CN102617787A

CN102617787A - 一种水凝胶接触镜材料及其制备方法

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Publication number: CN102617787A
Application number: CN2012100746380A
Authority: CN
Inventors: 李新松; 郭亮
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: CN102617787B

Abstract

本发明是一种水凝胶接触镜材料及其制备方法，该材料是由N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯类单体、丙烯酸酯类交联剂和引发剂，经一步紫外光引发或热引发聚合而成；制备方法是将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂混合均匀后，或者将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂和稀释剂混合均匀后，注入模具中，经一步紫外光辐照固化或置于烘箱中加热固化，打开模具，浸泡于水或乙醇中，去除稀释剂和未反应单体，得到水凝胶接触镜。该材料具有高含水量和优异的保水性能。

Description

一种水凝胶接触镜材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种软性角膜接触镜水凝胶材料及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）交联聚合物是最早的软性角膜接触镜材料，单纯由HEMA单体和少量的交联剂固化而得，具有良好的力学性能、光学性能以及生物相容性。但是这种材料含水量较低，大约为38%，佩戴过程中易于形成蛋白沉积。透氧性能也较差，在佩戴时，氧气不能充分地通过镜片材料到达眼部，长时间佩戴会造成眼部供氧不足，引起眼部红肿不适等相关眼部疾病。为了提高材料的透氧性能，研究人员在PHEMA凝胶材料中引入高亲水性的组分，从而提高材料的含水量。加入甲基丙烯酸单体可以增加了水凝胶材料的含水量，透氧性能也随之提高。但是这种材料中甲基丙烯酸为离子型单体，会降低材料的抗蛋白沉积性能。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种水溶性高分子化合物，具有良好的生物相容性，可以用于制备高含水量的水凝胶，含水量达到70%，不仅具有良好生物相容性和透氧性能，而且具有优良的抗蛋白沉积性能。HEMA单体和N-乙烯吡咯烷酮（NVP）单体的活性不饱和基团结构不同，竟聚率差别较大，二者之间共聚性能较差，制备的凝胶材料的交联密度低，所以力学性能较差，需要使用特殊的交联剂甲基丙烯酸烯丙基醚，提高力学性能。

聚乙烯醇（PVA）水凝胶角膜接触镜材料能够抵抗人眼泪液中蛋白质和类酯物质在角膜接触镜上的沉积，需要对PVA的羟基侧链进行修饰，引入可聚合的不饱和基团，通过化学交联固化制备PVA水凝胶接触镜产品已经上市，含水量达到70%。

隐形眼镜佩戴过程中常伴有干眼症的发生，造成佩带者眼部干涩不适。含有亲水性聚合物的滴眼液能减少泪液的流失，缓解干眼症。所以研究人员把亲水性聚合物引入接触镜材料，降低接触镜和眼部组织的摩擦系数，而且随着佩戴，会缓慢的释放出来，增加泪液的粘度，减少泪液的流失，从而可在一定程度上缓解干眼症状。如强生公司的1 DAY ACUVUE ^? MOIST?产品就在Etafilcon A材料中加入保湿成分PVP，一方面，材料中的PVP作为水分子的储库，增加材料的抗脱水性能。另一方面，PVP缓慢释放^[40]，增加泪液粘度，从而减少泪液的流失。CIBAVision公司产品Focus ^? DAILIES ^? with AQUAComfort?在nelfilcon材料中加入PVA作为保湿剂，佩戴过程中，保湿剂PVA会从材料中缓慢释放出来。临床研究表明，两种亲水性聚合物的加入增加了接触镜的佩戴舒适型，1 DAY ACUVUE ^? MOIST?的佩戴舒适性优于Focus ^? DAILIES ^? with AQUAComfort? ^[41]。目前1 DAYACUVUE ^? MOIST?产品已经进入国内市场。

壳聚糖引入到聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯凝胶材料，增加了材料的含水量，随着加入的壳聚糖分子量的增加，力学性能也相应增加。透明质酸钠包裹在PVA凝胶中，日抛型角膜接触镜在24 h内以6 μg/h的速度缓慢释放透明质酸。

通常水凝胶接触镜亲水性越好，人眼泪液越易在接触镜表面铺展，佩戴者眼睛越舒适。上述聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯凝胶接触镜通常力学强度较好，虽然可以用于佩戴，但是水接触角达到60度左右，亲水性有待改善。

此外，含水量越高，舒适性越好，但是含水量高易于导致接触镜脱水，引起佩戴者眼睛干涩。所以，需要提高产品的保水性能。在产品中加入PVP或者PVA等水溶性高分子可以一定程度提高接触镜抗脱水性能，但是加入的高分子易于被泪液洗脱。因此，有必要开发表面亲水性更好、抗脱水性能优异的水凝胶接触镜。

