CN1537239A - 来自半固体前体的生物医学模塑材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产聚合物模塑品，如医学设备模塑品和光学和眼科镜片，优选隐形眼镜和眼内镜片的方法。本发明还涉及可用于聚合物模塑品的聚合物前体混合物以及制造和使用该聚合物前体混合物的方法。

Description

来自半固体前体的生物医学模塑材料
本发明的领域
本发明涉及一种用于生产聚合物模塑品，如医学设备模塑品以及光学和眼科镜片，优选隐形眼镜和眼内镜片的方法。本发明还涉及一种可用于生产聚合物模塑品的聚合物前体混合物以及制造和使用该聚合物前体混合物和模塑品的方法。
本发明的背景
小模塑品如隐形眼镜通常采用液体单体的直接聚合反应而制成。但这些材料存在几个问题。例如，液体在模具填充过程中产生使用问题，如蒸发环，夹杂气泡或空隙，和Schlieren作用。必须使用精细的模具或工艺将液体固定就位直至固化完成。另外，液体材料通常例如在放置于模具中时快速侵蚀或溶解它们所接触的材料。因此，模具仅可一次使用。另外，液体的固化时间慢，且模塑品在固化时明显收缩使得模塑不能精确地再现模具腔的几何形状。另外难以向模塑品提供其它的表面特性，如UV保护，染料，和类似物。另外，为了确保生物医学设备的生物相容性和安全，通常需要费时的萃取处理，其中模塑品在升高的温度下长时间浸渍在水或其它非毒性液体中，通常数小时。残余有害的物质通过进行缓慢的扩散作用而去除。
聚合物产物也可由聚合物树脂通过注塑，压缩模塑品，和类似工艺而制成。但这些技术需要高处理温度且不适用于处理热敏聚合物如可用于眼科镜片的高折射指数聚合物。
本发明的综述
本发明涉及一种用于生产模塑品，尤其是医学设备模塑品，更尤其光学镜片模塑品和眼科镜片模塑品的方法。优选的模塑品是隐形眼镜和眼内镜片。其它可应用的模塑品的例子是生物医学模塑品如绷带或伤口闭合设备，心脏瓣膜，冠状窦瓣，人造组织和器官，和薄膜和隔膜。
本发明模塑品可包含以受控方式从模塑品中释放的医疗和/或治疗成分。该工艺使用一种在模具内成型，固化，和从模具中释放得到所述模塑品的新型半固体前体混合物。本发明的其它方面涉及用于本发明工艺的半固体前体混合物，以及如此制成的模塑品。以下更详细描述本发明的这些方面和几种本文优选的实施方案。
更具体地说，本发明一方面涉及一种半固体可聚合前体混合物，包含(i)聚合物共混物，其中聚合物共混物由至少两种相异的预聚物或至少一种预聚物和无活性聚合物组成；(ii)至少一种非反应性稀释剂；和(iii)视需要，至少一种反应性增塑剂。前体混合物在聚合时具有低收缩率。
另外，本发明半固体可聚合前体混合物视需要成型为所需几何形状和暴露在一种表面改性的组合物下，得到具有所需表面特性的半固体梯度复合材料。本发明前体混合物可另外包含从所述的最终模塑品中受控释放的活性成分如医疗和/或治疗成分。在本文优选的实施方案中，半固体前体混合物在聚合时提供光学透明模塑品。
另一方面，本发明涉及一种新型工艺，其中包括构成半固体前体材料、通过呈现模具腔所确定的尺寸而成型、通过聚合能量源而固化、和从模具中释放得到所述模塑品。本发明新型工艺的一个优点是该半固体前体混合物可固化时的速度。正如以下更详细讨论，反应性物质的总体浓度在本发明半固体前体混合物中非常低。因此，所需反应度可使用合适的反应引发剂和聚合能量源而非常迅速地(即，快速固化)实现并在固化时具有低收缩率。
″快速固化时间″和″快速固化″是指，该半固体前体混合物比其中液体配方具有相同的种类的反应性官能团和其它固化参数如能量强度且部件几何形状恒定时的液体组合物固化更快。通常需要暴露于聚合能量源约10分钟或更低，这样在使用光引发体系时实现所需固化度。更优选，固化在低于约100秒曝光内，和甚至更优选在低于约10秒内进行。最优选，固化在低于约2秒暴露于聚合能量源的情况下进行。这些快速固化时间可更容易在薄模塑品如隐形眼镜时实现
在另一方面，本发明还涉及具有表面和内核的制品，其中表面材料的组成不同于核材料的组成，同时表面和核是一整体。在本发明中，半固体聚合物前体混合物视需要成型为所需几何形状和暴露于表面-改性组合物下以得到半固体可聚合梯度复合材料，随后模塑和固化成最终产品。
因此，本发明涉及一种用于制备模塑品的方法，包括(a)将引发剂和包含以下物质的聚合物前体混合物混合在一起(i)聚合物共混物，其中聚合物共混物由至少两种相异的预聚物或至少一种预聚物和无活性聚合物组成；(ii)至少一种非反应性稀释剂；和(iii)视需要，至少一种反应性增塑剂和/或活性成分，以形成在聚合时具有低收缩率的半固体可聚合组合物；(b)视需要将半固体可聚合组合物成型为具有所需几何形状的预成型品；(c)视需要将预成型品暴露于表面-形成材料以形成半固体梯度复合材料；(d)将半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料引入对应于所需几何形状的模具中；(e)压缩该模具使得半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料成型模具内腔的形状；和(f)将半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料暴露于聚合能量源；得到固化模塑品，如成型光学镜片或其它成型医学设备。该方法特征在于快速固化时间和固化时的低收缩。
本发明的详细描述
本文和所附权利要求书中所用的不定冠词是指″一种或多种″。
在本发明的一个实施方案中，半固体前体混合物包括一种聚合物共混物，包含至少两种包含可聚合基团的预聚物和非反应性稀释剂。第一预聚物的可聚合基团可选择为对第二预聚物的可聚合基团反应性或非反应性的。如果第一预聚物不能够与第二预聚物反应，该前体混合物在固化时形成一种互穿聚合物网状结构(IPN)，其中相异的预聚物独立地交联。
如果第一预聚物能够与第二预聚物反应，前体混合物形成一种半互穿聚合物网状结构，其中相异的预聚物共同交联共同形成单个聚合物网状结构。
