) es de aproximadamente 10 a aproximadamente 100, muy preferiblemente alrededor de 15 a aproximadamente 80. El peso molecular de PS varía de 1,000 a 8,000, muy preferiblemente 2,000 a 6,000.
Los segmentos duros fuertes de los prepolímeros incluyen el residuo de un diol, representado por Diol en las fórmulas (I), (III) y (IV). Los radicales Diol que se prefieren incluyen el residuo de dos radicales de un diol alquílico, un diol cicloalquílico, un diol alquilcicloalquílico, un diol arílico o un diol alquilarílico que tiene 1 a 10 átomos de carbono y los cuales pueden contener enlaces de éter, tio o amina en la cadena principal. Los dioles representativos incluyen 2, 2- (4,4'-dihidroxidifenil) propano (bisfenol-A), 4,4'-sio-propilidindiciclohexanol, bisfenol-A etoxilado y propoxilado, 2, 2- (4, 4' -dihidroxidifenil) pentano, 1, 1' - (4, 4' -dihidroxidifenil) -p-diisopropilbenceno, 1, 3-ciclohexanodiol, 1, 4-ciclohexanodiol, 1-4-ciclohexano dimetanol, neopentilglicol, 1 , 4-butanodiol , 1 , 3-propanodiol , 1,5-pentanodiol, etilenglicol, dietilenglicol y trietilenglicol.
Se prefieren especialmente los dioles de alquileno y alquileno eterificado que tienen de 1 a 10 átomos de carbono. Los segmentos que contienen polisiloxano mencionados arriba y segmentos de residuos de diol son enlazados por medio de diisocianatos que reaccionan con funcionalidad hidroxilo o amino de los segmentos y dioles que contienen polisiloxano. Generalmente, se puede emplear cualquier diisocianato. Estos diisocianatos pueden ser alifáticos o aromáticos, e incluyen diisocianatos de alquilo, alquilcicloalquilo, cicloalquilo, alquilo alifático y aromático que tienen de preferencia 6 a 30 átomos de carbono en la porción alifática o aromática. Ejemplos específicos incluyen diisocianato de isoforona, 1 , 6-diisocianato de hexametileno, diisocianato de 4 , 4 ' -diciclohexilmetano, diisocianato de tolueno, diisocianato de 4 , 4 ' -difenilo, diisocianato de 4, 4 ' -difenilmetano, diisocianato de p-fenileno, diisocianato de 1 , 4-fenilen-4 , 4 ' -difenilo, 1,3-bis- (4, 4 ' -isocianatometil) ciciohexano y diisocianato de ciciohexano. Generalmente, los valores x más altos dan como resultado prepolímeros que tienen un número más alto de enlaces de uretano/urea polares, y la polaridad del prepolímero es importante para asegurar compatibilidad con comonómeros hidrofílicos. Generalmente, valores y más altos dan como resultado prepolímeros con un porcentaje de silicón más alto, dando como resultado permeabilidad a oxígeno más alta. Sin embargo, la relación de x y y debe ser equilibrada. En consecuencia, la relación de x a y es de preferencia al menos 0.6 (es decir, x:y es al menos 0.6:1), muy preferiblemente al menos 0.75. Los prepolímeros están bloqueados en ambos extremos con un radical insaturado etilénico polimerizable, representado por M en las fórmulas (III) y (IV) . Los radicales M representativos son representados por la fórmula (M') . Un primer esquema de reacción representativo para formar los prepolímeros es el siguiente. Primero, un diisocianato se hace reaccionar con un diol, a una relación molar de 2:1, respectivamente. 2x OCN-Dii-NCO +xHO-Diol-OH ? xOCN-Dii*Diol*Dii-NCO En este esquema, * designa un radical uretano -NH-COO-o -OCO-NH-: Generalmente, esta reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador, tal como dilaurato de dibutil estaño y en un solvente, tal como cloruro de metileno, y bajo reflujo. Después, se añaden un diisocianato y el diol de polisiloxano, con la relación de diisocianatos totales (x+y) a diol de polisiloxano siendo de al menos 1.1. (Generalmente, 2 < x+y < 11; x > 0; y > 0.) x OCN-Dii-*-Diol-*-Dii-NCO + (x+y-1) HO-PS-OH + y OCN-Dii-NCO? OCN-(Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii-NCO Finalmente, este producto se bloquea en sus extremos con el radical etilénicamente insaturado polimerizable . OCN-Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii-NCO + 2 M-OH? M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*M Un segundo esquema de reacción representativo para formar los prepolímeros de la fórmula (I) , (II) , (III) y/o (IV) es el siguiente. Primero, un diisocianato se hace reaccionar con el diol de polisiloxano a una relación molar mostrada abajo, en donde (1+1/m) varía de preferencia de 1.05 a 1.9, muy preferiblemente de 1.2 a 1.5. (m+l) OCN-Dii-NCO + mHO-PS-OH ? OCN-(Dii*PS)m*Dii-NCO En este esquema, * designa de nuevo un radical uretano -NH-COO- u -OCO-NH-. Generalmente, esta reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador, tal como dilaurato de dibutil estaño y en un solvente, tal como cloruro de metileno, y bajo reflujo. Después, el diol se añade, con la relación molar seleccionada con base en la relación deseada de segmentos duros fuertes y débiles, con el reflujo continuado, en donde zl/z2 es igual a o menos que 2, pero más alto que 1. zl OCN-(Dii-*-PS)m-*-Dii-NCO + z2 HO-Diol-OH ? OCN-Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii-NCO Finalmente, este producto se bloquea en sus extremos con