TW202015902A - 具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法 - Google Patents
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Abstract
一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，乃透過化學共軛方式將一聚合物薄膜附著於鏡片本體表面上，再利用聚合物物質的負電荷和正電荷之間的離子吸附作用來產生另一聚合物薄膜，以在鏡片本體表面形成良好結合有兩聚合物薄膜的聚合物多層膜；當配戴隱形眼鏡時，此聚合物多層膜會為眼睛表面提供更光滑的觸感，同時可達到更高的含水量，從而可提高配戴的舒適性。
Description
本發明係有關於一種隱形眼鏡的製備方法，特別是有關於一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法。
使用隱形眼鏡所伴隨而來的主要問題是乾燥的情況。因此，在製造隱形眼鏡中增加使用較高透氣性材料已成為一種趨勢，這也推動了對於矽氧烷基材料的使用。另一方面，這些材料本質上是疏水性的，且排斥水。即使使用電漿進行表面處理來形成親水性表面，這些鏡片也可能形成斥水（water-repelling）區域，這會導致水分解（water-breakup）時間的減少。 這些區域還具有吸引更多脂質和蛋白質沉積的傾向。
為了改善這些問題，隱形眼鏡可以在表面塗覆上所需的材料。塗層材料可以根據所欲獲得的特性來選擇。通常上，親水性聚合物已用於醫療領域，以防止聚合物在進入體內時發生不希望的免疫原性反應。可以容易地看出，胰島素的聚乙二醇化（PEGylation）是避免其進入體內時的免疫原性反應的非常理想的方式。類似地，用親水性聚合物塗覆也已用於保護醫療裝置表面，以避免遭受表面上蛋白質的聚集。
根據這些經驗，用所需材料塗覆隱形眼鏡表面也是有用的，可以防止諸如蛋白質沉積物之類的不良影響。在一個實際例子，由疏水性材料製成的隱形眼鏡表面可塗有一層親水性材料。舉例來說，疏水性材料可為矽，其用於製造鏡片的主體，且親水性單體可為聚（甲基丙烯酸酯）（poly(methacrylate)），則可用於塗覆隱形眼鏡的表面。 這種塗層可以為隱形眼鏡的表面提供親水特性。
因此，這種塗覆方法可用於為隱形眼鏡的主體提供所需的特性。再者，隱形眼鏡的主體可以保持製成它的材料之整體性質，而僅修飾表面，可以確保整個隱形眼鏡的物理特性不受影響。而對於隱形眼鏡表面製作多層塗層，可以製造親水性表面，並為塗層帶來更多的功能性，例如抗反射、防霧、抗紫外線等等。已知一種多層塗層的製作方法，是使用相反電荷的至少兩種不同的聚電解質交替地形成在基底上，來形成逐層（LbL）塗層。然而，這種逐層塗層與基底的黏附性較差。
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，乃結合能夠將一種或多種聚合物化學共軛於鏡片本體表面上的技術，以及利用具有不同帶電物質的多種聚合物來製作逐層塗層之方法，而可於鏡片本體表面形成由化學共軛的聚合物薄膜以及離子接合的聚合物薄膜所組成的聚合物多層膜，此聚合物多層膜可為隱形眼鏡之配戴者提供增加保水度和舒適性等益處。
本發明的另一目的是提供一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，可通過使用隱形眼鏡的現有製程和生產線來實現，可降低設備成本，極具經濟效益。
為了達到上述目的，本發明提供了一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，首先提供一鏡片本體，此鏡片本體表面存在有複數化學基團；然後，提供一反應溶液，將至少一第一聚合物加入反應溶液，此第一聚合物包含有負電荷；將鏡片本體浸入反應溶液中，於紫外光源或熱源作用下，使第一聚合物化學共軛到鏡片本體表面形成第一聚合物薄膜；再提供一緩衝溶液，將至少一第二聚合物加入緩衝溶液，此第二聚合物包含有正電荷；以及，將鏡片本體浸入緩衝溶液中，以通過離子吸附過程形成第二聚合物薄膜於第一聚合物薄膜表面，而在鏡片本體表面上形成包含第一聚合物薄膜與第二聚合物薄膜之聚合物多層膜。