在本发明另一实施方案中，半固体前体混合物包括包含可聚合基团的预聚物，无活性聚合物，和非反应性稀释剂。通过固化，最终产品呈现包含交联预聚物网状结构的半互穿聚合物网状结构的形式，其中无活性聚合物和非反应性稀释剂被束缚。
在没有单体反应性物质的上述实施方案中，反应仅需要进行至向最终凝胶赋予一般密切取决于交联密度的所需机械性能的程度。如果使用水溶性，半固体预聚物混合物，反应还必须足以使所得凝胶水不可溶，如果该模塑品要用于含水环境。因此，因为在使用半固体前体混合物时需要很少的总体反应，固化步骤可快速和有效地完成。另外，因为没有小分子，单体物质存在于该特殊实施方案中，在固化结束时没有未反应的单体的问题，不同于常规聚合反应方案，这相对包括单体反应物的现有技术进一步促进了快速固化时间。
在本发明另一目前优选的实施方案中，半固体可聚合前体混合物首先形成并成型为所需几何形状并随后暴露于可以是反应性的表面-改性组合物，得到半固体梯度复合材料。选择表面-改性组合物以向最终产品的表面赋予所需特性如亲水性或生物相容性。因为半固体前体组合物在该工艺中没有在此时固化，表面-改性组合物顺利地渗透和扩散进入核材料。表面改性的程度可通过调节施用到核材料上的表面-改性组合物的量，核材料的硬度或密度，以及核材料和表面-改性组合物之间的相容性而控制。所得半固体梯度复合材料随后模塑和固化成最终产品，其中表面材料不同于核材料的组成，同时表面和核是完整的，单个体，具有良好的表面层与核材料的粘附性。因此，本发明半固体可聚合组合物的使用还导致一种向最终固化产物赋予所需表面特性的新型的和改进的方式。有关半固体梯度复合材料的进一步讨论在国际专利出版物No.WO 00/55653中给出，在此作为参考并入本发明。
目前公开的工艺的另一优点在于，如果使用自由基-基聚合反应方案固化该半固体前体混合物，氧的抑制作用下降。尽管不愿局限于理论，据信该作用来自在固化之前和过程中在半固体材料内相对常规液体-基铸塑体系的低氧移动性。因此，可消除目前用于从模塑工艺中排除氧的复杂的和昂贵的方案(模具的模塑以及最终部件的模塑，例如描述于US Pat.Nos.5,922,249和5,753,150，例如)，且反应仍如上所述以一种适时的方式进行至完成。
目前公开工艺的另一优点在于，在模具填充过程中的常规液体使用问题，如蒸发环，夹杂气泡或空隙，和Schlieren作用可通过使用半固体前体混合物而避免。另外，缓和了有关混合物与模具材料的相容性问题，因为半固体材料通常如在放置于模具中时不会快速侵蚀或溶剂化它们所接触的材料。这些优点可归因于半固体材料一般来说意义上的性质，因为该材料即使在存在小分子物质时也具有小的溶剂化力。尽管不愿局限于理论，据信该作用是由于所存在的任何小分子物质的半固体基质的亲和性抑制或至少延迟了小分子迁移至半固体材料外，因此延迟或防止蒸发作用和对相邻材料如模具材料的侵蚀。
因此，可以使用各种各样的合适的模具材料用于成型按照本发明的所述模塑品。合适的模具材料可包括石英，玻璃，蓝宝石，和各种金属。合适的模具材料也可包括可模塑成光学质量表面和具有机械性能使得模具在用于本文所述工艺的工艺条件下保持其临界尺寸的任何热塑性材料。合适的热塑性材料的例子包括聚烯烃如低，中，和高密度聚乙烯；聚丙烯和其共聚物；聚-4-甲基戊烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；聚缩醛树脂；聚丙烯醚；聚芳基醚砜；尼龙如尼龙6，尼龙11，或尼龙66；聚酯；和各种氟化聚合物如氟化乙烯丙烯共聚物。
因为半固体材料不容易侵蚀用于镜片生产的模具材料，可在每个模塑周期之后的再循环或重新使用镜片模具时实现极大的处理优点。这些重新使用通过在正常处理过程中在半固体材料和模具材料之间的最小相互作用而便利，后者进一步通过因为该半固体前体材料的新特点而成为可能的快速或快速固化而帮助。因此，本发明的一个实施方案公开了一种工艺，其中通过使用本文所讨论的半固体前体混合物，隐形眼镜模具重新用于一个以上的模塑周期，在每个使用之间存在可有可无的清洁步骤。
本发明还涉及可用于制造所讨论的模塑品的新型半固体前体混合物。该前体混合物包含在固化时形成聚合物链或聚合物网状结构的可聚合基团。可在此仅作为例子提及的聚合反应机理包括自由基聚合反应，阳离子或阴离子聚合反应，环加成，Diels-Alder反应，开环-置换聚合反应，和硫化。可聚合基团可以单体，低聚物的形式，作为沿着聚合物主链的侧反应性基团，或以其它的反应性单体，低聚物，或聚合物组分的形式被引入半固体前体混合物。具有反应性基团，或以其它方式是反应性的低聚物或聚合物以下应该称作″预聚物″。就该公开内容而言，预聚物应该另外是指分子量大于300的分子，或包含一个以上键接在一起的重复单元的分子。分子量低于300和包含仅一个重复单元的官能化分子应该称作如下讨论的″反应性增塑剂″。预聚物可具有端和/或侧反应性官能度，或它们可简单地容易在用于构成半固体前体混合物的聚合体系的存在下接枝或其它反应。本发明半固体前体混合物包含至少一种预聚物。
半固体前体混合物可另外包含以下应该称作″无活性聚合物″的非反应性或基本上非反应性聚合物。无活性聚合物可用于将大块加入半固体前体混合物而无需加入显著量的反应性基团，或无活性聚合物可通过选择而向所讨论的模塑品赋予各种化学，物理，和/或机械性能。无活性聚合物可进一步用于向半固体前体混合物赋予所需程度的半固体稠度。如果所需预聚物的生产是昂贵的，无活性聚合物也可用于下降半固体前体混合物的材料成本。
无活性聚合物可选择成与预聚物相容，使得最终固化产物是均相和光学透明的。无活性聚合物也可选择成与预聚物不相容，使得最终固化产物包含具有所需相形态的相分离混合物。在包含无活性聚合物和预聚物的不相容对的前体混合物中，可得到光学透明相分离的等折射制品，其中富含无活性聚合物的相和富含预聚物的相的折射指数在最终固化产物中是相当的。相分离等折射制品也可由包含不相容预聚物的共混物的前体混合物形成。如果本发明半固体前体混合物包含仅一种预聚物，前体混合物包含至少一种无活性聚合物。