el radical etilénicamente insaturado polimerizable . OCN-Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii-NCO + 2 M-OH ? M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*M En los esquemas de reacción anteriores, la reacción de dioles con diisocianatos produce radicales uretano (-NH-COO- u -OCO-NH-) . Como alternativa, la reacción de las diaminas con diisocianatos produciría radicales urea (-NH-CO-NH-) . Otros métodos para formar polímeros de uretano o urea se conocen en la técnica, y las síntesis representativas se ilustran en los ejemplos. Una segunda clase de prepolímeros de polisiloxano son representados por la fórmula: M(*Dii*PS)x*Dii*M (V) en donde : Dii, PS, * y M tienen los mismos significados que arriba. Generalmente, los bloques *Dii*PS de la fórmula (I) pueden caracterizarse como estando compuestos de segmentos duros relativamente débiles (representados por *Dii*) y segmentos suaves (representados por PS) . En la fórmula (V) , x es al menos dos, muy preferiblemente al menos tres. Un esquema de reacción representativo para formar esta clase de prepolímeros es el siguiente. Primero, un diisocianato se hace reaccionar con el diol de polisiloxano. (n+l) OCN-Dii-NCO + n HO-PS-OH ? OCN-(Dii*PS)x*Dii-NCO en este esquema, * designa un radical uretano -NH-COO- u-OCO-NH- . Generalmente, esta reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador, tal como dilaurato de dibutilestaño y un solvente, tal como cloruro de metileno, y bajo reflujo. Finalmente, el producto se bloqueó en sus extremos con el radical etilénicamente insaturado polimerizable. OCN-(Dii*PS)x*Dii-NCO + 2 M-OH ? M(*Dii*PS)x Dii*M En el esquema de reacción anterior, la reacción del diol de polisiloxano con el diisocianato produce radicales uretano (-NH-COO- u -OCO-NH-). Como alternativa, la reacción de diaminas de polisiloxano con disocianatos produciría radicales urea (NH-CO-NH-) . Otros métodos para formar polímeros de uretano o urea se conocen en la técnica y las síntesis representativas se ilustran en los ejemplos. Los prepolímeros que contienen polixiloxano adicionales son representados por las fórmulas: M(*Dii*PS*Dii*Diol)x*Dii*PS*Dii*M (VI) M(*Dii*Diol*Dii*PS)x*Dii*Diol*Dii*M (VII) en donde Dii, PS, Diol, * y Dii tienen los mismos significados que arriba. En las fórmulas (VI) y (VII), x es por lo menos uno. Generalmente, estos prepolímeros están compuestos de segmentos duros fuertes alternantes (representados por *Dii*Diol*Dii* ) y segmentos suaves (representados por PS) . Estos prepolímeros pueden prepararse mediante métodos generalmente conocidos de la técnica, incluyendo los métodos generales descritos en US 5,034,461 (Lai et al . ) , la descripción completa de la cual se incorpora en la presente a manera de referencia. Para los prepolímeros mencionados anteriormente que contienen enlaces de uretano y/o urea entre segmentos duros y segmentos suaves, se prefiere que la relación en peso de segmentos suaves a segmentos duros sea de al menos 5:1 y no mayor que 13:1, y en algunos casos, de preferencia 7:1 y no mayor que 11:1.
El copolímero de hidrogel, cuando está completamente hidratado, tiene un contenido de agua de por lo menos 20 por ciento en peso, medido gravimétricamente. Se prefieren especialmente los copolímeros de hidrogel que tienen un contenido de agua de por lo menos 25 por ciento en peso. Asimismo, se prefiere que el copolímero de hidrogel tenga un módulo de tensión no mayor que 100 g/mm2, muy preferiblemente un módulo de entre alrededor de 40 y 80 g/mm2. El módulo puede medirse con un instrumento Instron (modelo 4502) de acuerdo con ASTM D-1708a, en donde la muestra de película de copolímero de hidrogel sea sumergida en solución salina de pH regulado con borato. Un tamaño adecuado de la muestra de película es una longitud calibre 22 mm y un ancho 4.75mm, en donde la muestra tiene además extremos que forman una forma de hueso para recibir la sujeción de la muestra con pinzas del instrumento Instron, y un espesor de 200150 mieras. Se prefiere que el copolímero de hidrogel tenga una permeabilidad de oxígeno de al menos 100 barreras, muy preferiblemente al menos 140 barreras, más preferiblemente por lo menos 150 barreras. Copolímeros que tengan una permeabilidad de oxígeno de al menos 180 barreras, e incluso de al menos 200 barreras, son provistos por esta invención. Las combinaciones preferidas de contenido de agua y permeabilidad de oxígeno también pueden ser descritas ya sea como (i) un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (320-6x) barreras, en donde x tiene un valor igual al porcentaje en peso del contenido de agua o ( (ii) un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras. Como alternativa, estas propiedades pueden ser expresadas ya sea como: (i) un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 30 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de por lo menos 200 barreras; (ii) un contenido de agua en la escala de al menos 30 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 150 barreras o (iii) un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 100 barreras. La permeabilidad de oxígeno (también referida como Dk) se determina por el siguiente procedimiento. Otros métodos y/o instrumentos pueden usarse siempre y cuando los valores de permeabilidad de oxígeno obtenidos de los mismos sean equivalentes al método descrito. La permeabilidad de oxígeno de hidrogeles de silicón se mide por el método polarográfico (ANSÍ Z80.20-1998) usando un instrumento 02 Permeometer Modelo 201T (Createch, Albany, California, E.U.A.) que tiene una sonda que contiene un cátodo de oro central circular en su extremo y un ánodo de plata aislado del cátodo. Se toman las mediciones sólo en muestras de película de hidrogel de silicón planas libres de hoyuelos y preinspeccionadas de los tres espesores centrales diferentes que varían de 150 a 600 mieras. Las mediciones de espesor central de las películas de muestra pueden medirse usando un calibre de espesor electrónico Rehder ET-1. Generalmente, las muestras de película tienen la forma de un disco circular. Las mediciones se toman con la muestra de película y la sonda sumergida en un baño que contiene una solución salina de pH regulado con fosfato circulante (PBS) equilibrada a 35sC+/-0.2a. Antes de sumergir la sonda y muestra de película en el baño de PBS, la película de muestra se pone y se centra sobre el cátodo prehumedecido con el PBS equilibrado, asegurando que no haya burbujas de aire o exceso de PBS que exista entre el cátodo y la película de muestra, y la película de muestra se asegura después a la sonda con una tapa de montaje, con la porción del cátodo de la sonda haciendo contacto sólo con la película de muestra. Para películas de hidrogel de silicón, frecuentemente es útil emplear una membrana polimérica de teflón, por ejemplo, que tenga una forma de disco circular, entre el cátodo de la sonda y la película de muestra. En tales casos, la membrana de teflón se pone primero en el cátodo prehumedecido, y luego la muestra de película se pone sobre la membrana de teflón, asegurando que no haya burbujas de aire o un exceso de PBS exista debajo de la membrana de teflón o muestra de película. Una vez que se toman las mediciones, sólo los datos con un valor coeficiente de correlación (R2) de 0.97 o más alto deben ser ingresados en el cálculo del valor Dk. Al menos dos mediciones Dk por espesor, y que satisfacen el valor R2, son obtenidas. Usando análisis de regresión conocidos, la permeabilidad de oxígeno (Dk) se calcula a partir de las muestras de película que tienen al menos tres espesores diferentes. Cualquier muestra de película hidratada con soluciones que no sean PBS es primero remojada en agua purificada y se le deja equilibrar durante al menos 24 horas, y luego se sumerge en PHB y se le deja equilibrar durante al menos 12 horas. Los instrumentos son regularmente limpiados y regularmente calibrados usando normas RGP . Los límites superior e inferior se establecen al calcular un +/- 8.8% de los valores repositorios establecidos por William J. Benjamin, et al., The Oxygen Permeabili ty of Reference Materials , Optom Vis Sci 7 (12s): 95 (1997), la descripción de la cual se incorpora en la presente en su totalidad.
Los siguientes ejemplos ilustran varias modalidades preferidas de la invención.
Ejemplo 1 Preparación de , ?-bis (4-hidroxibutil)polidimetilsiloxano (Mn de aproximadamente 5,000) Se cargó lo siguiente en un matraz de fondo redondo tres cuellos de 2 L equipado con un condensador de reflujo: 51.26 gramos de 1, 3-bishidroxibutil tetrametildisiloxano; 1,085 gramos de dimetoxidimetilsilano; 157.8 gramos de agua destilada y 18.4 mL de ácido clorhídrico concentrado. La mezcla se calentó a 602C durante 1 hora. Después se destiló el metanol durante un periodo de 5 horas, recogiendo 552 mL . Luego, se añadieron 349 ml de agua destilada y 349 mL de HCl concentrado, y los contenidos se llevaron a reflujo a 100aC durante 3 horas. El producto crudo se separó después de la capa acuosa. Después, se añadieron 600 mL de éter dietílico (éter) y 400mL de agua desionizada, y la solución se extrajo dos veces con 400mL de solución de bicarbonato de sodio (0.5%) y luego con agua destilada hasta que el lavado tuviera un pH neutro. El producto (655.8 gramos) se añadió después lentamente a una mezcla de metanol/agua (508.2g/147.97 g) . La capa orgánica inferior se separó, se añadió éter dietílico y se secó con sulfato de magnesio. El éter fue después evaporado al vacío a temperatura ambiente y el residuo se evaporó más bajo vacío (0.07-mm torr) a 80 SC. Se recuperó el producto final. El peso molecular (Mn) determinado mediante H-RMN fue 4,800.
Ejemplo 2 Preparación de a, ?-bis (4-hidroxibutil)polidimetilsiloxano (Mn de aproximadamente 2,700) El procedimiento general del ejemplo 1 fue seguido para hacer este polisiloxano, excepto que la relación molar de 1 , 3-bishidroxibutiltetrametildisiloxano a dimetoxidimetilsilano se cambió a aproximadamente 1:28. El peso molecular (Pm) del producto se determina mediante titulación fue de 2730.