本发明目的是制备亲水性、抗脱水性能更好、含水量高的水凝胶接触镜材料，克服现有产品技术缺陷。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种水凝胶接触镜材料及其制备方法。该方法制备的水凝胶接触镜含水量高，具有优异的亲水性和抗脱水性能，保水因子作为一种单体聚合到接触镜材料中，不被泪液洗脱。

技术方案：本发明的水凝胶接触镜材料是由N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸酯类单体和丙烯酸酯类交联剂和引发剂，经一步紫外光引发或热引发聚合而成；其中，N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺占单体总质量的5%～35%，丙烯酸酯类单体占单体总质量的64%～95%，丙烯酸酯类交联剂占单体总质量的0.1%～2%，自由基引发剂占单体总质量的0.1%～0.5%。丙烯酸酯类单体是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸甘油酯、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、两端是丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷或甲基丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。丙烯酸酯类交联剂是二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸聚乙二醇酯中的一种。引发剂是偶氮化合物、过氧化物、烷基芳基酮中的一种。

水凝胶接触镜材料的制备方法是将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂混合均匀后，或者将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂和稀释剂混合均匀后，注入模具中，经一步紫外光辐照固化或置于烘箱中加热固化，打开模具，浸泡于水或乙醇中，去除稀释剂和未反应单体，得到水凝胶接触镜。稀释剂是正已醇、硼酸甘油酯或硼酸乙二醇酯中的一种或多种的混合物。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明的水凝胶接触镜材料含水量高；

（2）本发明的水凝胶接触镜材料抗脱水性能优异；

（3）本发明的水凝胶接触镜材料稳定性好。

具体实施方式

水凝胶接触镜材料由N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺、丙烯酸类或丙烯酰胺类单体、丙烯酸酯类交联剂和引发剂，经一步紫外光引发或热引发聚合而成；其中，N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺占单体总质量的5%～35%，丙烯酸酯类单体占单体总质量的64%～95%，丙烯酸酯类交联剂占单体总质量的0.1%～2%，自由基引发剂占单体总质量的0.1%～0.5%。丙烯酸类单体或丙烯酰胺类单体是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸甘油酯、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、两端是丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷或甲基丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。丙烯酸酯类交联剂是二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸聚乙二醇酯中的一种。引发剂是偶氮化合物、过氧化物、烷基芳基酮中的一种。

制备过程是将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂混合均匀后，或者将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂和稀释剂混合均匀后，注入模具中，经一步紫外光辐照固化或置于烘箱中加热固化，打开模具，浸泡于水或乙醇中，去除稀释剂和未反应单体，得到水凝胶接触镜，置于生理盐水中。稀释剂是正已醇、硼酸甘油酯或硼酸乙二醇酯中的一种或多种的混合物。水凝胶接触镜的性能按以下指标测量。

1. 含水量

将溶胀的水凝胶裁剪成1cm×1cm的正方形，用滤纸蘸干表面的水分，称得质量为Wd，然后将其放置于105℃烘箱中干燥至恒重后称重，质量为Ws，按下列公式计算硅水凝胶的饱和水含量（EWC）：

Figure 2012100746380100002DEST_PATH_IMAGE001

2. 亲水性

实验中采用静态量角法测量样品表面的接触角。测量前将样品用滤纸吸去水凝胶表面吸附的水分。测试液体为超纯水，每个样品测量5次，取平均值。

3. 抗脱水性能

采用微天平测量室温小一定湿度下水凝胶接触镜的质量变化，水凝胶的脱水速度采用第5分钟的相对脱水百分率（RPD5）来评价。RPD5越小，脱水速度越慢，抗脱水性能越好。

4. 透光率

将溶胀饱和的水凝胶裁剪成1cm×4.5cm的长方形，用蒸馏水冲洗后，紧贴装有蒸馏水的石英比色皿光学面内壁，用紫外-可见光分光光度计测量材料的透光性，测量范围为200nm～900 nm，扫描宽度为2 nm。

具体实施方式见以下实施例

实施例1（对比例）

2 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂烷基芳基酮Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜。材料光学透明，含水量为：36%，杨氏模量：1.4 MPa，水接触角65度，第5分钟的相对脱水百分率（RPD5）40%。

实施例2

1.9 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.1克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜。材料光学透明，含水量为：42%，杨氏模量：1.2 MPa，水接触角55度，第5分钟的相对脱水百分率（RPD5）33%。

实施例3

1.8 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.2克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：45%，杨氏模量：1.2 MPa，水接触角50度，RPD5为30%。

实施例4

1.6 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.4克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：55%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角40度，RPD5为25%。

实施例5

1.5 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.5克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：60%，杨氏模量：0.8 MPa，水接触角25度，RPD5为20%。

实施例6

1.6 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.4克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）, 0.01 g引发剂偶氮二异丁腈AIBN，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，在烘箱中加热100℃固化一小时，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：55%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角40度，RPD5为22%。