另外，本发明半固体前体混合物还包含非反应性或基本上非反应性稀释剂。稀释剂可用作对体系的反应性没有贡献的填充剂，或它们可用作增溶剂以降低其它组分在混合物中的相分离倾向。如果需要，非反应性稀释剂的量也可选择使得在模塑之后它可提供与盐水溶液的等容交换。这种模塑方案尤其可用于生产在固化和放入盐水溶液中时具有较小或没有膨胀或收缩的隐形眼镜。等容铸塑可生产出当在所需介质，如生理可接受的盐水溶液中固化和平衡时精确复制模具几何形状的制品。尽管稀释剂可在聚合反应工艺中具有一定作用，它们通常被设想成在反应性的且不明显贡献于通过聚合反应形成的聚合物链或网状结构。
另外，小分子反应性物质(即，单体具有分子量低于约300)可视需要加入半固体前体混合物的预聚物，无活性聚合物，和非反应性稀释剂中，这样产生增加程度的反应性和/或实现所需半固体稠度和相容性，其中小分子反应性物质可用于增塑聚合物组分。小分子物质可在反应过程中另外用作聚合反应增量剂，促进剂，或终止剂。与其对半固体前体混合物和随后聚合反应的最终作用无关，这些组分以下应该称作″反应性增塑剂″。
总之，半固体前体混合物应该包含聚合物共混物，其中聚合物共混物由至少两种相异的预聚物或至少一种预聚物和无活性聚合物，和非反应性稀释剂组成。反应性增塑剂/单体可视需要因为以上提及的原因而加入。选择组分并因此调节组成以实现前体混合物的所需半固体稠度，所需程度的反应性(包括对固化时间和收缩率的作用)，所需最终物理和化学性能以及如此制成的模塑品的相形态(可以是均相或多相的)，和实现所需模塑方案如等容铸塑。通过聚合形成固化树脂，前体材料刚好在固化之前的相形态被固定，得到具有增加程度的形态稳定性的复合体。
″聚合物共混物″是指至少两种相异的聚合物分子的混合物。如果预聚物通过官能化一种聚合物而得到，那么预聚物和用于形成预聚物的非官能化聚合物被认为是相异的。
在本发明本文优选的实施方案中，半固体可聚合组合物包含可交联预聚物，无活性聚合物，至少一种非反应性稀释剂，和，视需要，至少一种反应性增塑剂。可交联预聚物和无活性聚合物优选为″相当的″；即，它们在其结构上具有类似性。例如，本文优选的混合物是作为可交联预聚物的甲基丙烯酸羟基乙基酯(HEMA)和甲基丙烯酸(MAA)单体(pHEMA-MAA)的官能化共聚物和作为无活性聚合物的HEMA(pHEMA)的均聚物，所述两种聚合物是相异的但具有相当的化学结构。官能化pHEMA-MAA中的优选的MAA含量低于10％，和更优选低于5％。
在另一优选的实施方案中，前体混合物包含官能化pHEMA-MAA作为第一可交联预聚物和官能化pHEMA作为第二可交联共聚物。
本文优选的是，非反应性稀释剂存在于半固体前体混合物中的量使得在模塑之后，它可提供与盐水溶液的等容交换。所得的本文优选的半固体组合物是亲水和水不可溶的但水可膨胀的，和，如果在盐水溶液中聚合和平衡，它保持光学透明和具有低收缩率或膨胀。
″半固体″是指，该混合物是可变形的和可熔的，但可在短操作如***模具的过程中作为离散，自由支撑体而处理。对于纯聚合物体系，纯聚合物材料的弹性模量大致上对于超过一定值的称作分子量截断值的分子量是恒定的。因此，就该公开内容而言，和在本发明的一个方面，半固体应该定义为该材料在固定条件如温度和压力下的模量低于给定纯聚合物体系在高分子量下，即，超过分子量截断值时所观察到的恒定模量值。用于实现半固体稠度的模量下降可通过将增塑剂(反应性或非反应性稀释剂)加入用于增塑一种或多种预聚物或无活性聚合物组分的半固体前体混合物中而实现。另外，低于给定聚合物(预聚物或无活性聚合物)的分子量截断值的低分子量类似物可用于替代完全聚合类型以实现在处理温度下的模量下降。
实际上，本文提及的半固体一般具有低于约1010-1011因/厘米2的弹性模量。无论通过降低聚合物分子量(预聚物或无活性聚合物)或通过加入反应性或非反应性增塑剂而实现，半固体在给定温度下的模量下降提供理想的处理和最终模塑性能，这已经讨论并在以下进一步讨论。
如果冷却半固体前体混合物以实现所需半固体稠度，半固体前体混合物的一种或多种组分可被冷冻。参见，例如，US Pat.6,106,746。就该公开内容而言，和在本发明的另一方面，半固体应该因此进一步定义为模量低于任何所述冷冻组分例如在其纯组分冷冻态下测定的模量的材料。例如，如果水是用于半固体前体混合物的组分之一和如果所需处理温度低于0℃(纯水的凝固点)，那么该混合物被认为是半固体，只要其模量保持低于纯冷冻水在所用处理温度下的值。因此，本发明半固体可不同于传统上的冷冻材料，因为半固体材料的模量应该保持低于具有高于所需处理温度的凝固点温度的纯组分材料的模量。这种模量下降是有利的，因为它使得当半模结合在一起以确定内模具腔和模塑品形状时材料更容易变形。另外，通过正确选择半固体前体组成，所需半固体稠度一般在室温或附近实现，因此消除了为了实现固体使用的优点而对显著冷却的需求，以及为了实现液体使用的优点而对显著冷却的需求。
对于液体，半固体的区别在于它们可作为离散，自由支撑体在至少最短处理操作所需的时间内处理。***模具组件，例如，可需要该半固体被处理约1秒，这样恢复半固体材料的离散体并将它放入开口模具的另一半中。为此，半固体可以预成型品的形式存在，其中半固体已经历一些以前的成型操作，在此过程中和/或之后可调节条件以实现半固体稠度。另外，半固体可由储器抽吸至模具腔中，只要条件使得无需垫圈或其它模具附件以防材料过早地流出模具。相反，液体不能作为离散，自由支撑体处理而甚至对于最短的处理步骤没有非所需的流动和变形。必须使用用垫圈密封的模具腔或其中凹面半模朝上的模具腔以防液体前体混合物过早地离开模具。该要求通过本发明而克服，其中公开了在短处理操作如模具填充过程中不会非所需地流动的独特的半固体前体混合物。