Ejemplo 3 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 1 y que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Un matraz de fondo redondo de 500 mL y tres cuellos se conectó a un tubo de entrada de nitrógeno y un condensador de flujo. Se añadió lo siguiente al matraz todo a la vez: diisocianato de isoforona (2.111 g, 9.497 mmoles) (IPDI); dietilenglicol (0.498 g, 4.696 mmoles) (DEG) ; dilaurato de dibutil estaño (0.161 g) ; yl50 mL de cloruro de metileno. Los contenidos se llevaron a reflujo. Después de reposar durante la noche, la cantidad de isocianato se redujo a 43.3% determinado mediante titulación. Luego se añadió el matraz a, ?-bis (4-hidroxibutil) polidimetilsiloxano (45.873 g, 9.557mmoles) del ejemplo 1. El reflujo se continuó durante la noche y el isocianato que no reaccionó permaneció como se determina mediante titulación. Luego se añadió IPDI (1.261 g, 5,673 mmoles) y el reflujo se continuó durante la noche. La cantidad de isocianato bajó a 22.9% determinado por titulación. Los contenidos se enfriaron hasta la temperatura ambiente. Se añadieron 1, 1 ' -bi-2-naftol (0.008 g) y 2-hidroxietilmetacrilato (0.429g, 3.296 mmoles) y los contenidos se agitaron a temperatura ambiente hasta que el isocianato formara un pico a 2267 cm"1 y desapareciera del espectro IR del producto (aproximadamente 20 horas) . El solvente fue después evaporado bajo presión reducida y los 44.55 g de producto se recuperaron. Teóricamente, el polímero tenía 3 segmentos duros fuertes, 4 segmentos duros débiles (x aproximadamente 3, y aproximadamente 4) .
Ejemplo 4 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 1 y que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Un matraz de fondo redondo de 500mL y 3 cuellos seco se conectó a un tubo de entrada de nitrógeno y un condensador de reflujo. Se añadió lo siguiente al matraz en una sola vez: diisocianato de isoforona (7.825 g, 35.202 mmoles) (IPDI); a,?-bis(4-hidroxibut il ) polidimeti 1 si loxano (94.31 g, 19.648 mmoles) del ejemplo 1; dilaurato de dibutil estaño (0.297 g) y 250 mL de cloruro de metileno. Los contenidos se llevaron a reflujo. Después de reposar durante la noche, la cantidad de isocianato se determinó que se producía a 44.5% de titulación. Después se añadió el matraz dietilenglicol (1.421 g, 13.391 mmoles (DEG) . Se continuó a reflujo durante la noche, y la cantidad de isocianato cayó hasta 5.1% del original determinado por titulación. Después los contenidos se enfriaron a la temperatura ambiente. 1, 1 ' -Bi-2-naftol (0.013 g) y metacrilato de 2-hidroxietilo (0.819 g, 6.293 mmoles) fueron entonces añadidos y los contenidos se agitaron a temperatura ambiente hasta que el pico de isocianato a 2267 cm"1 desapareció en el espectro IR del producto (aproximadamente 20 horas) . El solvente se evaporó después bajo presión reducida y los 82 g de producto se recuperaron. Típicamente, el prepolímero tenía 4 segmentos duros fuertes, 3 segmentos duros débiles.
Ejemplo 5 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 1 y que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Se preparó un prepolímero con componentes de relaciones equimolares similares a las del ejemplo 4. Esta síntesis fue similar a la del ejemplo 4 excepto que se usó un segundo lote de polisiloxano con un peso molecular aproximadamente igual. Las cantidades de componentes fueron: diisocianato de isoforona (8.716g, 39.209 mmoles); a,?-bis(4-hidroxibutil) polidimetilsiloxano (105.23 g, 21.923 mmoles); dilaurato de dibutil estaño (0.307 g) ; 250 mL cloruro de metileno; dietilenglicol (1.496 g, 14.093 mmoles); l,l'-bi-2-naftol (0.0146 g) ; y metacrilato de 2-hidroxietilo (1.033 g, 7.938 mmoles) .
Ejemplo 6 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 2 y que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Un matraz de fondo redondo de 500 mL y 3 cuellos seco se conectó a un tubo de entrada de nitrógeno y un condensador de reflujo. Se añadió lo siguiente al matraz de una sola vez: IPDI (10.3311g, 46.475 mmoles); a,?-bis(4-hidroxibutil )polidimetilsiloxano (84.68 g, 31.023 mmoles) del ejemplo 2; dilaurato de dibutil estaño (0.300 g) ; y 200 mL de cloruro de metileno. Los contenidos se llevaron a reflujo. Después del reposo en la noche, la cantidad de isocianato se determinó que se reducía a 33.6% mediante titulación. Después, se añadió DEG (1.092 g, 10.288 mmoles) al matraz. Se continuó el reflujo durante 60 horas y la cantidad de isocianato cayó hasta 11.4% del original como se determina por titulación. Después, los contenidos fueron enfriados hasta la temperatura ambiente. Luego se añadieron l,l'-bi-2-naftol (0.012 g) y metacrilato de 2-hidroxietilo (1.639 g, 12.595 mmoles) y los contenidos se agitaron a temperatura ambiente hasta que el pico de isocianato a 2267 cm"1 desapareció del espectro IR del producto (aproximadamente 20 horas) . El solvente se evaporó después bajo presión reducida para producir un producto líquido transparente (96.67 g) . Teóricamente el prepolímero tiene un bloque 6 PDMS y 2 segmentos duros fuertes (x aproximadamente 2, y aproximadamente 5 ) .