前述製備方法中，為了在鏡片本體的表面上進行化學共軛過程，鏡片本體必須具有一些化學基團，這些化學基團較佳可為胺基（amine group）、羧基（carboxyl group）或碸基（sulfone group），例如，鏡片本體可由包含有乙醇胺（Ethanolamine）、多巴胺（Dopamine）、十八胺（Octadecylamine）或N，N-二甲基（N,N-Dimethylacrylamide）的單體所製得。而第一聚合物較佳可選自改質及未改質的聚乙二醇（Polyethylene glycol）、透明質酸（Hyaluronic acid）、透明質酸鈉（sodium hyaluronate）、N-乙烯基吡咯烷酮（N-vinylpyrrolidone）、聚乙烯醇（Poly(vinyl alcohol)）、2-甲基丙烯醯氧基乙基磷醯膽鹼（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine）、聚（丙烯醯胺）（Poly(acrylamide)）、海藻酸（Alginic acid）及海藻酸鈉（sodium alginate）中的一種或多種。
前述製備方法中，為了在鏡片本體的表面上進行逐層沉積過程，第二聚合物具有與第一聚合物電性相反的電荷，而第二聚合物較佳可選自透明質酸、透明質酸鈉、海藻酸、海藻酸鈉、改質及未改質的殼聚醣（Chitosan）中的一種或多種。
前述製備方法中，可讓所有反應在適合鏡片存放的小型容器內發生，無須增設額外的基礎設備，而能確保所有的反應步驟。具體而言，可將鏡片本體另外存放在第一容器中，第一容器中填充有反應溶液，反應溶液含有塗覆第一聚合物薄膜所需的第一聚合物，反應溶液還可含有用於促進反應進行的合適催化劑，然後，將其密封並以紫外光或溫度的形式令其反應形成第一聚合物薄膜。同樣地，可在上述反應完成後，再將鏡片本體轉移到第二容器中，第二容器填充有緩衝溶液，緩衝溶液含有第二聚合物，用於形成第二聚合物薄膜於第一聚合物薄膜之上。然後，將第二容器密封，通過溼熱滅菌，即可以出售給顧客使用，來確保鏡片配戴舒適。本發明通過這種方式，可以運用現有製程和設備來降低成本，而達到利益最大化。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參照第1圖，說明本發明所提供之具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法之流程步驟；同時，請參照第2A～2F圖，依序繪示本發明所提供之具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法的流程示意圖。
首先，見步驟S100，如第2A圖所示，提供一鏡片本體10，此鏡片本體10是由富含化學基團（chemically active groups）的單體所製成，而於鏡片本體10表面存在有多個化學基團。
在本發明中，隱形眼鏡是指使用隱形眼鏡工業中常見的任何單體所製造的光學或醫療物品。對於本領域技術人員所熟知，用於製造這種隱形眼鏡的鏡片本體10的單體材料包括常見的親水性單體（如聚-2（甲基丙烯酸羥乙酯）（pHEMA, Poly-2(hydroxyethyl methacrylates)）、疏水性單體（如矽氧烷（Silicones））或兩者組合而成的單體混合物。此種隱形眼鏡透過採用諸如車床切割（lathe-cutting）、澆鑄成型（cast-molding）、旋轉鑄造（spin casting）或前述方法所衍生的任何其他組合方法來製作，並同時與熱固化或紫外光（UV）固化的任何固化方法相結合。
同時，本發明製造隱形眼鏡的鏡片本體10之單體材料中必須具有一些化學基團。這些化學基團可用於將所需聚合物共軛（conjugation）到鏡片本體表面上。共軛聚合物的反應類型可以依照鏡片本體10表面和預期在表面上共軛的聚合物上存在的化學基團的化學性質來選擇，再者，可以根據化學基團來設計合適的反應環境，也可以選擇所需的催化劑（catalyst）；如第2B圖所示，可以用催化劑11進行活化。