温度明显影响本发明半固体材料的流动能力，因为这些材料在加热时明显软化。半固体在充分加热下的行为类似液体的这种事实并不排除它们在本发明中的新用途，只要该材料在至少一部分模塑工艺过程中作为半固体离开。实际上已经发现，具有所需半固体稠度的材料通常具有粘度约50,000厘泊或更高。同样，这些材料已被发现具有动态模量约至少105-106达因/厘米2或更高。这些数无意于提供对半固体行为的绝对最小值，而是在实践中用于表示其中开始半固体行为的近似范围。
本发明半固体前体混合物的一个优点是可在固化时实现的低收缩率。例如，如果需要考虑纯甲基丙烯酸甲酯单体在固化时的收缩率，由固化时的密度改变表示的收缩率量是约25-30％(MMA单体的比重等于约0.939，和PMMA等于约1.19)。该收缩率来自具有甲基丙烯酸酯摩尔浓度约9.3M(M＝摩尔/升)的单体的固化。存在较大分子量单体物质，甚至包括具有低至约2-5M的降低的甲基丙烯酸酯浓度的低聚物，这样使得固化时的收缩率低至约7-15％。在本发明中使用半固体前体混合物的优点在于，甲基丙烯酸酯基团浓度(或其它反应性官能度，如丙烯酸酯，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，乙烯基，乙烯基醚，烯丙基，等)可降低至甚至低于大单体和低聚物时出现的2-5M水平，中传统上受限于对具有相对低粘度，即，低至能够作为液体进行处理的需求。因此，例如，如果预聚物改性成在1％其主链单元上具有甲基丙烯酸酯官能团，甲基丙烯酸酯浓度降至约0.1M，导致固化收缩率约0.3％。(该实施例体系中的收缩率在实际中可较低，因为每个甲基丙烯酸酯的收缩率量随着单体尺寸的增加而定量下降)。这种低官能团浓度由于对低，液体状粘度的必需而尚未被已有技术方法所采用，因为这种粘度限制了可用于配制的反应性分子的尺寸，因此导致固化时的高固有收缩率。
如果预聚物用无活性聚合物和惰性增塑剂稀释那么总体甲基丙烯酸酯浓度，同时半固体前体混合物在固化时的所得收缩率甚至进一步下降。包含少量甲基丙烯酸酯基团的预聚物也可与无活性聚合物，非反应性稀释剂，和反应性增塑剂混合得到具有低于约2M的官能团浓度和固化收缩率低于约5％的半固体前体混合物。这可解释如下：如果单体和预聚物在固化时分别具有收缩率15％和1.0％，且分别在半固体前体混合物中仅存在30wt％和10wt％，余量是无活性聚合物和非反应性稀释剂，那么半固体前体混合物的预期固化收缩率是约4.6％。因此，就该公开内容而言，″低收缩率″是指，满足两个条件中的至少一个：(1)通过固化前后的密度改变而测定的收缩率量是5％或更低；或(2)反应性基团在固化之前的浓度低于2M。通过具体地包括本发明所公开的前体混合物(不同于常规液体体系)的半固体稠度，各种各样的处理和配方优点成为可能，这在该说明书中详细讨论。
本发明所公开的半固体前体混合物可有利地用于生产聚合和/或交联模塑品。因此，在另一方面，本发明涉及通过固化半固体前体混合物而制成的模塑品。为了生产隐形眼镜或眼内镜片，模塑品的组成选择使得它们在被放入基本上水溶液中时变得水凝胶；即，模塑品在纯含水环境中达到平衡时吸收约10-90wt％水，但不溶解在水溶液中。所述模塑品以下应该称作″凝胶″。
就该公开内容而言，基本上水溶液应该包括包含水作为主要组分的溶液，和尤其是含水盐溶液。可以理解，某些生理盐溶液，即，盐水溶液可优选用于平衡或储存模塑品以替代纯水。尤其是，优选的含水盐溶液具有克分渗透压浓度约200-450毫升在1升中的克分渗透压浓度；更优选的溶液是约250-350毫渗克分子/升。含水盐溶液有利地是生理可接受的盐如磷酸盐的溶液，这是隐形眼镜护理领域中熟知的。这些溶液可进一步包含等渗剂如氯化钠，这是隐形眼镜护理领域中熟知的。这些溶液以下一般应该称作盐水溶液，其中并不优选超出在隐形眼镜护理领域中目前已知的盐浓度和组成。
本发明模塑品可有利地成型为具有″最小膨胀或收缩″的隐形眼镜或眼内镜片；即，它们在被放入盐水溶液中时具有较小或没有凝胶膨胀或收缩。这可通过调节非反应性稀释剂的存在量使得当模塑品在盐水环境中平衡时没有出现净凝胶体积改变而实现。稀释剂与盐水溶液存在一种等容交换。该目标可容易地通过使用盐水作为唯一的稀释剂而实现，只要它在与凝胶形成之后的平衡含量相同的浓度下加入半固体前体混合物，所述平衡含量可容易地通过简单的试验和误差实验而测定。如果优选在盐水存在或不存在于半固体前体混合物中的情况下使用其它稀释剂，那么导致在与盐水平衡时没有净凝胶体积改变的稀释剂浓度可与平衡盐水浓度不同，但同样可再次容易地通过简单的试验和误差实验而确定。
″萃取″是其中不必要的或非所需的物质(通常小分子杂质，聚合反应副产物，未聚合或部分聚合单体，等，有时称作可提取物)在其预期使用之前从固化凝胶中被去除的过程。″在其预期使用之前″是指，例如在隐形眼镜的情况下，在***眼之前。萃取步骤是用于制备隐形眼镜的已有技术工艺的必要特征，例如(参见US Pats.3,408,429和4,347,198)，这加入不适当的复杂性，处理时间，和模塑生产工艺的费用。
本发明的一个优点在于，模塑品可无需萃取步骤，或一旦聚合反应步骤完成需要仅最低萃取步骤而生产。″最低萃取步骤″和″最低萃取″是指可提取物的量足够低和/或可提取物组合物是足够非毒性的，这样任何所需萃取可通过在其中镜片被包装用于运输至消费者的容器内的流体而适应。词语″最低萃取步骤″和″最低萃取″可另外包括作为脱模操作的任何方面的一部分，以及任何使用步骤而出现的任何洗涤或漂洗。即，液体射流有时用于帮助镜片由一个容器移动至另一容器，由一个或多个镜片模具模塑，和类似处理，所述射流一般包含聚集的水或盐水溶液物流。在这些工艺过程中，开口适度地预期发生任何可提取物镜片材料的一些萃取或漂洗，但在任何情况下这应该被视为符合在该公开内容中提出的需要最低萃取步骤的材料和工艺的规定。