Ejemplos 7-12 Copolímeros del prepolímero del ejemplo 3 Se hicieron mezclas de monómeros al mezclar los siguientes componentes, listados en la tabla 1 en cantidades por peso: prepolímeros de los ejemplos 3 y 4; metacrioxipropilo tris (trimetilsíloxi) silano (TRIS); N,N- dimetilacrilamida (DMA) ; 2-hidroxietilmetacrilato (HEMA) ; N-vinilpirrolidona (NVP) ; y carbonato de metacriloxietilvinilo (HemaVC). Además, cada mezcla de monómeros incluía: 1,4-bis (2-metacrilamidoetilamino) antraquinona como un tinte (150 ppm) ; hexanol como un diluyente (10 partes en peso) ; e iniciador UV Darocur-1173™ (Ciba Specialty Chemical, Ardsley NH) (0.5% en peso) . Las mezclas de monómeros fueron coladas entre placas de vidrio tratadas con silano, y luego se curaron bajo luz UV durante 1 hora. Cada mezcla de monómeros se coló entre tres conjuntos de placa de vidrio, cada conjunto de placas separadas por cintas de polímero Teflón™ de diferentes espesores, de tal manera que tres conjuntos de muestras de película se obtuvieran por cada mezcla de monómeros, con espesores de película de aproximadamente 200, 400 y 600 mieras. Las películas curadas se extrajeron después con isopropanol durante la noche, seguidas por hidratación en agua desionizada (DI), hirvieron en agua DI durante 4 horas y luego se saturaron en solución salina de pH regulado con borato o solución salina de pH regulado con fosfato para dar películas de hidrogel . El contenido de agua se midió gravimétricamente. Se llevaron a cabo pruebas mecánicas en solución salina de pH regulado con borato de acuerdo con ASTM D-1708a, descrito arriba. Las permeabilidades de oxígeno, reportadas en unidades Dk (o barrera) , se midieron en solución salina de pH regulado con fosfato a 35SC usando películas aceptables con tres espesores diferentes, como se describió arriba.
Tabla 1 Las mezclas de monómeros preparadas en los ejemplos 8 y 9 fueron turbias por lo que no se colaron películas. Sin embargo, cuando se usó menos HEMA como un comonómero hidrofílico (como en los ejemplos 9, 10 y 11) o cuando el DMA fue reemplazado totalmente con NVP (como en el ejemplo 6), las mezclas fueron transparentes y todas las películas de hidrogel eran transparentes. (1) No se obtuvieron tres puntos de datos de espesor. (2) Se obtuvieron cuatro puntos de datos de espesor.
Ejemplos 13-18 Copolímeros del prepolímero del ejemplo 4 Siguiendo los procedimientos generales de los procedimientos 7-12, se prepararon mezclas de monómeros, se colaron películas de copolímero y las propiedades se evaluaron, usando el prepolímero del ejemplo 4. Los resultados se resumen en la tabla 2.
Tabla 2 Cuando se comparan los prepolímeros del ejemplo 3 y el ejemplo 4, se encontró que el prepolímero del ejemplo 4 puede usarse para formularse con 5 partes de HEMA, en lugar de sólo 2.5 partes como con el prepolímero del ejemplo 3. Se cree que esto se debe a que el prepolímero del ejemplo 4 tuvo un contenido de más segmentos duros fuertes que el prepolímero del ejemplo 3.
Ejemplos 19-24 Copolímeros derivados del prepolímero del ejemplo 5 Siguiendo los procedimientos generales de los ejemplos 7-12, se prepararon mezclas de monómeros, se colaron películas de copolímero y las propiedades se evaluaron, usando el prepolímero del ejemplo 5. Los resultados se resumen en la tabla 3.
Tabla 3 Ejemplos 25-27 Copolímeros derivados del prepolímero del ejemplo 6 Siguiendo los procedimientos generales de los ejemplos 7-12, se prepararon mezclas de monómeros, se colaron películas de copolímero y las propiedades se evaluaron, usando el prepolímero del ejemplo 6. Los resultados se resumen en la tabla 4.
Tabla 4 Ejemplo 28 Preparación de a, ?-bis (4-hidroxibutil)polidimetilsiloxano (peso molecular de aproximadamente 3,600) Se cargó lo siguiente en un matraz de fondo redondo de 3 cuellos y de 2 litros equipados con un condensador de reflujo: 51.26 gramos de 1, 3-bishidroxibutiltetrametil-disiloxano; 863 gramos de dimetoxidimetilsilano; 126 gramos de agua destilada y 14.7 mL de ácido clorhídrico concentrado. La mezcla se calentó a 60 eC durante 1 hora. Después se destiló en metanol durante un periodo de 5 horas. Luego, se añadieron 279 ml de agua destilada y 279 L de HCl concentrado, y los contenidos se llevaron a reflujo a 100aC durante 3 horas. El producto crudo se separó después de la capa acuosa. Después, se añadieron 600 mL de éter dietílico y 400 mL de agua destilada, y la solución se extrajo dos veces con 400 mL de solución de bicarbonato de sodio (0.5%) y luego con agua destilada hasta que el lavado tuviera un pH neutro. El producto se añadió después lentamente a una mezcla de metanol/agua (406g/118g) . La capa orgánica inferior se separó, se le añadió éter dietílico y se secó con sulfato de magnesio. El éter fue después evaporado al vacío a temperatura ambiente y el residuo se evaporó también al vacío (0.07-mm torr) a 802C. El producto final se recuperó. El peso molecular (Mn) determinado mediante titulación fue 3598.