在本發明中，化學基團可以為胺基（amine group）、羧基（carboxyl group）或碸基（sulfone group）。而鏡片本體10則可由包含有乙醇胺（Ethanolamine）、多巴胺（Dopamine）、十八胺（Octadecylamine）或N，N-二甲基（N,N-Dimethylacrylamide）的單體混合物所製得。
然後，見步驟S110，提供一反應溶液20，將至少一種第一聚合物加入反應溶液20，第一聚合物包含有負電荷，且第一聚合物具有可與鏡片本體10上存在的多個化學基團反應並共軛的化學基團。
在本發明中，第一聚合物可選自改質及未改質的聚乙二醇（Polyethylene glycol）、透明質酸（Hyaluronic acid）、透明質酸鈉（sodium hyaluronate）、N-乙烯基吡咯烷酮（N-vinylpyrrolidone）、聚乙烯醇（Poly(vinyl alcohol)）、2-甲基丙烯醯氧基乙基磷醯膽鹼（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine）、聚（丙烯醯胺）（Poly(acrylamide)）、海藻酸（Alginic acid）及海藻酸鈉（sodium alginate）中的一種或多種。
見步驟S120，如第2C圖所示，將鏡片本體10浸入反應溶液20中，如第2D圖所示，於紫外光源或熱源之作用下，鏡片本體10的化學基團與第一聚合物會進行反應，以在鏡片本體10表面和第一聚合物之間形成穩定的共價鍵（chemical bond），達到化學共軛（chemical conjugation），而於鏡片本體10表面形成第一聚合物薄膜。
見步驟S130，提供一緩衝溶液30，將至少一第二聚合物加入緩衝溶液30，第二聚合物包含有正電荷。
在本發明中，第二聚合物可選自透明質酸、透明質酸鈉、海藻酸、海藻酸鈉、改質及未改質的殼聚醣（Chitosan）中的一種或多種。
在本發明中，緩衝溶液30是指用於在隱形眼鏡銷售和使用之前將隱形眼鏡保存在其聚丙烯包裝中的溶液。這種溶液基本上由與其他試劑結合的水性緩衝液組成，以確保與人眼相容的滲透壓。
見步驟S140，如第2E圖所示，將鏡片本體10浸入緩衝溶液30中時，第一聚合物薄膜的第一聚合物和第二聚合物分別在其鏈上具有不同的負電荷和正電荷，在不同種類的電荷之間會產生離子吸引力，可以通過離子吸附過程形成第二聚合物薄膜於第一聚合物薄膜表面，而如第2F圖所示，最終在鏡片本體10表面上形成包含透過離子吸引力相互散佈的第一聚合物薄膜與第二聚合物薄膜之聚合物多層膜（multiple layers）。
本發明藉由適當地選擇第一聚合物和第二聚合物，可以在鏡片本體的表面上進行多種聚合物的逐層沉積過程。其中，第一聚合物在其整個鏈中具有多種負電荷，而第二聚合物在其鏈中具有多種正電荷。除了在第一聚合物層和鏡片本體表面之間形成的化學鍵之外，這種相反電荷的集合允許它通過離子吸引過程形成彼此結合的多層聚合物。
另外，為了進行所述化學共軛和逐層沉積的方法有許多可能的選擇，通常需要進行反應的製品需要置於含有反應物（reagents）的溶劑中，然後，在溫度和催化劑方面提供適當的起始條件。為了在隱形眼鏡工業中進行作業，通常使用填充有溶劑和反應物的儲存槽（storage tank），再將待塗覆的隱形眼鏡浸入儲存槽中，然後，提供適當的攪拌和能量以引發反應。
通常隱形眼鏡會以小型聚丙烯容器出售，其中隱形眼鏡儲存在水性緩衝溶液中。造成這種情況的原因，包括用於在運輸和儲存期間儲存隱形眼鏡及防止其乾燥，使鏡片保持完美的形狀以便放在眼球上，並確保鏡片佩戴舒適。因此，隱形眼鏡生產過程中的關鍵步驟是用緩衝溶液填充聚丙烯容器，然後，將鏡片放入溶液中，再將其密封並高壓滅菌。
根據本發明所揭露的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，可讓所有反應在適合鏡片存放的小型容器內發生，無須增設額外的基礎設備（例如化學品的大型反應槽或儲存槽），而能確保所有的反應步驟。進一步來說，可將鏡片本體另外存放在第一容器中，第一容器填充有反應溶液，反應溶液含有塗覆第一聚合物薄膜所需的第一聚合物。反應溶液還可含有用於促進反應進行的合適催化劑。然後，用鋁箔密封第一容器。之後，在第一容器內的反應混合物以紫外光或溫度的形式提供能量，並進行適當的攪拌。這導致在第一容器內發生反應，以將所需第一聚合物塗覆到鏡片本體的表面上，來形成第一聚合物薄膜。