例如，在本发明的一个实施方案中，半固体前体混合物包含与光引发剂和选自水和FDA批准的眼科缓和剂的非反应性稀释剂混合的30-70wt％预聚物/无活性聚合物共混物。通过聚合反应，模塑品可被直接放入包含用于储存的约3.5mL盐水流体的隐形眼镜包装容器中，同时使用一种或多种液体射流帮助脱模工艺和进一步帮助镜片使用而没有机械接触(参见例如，U.S.Pat.5,836,323)，这样模塑品与包装中的周围流体平衡。因为隐形眼镜的模塑体积(如，约0.050mL)相对小于镜片包装中的流体体积，缓和剂浓度在平衡之后的溶液和镜片中都至少是约1wt％或更低，该浓度是消费者直接施用到眼中时可接受的。因此，尽管在严格角度上萃取步骤使用在该实施方案中，该萃取步骤被减至本身出现在脱模，使用和包装工艺过程中的最低萃取步骤。无需使用单独的萃取步骤的事实表示本文所公开的本发明的一个明显优点。
材料和方法
本发明涉及其中反应性官能团与聚合物主链通过在沿着预聚物链的一个或多个位上的共价连接而键接的预聚物。在进一步实施方案中，本发明涉及不是基本上水溶性的预聚物。″水溶性″是指，该预聚物能够在环境条件下在约1-10wt％预聚物的整个浓度范围内溶解在水或盐水溶液中，或更多优选约1-70％预聚物在水或盐水溶液中。因此，就该公开内容而言，″水不可溶″或″非水溶性″预聚物应该是在环境条件下约1-10％(在水中)的浓度范围内不完全溶解在水中的那些。在优选的实施方案中，由水不可溶预聚物制成的凝胶可以是水可膨胀的，使得它们能够在吸收10-90％水时生产光学透明均相混合物。一般，这些水可膨胀的凝胶具有取决于构成该凝胶的聚合物的化学组成，以及凝胶交联密度的最大水吸收(即，平衡水含量)。按照本发明的优选的凝胶是在水或盐水溶液中具有平衡水含量约20-80wt％水的那些。如果交联，这些水不可溶但水可膨胀的材料理想地生产水凝胶，后者是本发明的有用的产物。
在本发明的优选实施方案中，构成了一种根据本发明的匀质半固体前体混合物，它基本上没有用于制备预聚物的单体，低聚物，或聚合物化合物(和在此过程中形成的副产物)，以及没有任何其它非所需成分如不是眼科缓和剂的杂质或稀释剂。″基本上没有″在本文中是指，非所需成分在半固体前体混合物中的浓度优选低于0.001％重量，和更优选低于0.0001％(1ppm)。用于这些非所需成分的可接受的浓度范围应该最终取决于最终产品的预期使用。该混合物优选仅包含是水或被FDA认可为在有限浓度下在眼中可接受的眼科缓和剂的稀释剂。该混合物另外构成使得不包含任何其它的共聚单体或反应性增塑剂。这样构成一种不含或基本上没有非所需成分的半固体前体混合物，因此由其制成的模塑品不含或基本上没有非所需成分。所得模塑品因此无需使用单独的萃取步骤，除了出现在包装容器内和在固化模塑品已制成之后在模塑品和中间体使用步骤过程中的萃取/平衡工艺。
适用于本发明的预聚物包括具有沿着低聚物或聚合物主链的一个或多个侧或端官能度(即，反应性基团)的任何热塑性材料。另外，在存在聚合体系(单体，低聚物，引发剂，和/或聚合能量源)的情况下经历接枝反应或其它交联反应的低聚物或聚合物可用作预聚物以构成本发明的半固体前体混合物。预聚物可以是线性，支化，或轻微交联的聚合物以及纳米球或微球。
预聚物可通过官能化剂与聚合物反应以将反应性基团引入到聚合物主链上而得到。预聚物也可通过将反应性基团引入到聚合物纳米球或微球的表面上而得到。″官能化剂″是指具有对聚合物反应性的和通过与聚合物反应而在聚合物主链上引入反应性基团的分子。官能化反应可作为单个步骤使用合适的官能化剂而进行。另外，在聚合物主链上的可官能化基团被进一步通过与一种随后与官能化剂反应的分子反应而转移至另一类型的可官能化基团。可官能化基团的例子包括，但不限于：羟基，胺，羧酸盐，硫醇(二硫化物)，酸酐，氨基甲酸乙酯，和环氧化物。
为了官能化含羟基的聚合物，官能化剂包含羟基-反应性基团如，但不限于，环氧化物和环氧乙烷，羰基二咪唑，过碘酸盐氧化，酶氧化，烷基卤素，异氰酸酯，卤代醇，和酸酐。为了官能化包含胺基团的聚合物，官能化剂包含胺-反应性基团如异硫氰酸酯，异氰酸酯，酰基叠氮化物，N-羟基琥珀酰亚胺酯，磺酰氯，醛和乙二醛，环氧化物和环氧乙烷，碳酸酯，芳基化剂，亚氨基酯，碳二亚胺，酸酐，和卤代醇。为了官能化包含硫醇基团的聚合物，硫代-反应性化学反应的例子是卤代乙酰基和烷基卤衍生物，马来酰亚胺，环乙亚胺，丙烯酰基衍生物，芳基化剂，和硫醇-二硫化物交换试剂(如吡啶基二硫化物，二硫化物还原剂，和5-硫代-2-硝基苯甲酸)。
例如，适用于本发明的预聚物包括(甲基)丙烯酸酯-，(甲基)丙烯酸酐-，(甲基)丙烯酰胺-，乙烯基-，乙烯基醚-，乙烯基酯-，乙烯基卤化物-，乙烯基硅烷-，乙烯基硅氧烷-，乙烯基杂环-，二烯-，烯丙基-，和环氧-官能化变型：聚苯乙烯，聚(-甲基苯乙烯)，聚马来酸酐，聚苯乙烯-马来酸酐，聚苯乙烯-丙烯腈，聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯，聚(甲基)丙烯酸甲酯，聚(甲基)丙烯酸丁酯，聚(甲基)丙烯酸异丁酯，聚(甲基)丙烯酸-2-丁氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸-2-乙氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸(2-(2-乙氧基)乙氧基)乙酯，聚((甲基)丙烯酸2-羟乙基酯)，聚((甲基)丙烯酸羟丙基酯)，聚((甲基)丙烯酸环己基酯)，聚((甲基)丙烯酸异冰片基酯)，聚((甲基)丙烯酸2-乙基己酯)，聚(甲基)丙烯酸四氢糠基酯，聚乙烯，聚丙烯，聚异戊二烯，聚(1-丁烯)，聚异丁烯，聚丁二烯，聚(4-甲基-1-戊烯)，聚乙烯-(甲基)丙烯酸，聚乙烯-乙酸乙烯酯，聚乙烯-乙烯基醇，聚乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯基缩丁醛，聚丁酸乙烯酯，聚戊酸乙烯基酯，聚乙烯基甲缩醛，聚己二酸乙烯酯，聚壬二酸乙烯酯，聚十八烯-马来酸酐，聚(甲基)丙烯腈，聚丙烯腈-丁二烯，聚丙烯腈-(甲基)丙烯酸甲酯，聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，聚氯丁二烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚碳酸酯，聚砜，聚氧化膦，聚醚酰亚胺，尼龙(6，6/6，6/9，6/10，6/12，11，和12)，聚(己二酸1，4-亚丁基酯)，聚六氟氧化丙烯，苯氧基树脂，缩醛树脂，聚酰胺树脂，聚(2，3-二氢呋喃)，聚二苯氧基磷腈，单-，二-，三-，四-，...