Ejemplo 29 Preparación de prepolímero de , ?-polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 28 y que tiene la fórmula (V) Usando un matraz de 3 cuellos seco de 500 mL se conectó a una entrada de nitrógeno y a un condensador de reflujo. Se añadió lo siguiente al matraz en una sola vez: diisocianato de isoforona (9.188 g, 41.333 mmoles) (IPDI); a,?-bis(4- hidroxibuti 1 ) polidimet i 1 si loxano del ejemplo 1 (114.68 g, 31.873 mmoles) (PDMS); dilaurato de dibutil estaño (0.327 g) y 180 mL de cloruro de metileno. Los contenidos se llevaron a reflujo. Después de reposar durante la noche, la cantidad de isocianato se determinó que se reducía a 22.0% mediante titulación. Los contenidos fueron enfriados a la temperatura ambiente. Después se añadieron 1 , 1 ' -bi-2-naftol (0.0144 g) y metacrilato de 2-hidroxietilo (2.915 g, 22.399 mmoles) y los contenidos se agitaron a temperatura ambiente hasta que el pico de isocianato a 2267 cm"1 desapareciera del espectro IR del producto. El solvente se evaporó después bajo presión reducida y el producto se recuperó (126 g) . Teóricamente, el prepolímero tenía 3 bloques que contenían PDMS (x aproximadamente 3) .
Ejemplo 30 Preparación de prepolímero de a, ?-polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 28 que tiene la fórmula (V) Se sigue el procedimiento general del ejemplo 29, excepto que la relación molar de PDMS a IPDI es 4:5, respectivamente. Se recuperaron 149.6 gramos de prepolímero. Teóricamente, el prepolímero tenía 4 bloques que contenían PDMS (x aproximadamente 4) .
Ejemplo 31 Preparación de prepolímero de ,?-polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 28 y que tiene la fórmula (V) Se sigue el procedimiento general del ejemplo 29, excepto que la relación molar de PDMS a IPDI es 5:6, respectivamente. Se recuperaron 159.9 g de prepolímero.
Teóricamente, el prepolímero tenía 5 bloques que contenían PDMS (x aproximadamente 5) .
Ejemplos 32-41 Copolímeros Se hicieron mezclas de monómeros al mezclar los siguientes componentes, listados en las tablas 5 y 6 a las cantidades en peso: prepolímeros de los ejemplos 29, 30 ó 31; metacriloxipropiltris ( trimetilsiloxi (silano (TRIS); N,N-dimetilacrilamida (DMA) ; metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) ; N-vinilpirrolidona (NVP) ; y/o carbonato de metacriloxietilvinilo (HemaVC). Además, cada mezcla de monómeros incluía: 1, 4-bis (-2metacrilamidoetilamino) antraquinona como un tinte (150 ppm); hexanol como un diluyente (10 partes en peso) e iniciador UV Darocur™ (Ciba Specialty Chemical, Ardsley NY) (0.5% en peso) . Las mezclas de monómeros fueron coladas y curadas en películas siguiendo el procedimiento general de los ejemplos 7-12.
Tabla 5 Tabla 6 Las mezclas de monómeros preparadas en los ejemplos 37, 38 y 40 fueron turbias por lo que no se colaron películas. Ya que el prepolímero en estos ejemplos fue menos polar, esto sugiere que los prepolímeros de polaridad más baja son menos compatibles con los monómeros hidrofílicos. Todas las películas de hidrogel eran ópticamente transparentes. Como se ve en la figura 2, los copolímeros reclamados tienen valores de contenido Dk/agua que están muy por arriba de la línea representada de varios copolímeros de hidrogel de silicón anteriores, y la mayoría de estos copolímeros tiene un módulo de tracción deseable para aplicaciones de lentes de contacto suaves. Se notan varias observaciones adicionales. Primero, los copolímeros que incluyen un alcohol metacrílico sustituido tendieron a tener permeabilidad de oxígeno más alta para un contenido de agua dado. Segundo, los copolímeros que tienen un prepolímero con un contenido de átomo de silicio de al menos 30 por ciento en peso tendieron a tener permeabilidad de oxígeno más alta para un contenido de agua dado .
Ejemplo 42 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 1 y que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Se preparó un prepolímero siguiendo la síntesis general del ejemplo 4. Las cantidades de componentes fueron: diisocianato de isoforona (6.650 g, 29.918 mmoles); a,?-bis(4-hidroxibutil ) polidimeti lsiloxano (72.71 g, 15.148 mmoles); dilaurato de dibutilestaño (0.215 g); 200 mL de cloruro de metileno; dietilenglicol (1.186 g, 11.172 mmoles); 1 , 1 ' -bi-2 -naftol (0.012 g) y metacrilato de 2-hidroxietilo (0.986 g, 7.576 mmoles).
Ejemplo 43 Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 1 que contiene bloques de las fórmulas (I) y (II) Se preparó un prepolímero siguiendo la síntesis general del ejemplo 4. Las cantidades de componentes fueron: diisocianato de isoforona (12.370 g, 55.649 mmoles); 0C,?-bis(4-hidroxibutil ) polidimetilsiloxano (133.47 g, 27.806 mmoles); dilaurato de dibutil estaño (0.404 g); 300 mL de cloruro de metileno; dietilenglicol (2.257 g, 21.270 mmoles); 1 , 1 ' -bi-2-naf tol (0.021 g) y metacrilato de 2-hidroxietilo (1.678 g, 12.894 mmoles) .