实施例7

1.0 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和1.0克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.015克二甲基丙烯酸二乙二醇酯, 0.02 g引发剂偶氮二异丁腈AIBN，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，在烘箱中加热100℃固化一小时，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：70%，拉伸强度：0.6 MPa，水接触角20度，RPD5为12%。

实施例8

1.5 克甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）和0.5 克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.015克二甲基丙烯酸聚乙二醇酯, 0.02 g引发剂偶氮二异丁腈AIBN，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，在烘箱中加热100℃固化一小时，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：55%，拉伸强度：1.0 MPa，水接触角40度，RPD5为20%。

实施例9

1.9 克甲基丙烯酸-2-羟异丙酯（HPMA）和0.1克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：40%，杨氏模量：1.4 MPa，水接触角60度，RPD5为32%。

实施例10

1.5 克甲基丙烯酸-2-羟异丙酯（HPMA）和0.5克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：550%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角30度，RPD5为15%。

实施例11

0.8 克N，N-二甲基丙烯酰胺、0.4克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺，0.8克3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到硅水凝胶角膜接触镜，含水量为：40%，杨氏模量：1.2 MPa，水接触角65度，RPD5为20%。

实施例12

1.0 克N，N-二甲基丙烯酰胺、0.2克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺，0.8克二甲基丙烯酸聚二甲基硅氧烷酯（分子量2000）、0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：45%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角50度，RPD5为26%。

实施例13

0.6 克N，N-二甲基丙烯酰胺、0.2克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺，0.8克二甲基丙烯酸聚二甲基硅氧烷酯（分子量2000）、0.4克3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：35%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角55度，RPD5为28%。

实施例14

0.6 克N，N-二甲基丙烯酰胺、0.2克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺，0.8克二甲基丙烯酸聚二甲基硅氧烷酯（分子量2000）、0.4克3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、0.4克正己醇、0.01克EGDMA、 0.01 g引发剂Darocur-1173，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，用紫外光固化，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：38%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角55度，RPD5为30%。

实施例15

1.6 克甲基丙烯酸-2-羟异丙酯（HPMA）和0.2克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.2 克甲基丙烯酸甘油酯0.01克EGDMA, 0.02 g引发剂过氧化苯甲酰，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，在烘箱中加热120℃固化0.5 小时，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：50%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角40度，RPD5为26%。

实施例16

1.6 克HEMA和0.4克N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺， 0.01克EGDMA, 0.01 g引发剂AIBN，磁力搅拌，混合均匀，注入模具之中，在烘箱中加热80℃固化6小时，脱模，水中浸泡洗涤，置于盐水中得到水凝胶角膜接触镜，含水量为：55%，杨氏模量：1.0 MPa，水接触角40度，RPD5为32%。

Claims

1. 一种水凝胶接触镜材料，其特征在于该材料是由N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯类单体、丙烯酸酯类交联剂和引发剂，经一步紫外光引发或热引发聚合而成；其中，N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺占单体总质量的4%～35%，丙烯酸酯类单体占单体总质量的64%～95%，丙烯酸酯类交联剂占单体总质量的0.1%～2%，引发剂占单体总质量的0.1%～0.5%。

2. 根据权利要求1所述的一种水凝胶接触镜材料，其特征在于所述的丙烯酸酯类单体是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸甘油酯、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、两端是丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷或甲基丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。

3. 根据权利要求1所述的一种水凝胶接触镜材料，其特征在于所述的丙烯酸酯类交联剂是二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸聚乙二醇酯中的一种。

4. 根据权利要求1所述的一种水凝胶接触镜材料，其特征在于所述的引发剂是偶氮化合物、过氧化物或烷基芳基酮中的一种。

5. 一种如权利要求1所述的水凝胶接触镜材料的制备方法，其特征在于将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂混合均匀后，或者将N-(1,3-二羟基-2-丙基)甲基丙烯酰胺和丙烯酸类或丙烯酰胺类单体，和丙烯酸酯类交联剂和引发剂和稀释剂混合均匀后，注入模具中，经一步紫外光辐照固化或置于烘箱中加热固化，打开模具，浸泡于水或乙醇中，去除稀释剂和未反应单体，得到水凝胶接触镜。

6. 根据权利要求1、5所述的一种水凝胶接触镜材料的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸酯类单体是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸-2-羟异丙酯、丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸甘油酯、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3-甲基丙烯酸酯氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、两端是丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷或甲基丙烯酸酯官能团封端的聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。

7. 根据权利要求1所述的一种水凝胶接触镜材料的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸酯类交联剂是二甲基丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸聚乙二醇酯中的一种。

8. 根据权利要求1所述的一种水凝胶接触镜材料的制备方法，其特征在于所述的引发剂是偶氮化合物、过氧化物、烷基芳基酮中的一种。

9. 根据权利要求5所述的一种水凝胶接触镜材料的制备方法，其特征在于所述的稀释剂是正已醇、硼酸甘油酯或硼酸乙二醇酯中的一种或多种的混合物。