聚乙二醇，单-，二-，三-，四-，...聚丙二醇，单-，二-，三-，四-，...聚甘油，聚乙烯基醇，聚-2或4-乙烯基吡啶，聚-N-乙烯基吡咯烷酮，聚-2-乙基-2-噁唑啉，吡啶，吡咯，咪唑，吡唑，吡嗪，嘧啶，哒嗪，哌啶，azolidine，和吗啉的聚-N-氧化物，聚己内酯，聚(己内酯)二醇，聚(己内酯)三醇，聚(甲基)丙烯酰胺，聚(甲基)丙烯酸，聚半乳糖醛酸，聚((甲基)丙烯酸t-丁基氨基乙酯)，聚((甲基)丙烯酸二甲基氨基乙基酯)，聚乙烯亚胺，聚咪唑啉，聚甲基乙烯基醚，聚乙基乙烯基醚，聚甲基乙烯基醚-马来酸酐，纤维素，乙酸纤维素，乙酸丁酸纤维素，硝酸纤维素，甲基纤维素，羧基甲基纤维素，乙基纤维素，乙基羟基乙基纤维素，羟基丁基纤维素，羟基丙基纤维素，羟基丙基甲基纤维素，淀粉，右旋糖酐，明胶，脱乙酰壳多糖，多糖/葡糖苷如葡萄糖和蔗糖，聚山梨酸酯80，玉米蛋白，聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅烷，聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷，聚甲基氢硅氧烷，蛋白质，蛋白质衍生物，和合成多肽。上述聚合物的乙氧基化和丙氧基化变型，以及其共聚物也适用作本公开内容中的预聚物。可以使用其它不太已知的但可聚合的官能团，如环氧(与硬化剂一起)和氨基甲酸乙酯(异氰酸酯和醇之间的反应)。
在本文和在所附权利要求书中所用的词语如″(甲基)丙烯酸酯″或″(甲基)丙烯酰胺″用于表示可有可无的甲基取代。同样，词语″单-，二-，三-，四-，...聚-″用于表示单体，二聚体，三聚体，四聚体，等，直至和包括具有给定重复单元的聚合物。
优选的预聚物是在已被其它的反应性基团官能化的聚合物主链结构内或侧基上包含亚砜，硫化物，和/或砜基团的那些聚合物或共聚物。由含亚砜-，硫化物-，和/或砜的单体(在起始聚合反应之后没有所加的反应性基团)已在常规隐形眼镜配方中表现出降低的蛋白质吸附(参见，US Pat.6,107,365和PCT国际出版物WO 00/02937)和容易被引入本发明的半固体前体混合物。
另外，优选的预聚物是包含一个或多个侧或端羟基基团的那些，其一些部分已被能够经历自由基基聚合反应的反应性基团官能化。这些预聚物的例子包括聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯，聚(甲基)丙烯酸羟丙基酯，聚乙二醇，纤维素，右旋糖酐，脱乙酰壳多糖，葡萄糖，蔗糖，聚乙烯基醇，聚乙烯-乙烯基醇，单，二-，三-，四-，...聚双酚A，和ε-己内酯与C2-6烷烃二醇和三醇的加成物的官能化变型。上述聚合物的共聚物，乙氧基化，和丙氧基化变型也是优选的预聚物(参见，例如PCT国际出版物No.WO 98/37441)。
还公开了这些聚合物与其它单体的共聚物和适用作眼科镜片材料的材料。用于共聚反应的其它的单体可包括，例如和不限于，乙烯基内酰胺如N-乙烯基-2-吡咯烷酮，(甲基)丙烯酰胺如N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和二丙酮(甲基)丙烯酰胺，乙烯基丙烯酸如(甲基)丙烯酸，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸2-乙基己酯，(甲基)丙烯酸环己基酯，(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸异冰片基酯，(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯，(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯，甲氧基三甘醇(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸三亚甲基酯，(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯，(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯，苯乙烯，和包含季铵盐的单体/主链单元。
尤其优选的预聚物是甲基丙烯酸酯-或丙烯酸酯-官能化聚(甲基丙烯酸羟乙基酯-甲基丙烯酸)共聚物。最优选的预聚物是甲基丙烯酸羟乙基酯与约2％甲基丙烯酸的共聚物，其中共聚物的约0.2-5％侧羟基基团已被甲基丙烯酸酯基团官能化，得到适用于本发明半固体前体混合物和工艺的反应性预聚物。更优选的甲基丙烯酸酯官能化度是约0.5-2％羟基基团。
除了预聚物，对本申请有价值的体系可包含一种或多种可以是线性，支化，或交联的基本上未反应性聚合物组分，即，无活性聚合物。无活性聚合物也可呈现纳米球或微球的形式。无活性聚合物可用于将大块加入半固体前体混合物中而没有加入显著量的反应性基团，或无活性聚合物可通过选择以向所讨论的模塑品赋予各种化学，物理，机械，和/或形态性能。无活性聚合物可进一步用于向半固体前体混合物赋予所需程度的半固体稠度。如果预聚物的生产是昂贵的，无活性聚合物也可用于下降半固体前体混合物的材料成本。无活性聚合物可选择成与预聚物相容的或不相容的。在一种优选的实施方案本发明，无活性聚合物的组成与预聚物相当。