Ejemplo 44 Preparación de a, -bis (4- hidroxibutiDpolidimetilsiloxano (Peso molecular aproximadamente 4,000) El procedimiento general del ejemplo 1 fue seguido para hacer este polisiloxano, excepto que la relación molar de 1,3-bishidroxibuti ltetramedildi siloxano a dimetoxidimetilsilano se cambió a aproximadamente 1:45. El peso molecular (Mn) del producto se determina por titulación y fue de 4,000.
Preparación de un prepolímero a base de polidimetilsiloxano usando PDMS del ejemplo 44 Se preparó un prepolímero siguiendo la síntesis general del ejemplo 4 y empleando el PDSM de este ejemplo. Las cantidades de componentes fueron: diisocianato de isoforona (23,149 g, 104.139 mmoles); a, ?-bis ( 4-hidroxibutil ) polidimetilsiloxano (208.54 g, 51.568 mmoles) ; dilaurato de dibutilestaño (0.690 g ) ; 400 ml de cloruro de metileno; dietilenglicol (4.769 g, 44.940 mmoles), 1 , 1 ' -bi-2 -naf tol (0.32 g ) ; y metacrilato de 2 -hidroxet i lo (1.751 g, 13.455 mmoles ) .
Ejemplos 45-52 Copolímeros Se hicieron mezclas de monómeros al mezclar los siguientes componentes, listados en las tablas 7 y 8 en cantidades en peso: prepolímeros de los ejemplos 42, 43 ó 44; metacri loxipropi 1 tris ( trimetilsi loxil ) si la o (TRIS); N, -dimeti lacri lamida (DMA); metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) ; N-vini lpirrolidona (NVP) ; y/o carbonato de metacri loxiet i lvini lo (HemaVC) . Además, cada mezcla de monómeros incluía: l,4-bis(2-metacri lamidoe t ilamino ) -antraquinona como un tinte (150 ppm) e iniciador UV Darocur™ (Ciba Specialty Chemical, Ardsley NY) (0.5% en peso). Las mezclas de monómeros se colaron y curaron en películas siguiendo el procedimiento general de los ejemplos 7-12. Los valores Dk en la tabla 7 y 8 se derivaron de cinco puntos de datos, excepto para el ejemplo 51 el cual fue derivado de cuatro puntos de datos.
Tabla 7 Tabla 8 Habiendo descrito de esta manera varias modalidades preferidas de la invención, los expertos en la técnica apreciarán que pueden hacerse a la misma varias modificaciones, adiciones y cambios sin alejarse del espíritu y alcance de la invención, como el descrito en la siguientes reivindicaciones . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (45)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un copolímero de hidrogel que es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico, caracterizado porque tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (320-6x) barreras, en donde x tiene un valor igual al contenido de agua porcentual en peso o un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras .
2. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxigeno de más de (350-6x) barreras, en donde x tiene un valor igual al porcentaje en peso del contenido de agua o un contenido de agua en la escala de 40 a no más de 45 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 80 barreras o un contenido de agua en la escala de 45 a 50 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras .
3. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (330-6x) barreras, en donde x tiene un valor igual al porcentaje en peso del contenido de agua o un contenido de agua en la escala de 40 a no más de 45 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 80 barreras o un contenido de agua en la escala de 45 a 50 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras .
4. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (380-6x) barreras .
5. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (410-6x) barreras .
6. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un contenido de agua en el intervalo de al menos 20 a no más de 40 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de (440-6x) barreras .
7. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un contenido de agua en la escala de al menos 40 a 50 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de más de 100 barreras.
8. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un módulo no mayor que 100 g/mm2.
9. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque tiene un módulo de entre alrededor de 40 y 80 g/mm2.
10. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de átomos de silicio del prepolímero es de al menos 30% en peso del prepolímero.
11. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de átomos de silicio del prepolímero es de al menos 32% del prepolímero .
12. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de átomos de silicio del prepolímero es de al menos 33% del prepolímero .
13. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero tiene un peso molecular (Mn) de al menos 10,000.
14. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero tiene un peso molecular (Mn) de al menos 15,000.
15. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero tiene un peso molecular (Mn) de al menos 20,000.
16. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende al menos un monómero hidrofílico seleccionado del grupo que consiste en: ácidos carboxílicos insaturados; alcoholes (met) acrílicos sustituidos, vinil lactamas y (met) acrilamidas .
17. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende al menos un monómero hidrofílico seleccionado del grupo que consiste en: ácido metacrílico; ácido acrílico; metacrilato de 2-hidroxietilo; N-vinilpirrolidona; metacrilamida y N,N-dimetilacrilamida .
18. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende al menos un alcohol (met ) acrílico sustituido.
19. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende al menos uno de metacrilato de 2-hidroxietilo y metacrilato de glicerilo.
20. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la mezcla monomérica incluye además al menos una vinil lactama.
21. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porgue la mezcla monomérica comprende metacrilato de 2-hidroxietilo y N-vinilpirrolidona.
22. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende además un monómero que contiene silicón monofuncional .
23. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la mezcla monomérica comprende además metacriloxipropil tris ( trimetilsiloxi) silano .
24. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero es terminado en cada extremo con un radical insaturado etilénico polimerizable .
25. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el radical insaturado etilénico tiene la fórmula: en donde : R2 es hidrógeno o metilo; cada R24 es hidrógeno, un radical alquilo que tiene 1 a 6 átomos de carbono o un radical -CO-Y-R26 en donde Y es -O-, -S- o -NH-; R5 es un radical alquileno divalente que tiene 1 a 10 átomos de carbono; R6 es un radical alquilo que tiene 1 a 12 átomos de carbono; Q significa -CO-, -OCO- o -COO- ; X significa -O- o -NH- ; Ar significa un radical aromático que tiene 6 a 30 átomos de carbono; b es 0 a 6 ; c es 0 a 1 ; d es 0 ó 1 y e es 0 ó 1.
26. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero comprende segmentos suaves que son un residuo de dos radicales de la fórmula (PS') : en donde : cada A es un radical hidroxilo o amino; cada R se selecciona independientemente de un grupo alquileno que tiene 1 a 10 átomos de carbono en donde los átomos de carbono pueden incluir enlaces de éter, uretano o ureido entre los mismos; cada R' se selecciona independientemente de radicales hidrógeno, hidrocarburo monovalentes o radicales de hidrocarburo monovalente sustituidos con halógeno en donde los radicales hidrocarburo tienen 1 a 20 átomos de carbono los cuales pueden incluir enlaces de éter entre los mismos y a es por lo menos 1.
27. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque cada R es alquileno, y cada R' es independientemente alquilo o fluoroalquilo que incluye opcionalmente enlaces de éter.
28. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el prepolímero comprende además al menos un miembro seleccionado del grupo que consiste en: segmentos duros fuertes representados por *Dii*Diol*Dii* y segmentos duros débiles representados por *Dii*; en donde cada Dii es independientemente un residuo de dos radicales de un diisocianato, cada Diol es independientemente un residuo de dos radicales que tiene 1 a 10 átomos de carbono, y cada * es independientemente -NH-CO-NH-, -NH-COO- o -0C0NH-.
29. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el prepolímero comprende los segmentos suaves y los segmentos duros fuertes, representados por *Dii*Diol*Dii*PS*Dii* en donde PS es el residuo de dos radicales de la fórmula (PS').
30. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la relación de peso de los segmentos suaves a los segmentos duros fuertes es de al menos 5:1 y no más de 13:1.
31. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la relación de peso de los segmentos suaves a los segmentos duros fuertes es de al menos 7:1 y no más de 11:1.
32. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero se selecciona de una de las siguientes fórmulas: M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*M M(*Dii*Diol*Dii*PS)x(*Dii*PS)y*Dii*Diol*Dii*M M(*Dii*PS*Dii*Diol)x*Dii*PS*Dii*M M(*Dii*Diol*Dii*PS)x*Dii*Diol*Dii*M M(*Dii*PS)x*Dii*M en donde : cada M es independientemente un radical etilénicamente insaturado polimerizable; cada Dii es independientemente un residuo de doble radical de un diisocianato; cada Diol es independientemente un residuo de un doble radical de un diol que tiene 1 a 10 átomos de carbono; cada PS es independientemente un residuo de dos radicales de un diol de polisiloxano o diamina; cada * es independientemente -NH-CO-NH- o -NH-COO-; x es al menos 2, y y es al menos 1.
33. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1.
34. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 2.
35. Un lente de contacto caracterizado porgue se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 3.
36. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 4.
37. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 5.
38. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 6.
39. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 7.
40. El copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene ya sea: un contenido de agua en la escala de al menos 20 a no más de 30 por ciento en peso, y una permeabilidad de oxígeno de al menos 200 barreras o un contenido de agua en la escala de al menos 30 a no más de 40 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 150 barreras o un contenido de agua en la escala de 40 a 50 por ciento en peso y una permeabilidad de oxígeno de más de 100 barreras .
41. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 39.
42. Un copolímero de hidrogel que es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica que comprende un prepolímero de polisiloxano y un comonómero hidrofílico , el copolímero de hidrogel está caracterizado porque tiene un contenido de agua de al menos 40 por ciento en peso , y una permeabilidad de oxígeno de más de 70 barreras .
43 . Un copolímero de hidrogel de silicón que es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica caracterizado porque comprende un prepolímero de polisiloxano , una vinil lactama y un alcohol (met ) acrilado .
44 . El copolímero de hidrogel de silicón de conformidad con la reivindicación 43 , caracterizado porque la mezcla monomérica comprende al menos uno de metacrilato de 2 -hidroxietilo y metacrilato de glicerilo . 45. El copolímero de hidrogel de silicón de conformidad con la reivindicación 43 , caracterizado porque la mezcla monomérica comprende metacrilato de 2 -hidroxietilo y N-vinilpirrolidona . 46. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación 43. 47. Un lente de contacto caracterizado porque se hace a partir del copolímero de hidrogel de conformidad con la reivindicación
45. 48. Un copolímero de hidrogel de silicón que es el producto de polimerización hidratado de una mezcla monomérica caracterizado porque copprende un monómero que contiene silicón, una vinil lactama y un alcohol (met) acrilado.
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