同樣地，可在上述反應完成後，再將表面上具有第一聚合物薄膜的鏡片本體轉移到第二容器中，第二容器填充有緩衝溶液，緩衝溶液含有第二聚合物，用於形成第二聚合物薄膜於第一聚合物薄膜之上。然後，將第二容器密封，通過溼熱滅菌，即可出售給顧客使用。由於存在所需的正/負電荷物質和由於滅菌過程以高溫形式提供的能量，可以在隱形眼鏡表面上的聚合物之間形成多層。上述第一容器和第二容器實務上可為聚丙烯容器。本發明利用隱形眼鏡生產過程中的現有製程和設備來確保所有反應步驟的執行，藉以達到利益最大化。
本發明在此提供一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法之實例，其包含以下步驟：
首先，步驟S100，稱量45克甲基丙烯酸羥乙酯（hydroxyethyl methacrylate），並於其中加入1克甲基丙烯酸（methacrylic acid ，MAA）。此後，加入0.75克2-羥基-2-甲基-1-苯基 - 丙-1-酮（2-Hydroxy-2- methyl-1-phenyl-propan-1-one ）（來自CibaTM 的Darocur TM 1173）的聚合起始劑（polymerisation initiator）和0.5克乙二醇二甲基丙烯酸酯（ethylene glycol dimethacrylate ，EGDMA），以得到用於製備鏡片本體的單體混合物。將單體混合物在35℃和200轉/分鐘下攪拌50分鐘。攪拌過後，將前述步驟所得到的單體添加多巴胺（1％ v/v），並攪拌以確保完全混合。然後，將前述單體混合物倒入模具中，在環境溫度下，在波長310-370nm的紫外光和24-28mW/cm2
的光能下固化35分鐘。固化之後，在80℃的溫度下浸入20％乙醇中20分鐘，從模具中取出鏡片本體。然後，將鏡片本體放入80℃的去離子水中55分鐘，來洗滌鏡片本體，以除去任何未反應的化學物質。
接著，步驟S110，將35g聚（乙烯醇）（poly(vinyl alcohol)）和15g海藻酸鈉（sodium alginate）之親水聚合物加入1000mL水中來製備反應溶液。
此後，步驟S120，將步驟S110所製得之反應溶液放入小型聚丙烯容器中，並將步驟S100所製得之鏡片本體放入反應溶液中。將聚丙烯容器密封，然後置於UV光源下，使UV光通過聚丙烯容器的透明部分，並在容器內部接觸鏡片本體的情況下到達反應溶液，使聚合物交聯到鏡片本體表面。 UV光源的總曝光時間為35分鐘。
繼而，步驟S130，於1000mL水中加入8.18g氯化鈉、3.5g磷酸氫二鈉二水合物（sodium phosphate dibasic dihydrate）和0.5g磷酸二氫鈉二水合物鹽（sodium dihydrogen phosphate dihydrate salts）製備緩衝溶液。同時，在去離子水中製備單獨的海藻酸鈉溶液（在DDW中0.5％w/v）和透明質酸鈉（在DDW中2％w/v）。將兩種溶液在45℃的溫度下攪拌，直至形成溶質（海藻酸鈉、透明質酸鈉）的均勻溶液。將兩種溶液混合於緩衝溶液中。
步驟S140，將UV固化後的鏡片本體放入80℃的去離子水中，以洗去未反應的化學物質。在洗滌之後，將鏡片本體置於另一聚丙烯容器中，並於聚丙烯容器中填充步驟S130所製得的緩衝溶液。然後，將聚丙烯容器密封後置於高壓釜內，並於121℃下進行溼熱滅菌30分鐘。在完成此步驟之後，隱形眼鏡已經可以安全地戴在眼睛上。
總的來說，根據本發明所揭露的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，乃利用化學共軛方式讓聚合物薄膜確實附著到含有化學基團的鏡片本體表面，並進一步藉由不同聚合物物質的負電荷和正電荷之間的離子吸引力來產生另一聚合物薄膜，以在鏡片本體表面形成良好結合有兩聚合物薄膜的聚合物多層膜。當隱形眼鏡與眼睛接觸時，此聚合物多層膜可為眼睛表面提供更光滑的觸感，並且還可保持隱形眼鏡表面良好的溼潤性。 因此，聚合物多層膜將導致隱形眼鏡比沒有任何塗層的普通隱形眼鏡更加光滑和舒適。