在本发明中，光学透明相分离体系可有益地通过包括预聚物的相分离等折射混合物，或预聚物和无活性聚合物的混合物而制成。″相分离等折射″是指，该体系具有相分离但保持光学透明性，因为共存相的折射指数上相当的。如果加入非反应性稀释剂和，视需要，(1)自身大致相等地分配在相之间或(2)在聚合时具有类似于聚合物混合物的折射指数的反应性增塑剂，固化得到一种透明部件。另外，如果非反应性稀释剂和/或反应性增塑剂自身不相之间同等地分配且不具有类似于聚合物混合物的固化时的折射指数，那么一个相的折射指数可通过适当选择聚合物组成而改变，得到等折射混合物。这些操作可有利地按照本发明进行，这样对于给定材料体系实现迄今不可得到的性能(即，同时机械，光学，和处理性能)。
除了生产光学透明材料，基本上任何热塑性材料可用作用于生产形态受束缚的材料的无活性聚合物。例如，这些可包括，但不限于：聚苯乙烯，聚(-甲基苯乙烯)，聚马来酸酐，聚苯乙烯-马来酸酐，聚苯乙烯-丙烯腈，聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯，聚(甲基)丙烯酸甲酯，聚(甲基)丙烯酸丁酯，聚(甲基)丙烯酸异丁酯，聚(甲基)丙烯酸-2-丁氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸-2-乙氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸(2-(2-乙氧基)乙氧基)乙酯，聚((甲基)丙烯酸羟乙基酯)，聚((甲基)丙烯酸羟丙基酯)，聚((甲基)丙烯酸环己基酯)，聚((甲基)丙烯酸异冰片基酯)，聚((甲基)丙烯酸2-乙基己酯)，聚(甲基)丙烯酸四氢糠基酯，聚乙烯，聚丙烯，聚异戊二烯，聚(1-丁烯)，聚异丁烯，聚丁二烯，聚(4-甲基-1-戊烯)，聚乙烯-(甲基)丙烯酸，聚乙烯-乙酸乙烯酯，聚乙烯-乙烯基醇，聚乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯基缩丁醛，聚丁酸乙烯酯，聚戊酸乙烯基酯，聚乙烯基甲缩醛，聚己二酸乙烯酯，聚壬二酸乙烯酯，聚十八烯-马来酸酐，聚(甲基)丙烯腈，聚丙烯腈-丁二烯，聚丙烯腈-(甲基)丙烯酸甲酯，聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，聚氯丁二烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚碳酸酯，聚砜，聚氧化膦，聚醚酰亚胺，尼龙(6，6/6，6/9，6/10，6/12，11，和12)，聚(己二酸1，4-亚丁基酯)，聚六氟氧化丙烯，苯氧基树脂，缩醛树脂，聚酰胺树脂，聚(2，3-二氢呋喃)，聚二苯氧基磷腈，单-，二-，三-，四-，...聚乙二醇，单-，二-，三-，四-，...聚丙二醇，单-，二-，三-，四-，...聚甘油，聚乙烯基醇，聚-2或4-乙烯基吡啶，聚-N-乙烯基吡咯烷酮，聚-2-乙基-2-噁唑啉，吡啶，吡咯，咪唑，吡唑，吡嗪，嘧啶，哒嗪，哌啶，azolidine，和吗啉的聚-N-氧化物，聚己内酯，聚(己内酯)二醇，聚(己内酯)三醇，聚(甲基)丙烯酰胺，聚(甲基)丙烯酸，聚半乳糖醛酸，聚((甲基)丙烯酸t-丁基氨基乙酯)，聚((甲基)丙烯酸二甲基氨基乙基酯)，聚乙烯亚胺，聚咪唑啉，聚甲基乙烯基醚，聚乙基乙烯基醚，聚甲基乙烯基醚-马来酸酐，纤维素，乙酸纤维素，乙酸丁酸纤维素，硝酸纤维素，甲基纤维素，羧基甲基纤维素，乙基纤维素，乙基羟基乙基纤维素，羟基丁基纤维素，羟基丙基纤维素，羟基丙基甲基纤维素，淀粉，右旋糖酐，明胶，脱乙酰壳多糖，多糖/葡糖苷如葡萄糖和蔗糖，聚山梨酸酯80，玉米蛋白，聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅烷，聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-共甲基苯基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷，聚甲基氢硅氧烷，蛋白质，蛋白质衍生物，和合成多肽。上述聚合物的乙氧基化和/或丙氧基化变型也应该作为合适的无活性聚合物包括在该公开内容内。
在一个实施方案中本发明，优选的无活性聚合物是在或聚合物主链结构内或侧基上包含亚砜，硫化物，和/或砜基团的那些聚合物或共聚物。包含这些基团的凝胶在常规隐形眼镜配方中表现出降低的蛋白质吸附(参见，US Pat.No.6,107,365和PCT Publ.No.WO 00/02937)，和容易地被引入本发明的半固体前体混合物。
另外优选的无活性聚合物是包含一个或多个侧或端羟基基团的那些。这些聚合物的例子包括聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯，聚(甲基)丙烯酸羟丙基酯，聚乙二醇，纤维素，右旋糖酐，葡萄糖，蔗糖，聚乙烯基醇，聚乙烯-乙烯基醇，单-，二-，三-，四-，...聚双酚A，以及ε-己内酯与C2-6烷烃二醇和三醇的加成物。上述聚合物的共聚物，乙氧基化，和丙氧基化变型是还优选的预聚物。
还公开了这些聚合物与其它单体的共聚物和适用作眼科镜片材料的材料。用于无活性聚合物的共聚反应的其它的单体可包括，例如和不限于，乙烯基内酰胺如N-乙烯基-2-吡咯烷酮，(甲基)丙烯酰胺如N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和二丙酮(甲基)丙烯酰胺，乙烯基丙烯酸如(甲基)丙烯酸，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸2-乙基己酯，(甲基)丙烯酸环己基酯，(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸异冰片基酯，(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯，(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯，甲氧基三甘醇(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸三亚甲基酯，(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯，(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯，苯乙烯，和包含季铵盐的单体/主链单元。