另外，本發明可藉由使用隱形眼鏡的現有製程和生產線來實現，無須增設額外的基礎設備，有利於降低成本，達到利益最大化。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:鏡片本體11:催化劑20:反應溶液30:緩衝溶液
第1圖為本發明所提供之具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法之流程圖。 第2A～2F圖為本發明所提供之具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法的流程示意圖。
Claims (8)
- 一種具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，包含下列步驟： 提供一鏡片本體，該鏡片本體表面存在有複數化學基團； 提供一反應溶液，將至少一第一聚合物加入該反應溶液，該第一聚合物包含有負電荷； 將該鏡片本體浸入該反應溶液中，於紫外光源或熱源作用下，使該第一聚合物化學共軛到該鏡片本體表面形成一第一聚合物薄膜； 提供一緩衝溶液，將至少一第二聚合物加入該緩衝溶液，該第二聚合物包含有正電荷；及 將該鏡片本體浸入該緩衝溶液中，以通過離子吸附過程形成一第二聚合物薄膜於該第一聚合物薄膜表面，而在該鏡片本體表面上形成包含該第一聚合物薄膜與該第二聚合物薄膜之一聚合物多層膜。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該些化學基團為胺基（amine group）、羧基（carboxyl group）或碸基（sulfone group）。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該鏡片本體係由包含有乙醇胺（Ethanolamine）、多巴胺（Dopamine）、十八胺（Octadecylamine）或N，N-二甲基（N,N-Dimethylacrylamide）的單體所製得。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該第一聚合物係選自改質及未改質的聚乙二醇（Polyethylene glycol）、透明質酸（Hyaluronic acid）、透明質酸鈉（sodium hyaluronate）、N-乙烯基吡咯烷酮（N-vinylpyrrolidone）、聚乙烯醇（Poly(vinyl alcohol)）、2-甲基丙烯醯氧基乙基磷醯膽鹼（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine）、聚（丙烯醯胺）（Poly(acrylamide)）、海藻酸（Alginic acid）及海藻酸鈉（sodium alginate）中的一種或多種。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該第二聚合物係選自透明質酸、透明質酸鈉、海藻酸、海藻酸鈉、改質及未改質的殼聚醣（Chitosan）中的一種或多種。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該反應溶液係盛裝於一第一容器，並且在該鏡片本體浸入該反應溶液的步驟後，將該第一容器密封，再於該紫外光源或熱源作用下進行該化學共軛過程。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該緩衝溶液係盛裝於一第二容器，並且在該鏡片本體浸入該緩衝溶液的步驟後，將該第二容器密封，再進行溼熱滅菌。
- 如請求項第1項所述的具有聚合物多層膜的隱形眼鏡之製備方法，其中該鏡片本體係使用車床切割（lathe-cutting）、澆鑄成型（cast-molding）、旋轉鑄造（spin casting）或其組合之方法所製得。
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