热塑性塑料可视需要具有少量(共聚合，接枝，或以其它方式被引入)聚合物主链中以促进固化交联的连接上的反应性实体。它们可以是无定形或结晶的。它们可划分为高性能工程热塑性塑料(如，聚醚酰亚胺，聚砜，聚醚酮，等)，或它们可以是可生物降解的，自然存在的聚合物(淀粉，醇溶蛋白，和纤维素，例如)。它们可以是低聚物或大分子单体性质的。这些例子无意于限定在实施本发明过程中可能的组成的范围，而只是说明对本公开内容下所允许的热塑性化学的宽泛选择。
热塑性聚合物可通过选择以得到光学透明性，高折射指数，低双折射，异常耐冲击性，热稳定性，UV透明度或嵌段，耐撕裂或刺穿性，所需水平或孔隙率，在盐水中平衡时的所需水含量，对所需渗透物的选择渗透性(高氧渗透性，例如)，组织相容性，耐变形性，低成本，或这些和/或其它性能在成品中的组合。
通过物理混合两种或多种聚合物而得到的聚合物共混物通常用于实现在给定材料体系中的理想的机械性能。例如，冲击改性剂(通常轻微交联的颗粒或线性聚合物链)可被混入各种热塑性塑料或热塑性弹性体中以提高最终固化树脂的赋予强度。实际上，这些共混物可以是机械，胶乳，或溶剂铸塑共混物；接枝-型共混物(表面改性接枝，偶然接枝(IPNs，机械化学共混物))，或嵌段共聚物。根据聚合物的化学结构，分子尺寸，和分子体系结构，该共混物可导致包含相容的和不相容，无定形或结晶成分的混合物。
大多数聚合物共混物和嵌段共聚物，和许多其它共聚物导致相分离体系，提供足够被材料设计人员所利用的相构型。相域的物理排列可以是简单的或复杂的，和可具有连续，离散/不连续，和/或双连续形态。其中某些通过以下例子说明：相I分散在相II中的球；相I分散在相II中的圆柱体；互连圆柱体；相I在相II中的有序双连续，双-金刚石互连圆柱体(例如已在星状嵌段共聚物时记载)；交替的层(对于具有几乎相等链长度的二-嵌段共聚物是熟知的)；形成嵌套球形壳或螺旋的环；在相内的相(HIPS和ABS)；和由相分离的热动态(成核和生长以及spinodal分解机理)，相分离的动力学，和混合方法导致的同时多个这些形态，或其组合。
另一类材料采用″热塑性弹性体″作为无活性聚合物或预聚物(如果官能化)。示例性热塑性弹性体是具有一般结构″A-B-A″的三-嵌段共聚物，其中A是热塑性刚性聚合物(即，具有超过室温的玻璃转变温度)和B是弹性体(橡胶状)聚合物(玻璃转变温度低于室温)。在纯态下，ABA形成微相分离或纳米相分离形态。该形态由被橡胶状链(B)连接和包围的刚性玻璃态聚合物区域(A)，或被玻璃态(A)连续相包围的橡胶状相(B)的包藏物组成。根据(A)和(B)在聚合物中的相对量，聚合物链的形状或构型(即，线性，支化，星状，非对称的星状，等)，和所用的处理条件，可在热塑性弹性体材料中观察到交替的层，半连续杆，或其它相域结构。在某些组成和处理条件下，形态使得相关域尺寸小于可见光波长。因此，由这些ABA共聚物制成的部件可以是透明或最差是半透明的。热塑性弹性体在没有硫化时具有类似于常规硫化橡胶的橡胶状性能，但如同热塑性塑料在超过玻璃态聚合物区域的玻璃转变点的温度下流动。商业重要的热塑性弹性体例举为SBS，SIS，和SEBS，其中S是聚苯乙烯和B是聚丁二烯，I是聚异戊二烯，和EB是乙烯丁烯共聚物。许多其它二-嵌段或三嵌段代表是已知的，如聚(芳族酰胺)-硅氧烷，聚酰亚胺-硅氧烷，和聚氨酯。SBS和氢化SBS(即，SEBS)是熟知的产物，来自KRATONPolymer Business(Kraton)。DuPont’s Lycra也是一种嵌段共聚物。
如果热塑性弹性体作为用于配方的起始预聚物和/或无活性聚合物被选择，可通过与反应性增塑剂混合而制造出异常耐冲击性的但透明的部件。热塑性弹性体本身不是化学交联的和需要相对高温处理步骤进行模塑品。在冷却时，这些温度波动导致尺寸未稳定的，收缩或弯曲的部件。反应性增塑剂，如果通过自身固化，可通过选择以形成相对玻璃态，刚性网状结构或相对软，橡胶状网状结构，但在任何情况下具有相对高的收缩率。但如果热塑性弹性体(即，无活性无活性聚合物或预聚物)和反应性增塑剂共混在一起并反应形成固化树脂，它们形成具有优异的震动吸收和耐冲击性能，同时在固化过程中具有相对小的收缩率的复合网状结构。″耐冲击性″是指对外来物体撞击所产生的破裂或粉碎的耐性。
为了用于眼科和隐形眼镜，预聚物和无活性聚合物选择使得所得可聚合组合物在聚合反应和，对于隐形眼镜，随后在盐水溶液中平衡时保持光学透明。如果预聚物和无活性聚合物一起用于可聚合组合物，它们一般选择成相互相容的，得到光学透明最终镜片。这些相容的组合是本领域已知的或可无需过度试验而确定。在本文优选的实施方案中，预聚物和无活性聚合物具有相当的化学结构。预聚物和无活性聚合物的不相容组合也可通过形成如上所述的相分离等折射体系而用于生产光学透明模塑品。
根据用于配方的预聚物，无活性聚合物，非反应性稀释剂和/或反应性增塑剂的性质，与起始预聚物或无活性聚合物相比，最终固化树脂可以是更柔性的或不太柔性的(另外，较硬或较软)。具有异常韧性的复合制品可通过使用自身沿着聚合物链包含可聚合基团的热塑性弹性体而制成。在此优选的组成是SBS三-嵌段或星状共聚物，例如，其中反应性增塑剂据信被SBS聚合物的丁二烯链段中的不饱和基团轻微交联。
用于开发光学透明和高度耐冲击性材料的优选的配方使用包含最高约75％苯乙烯的富含苯乙烯的SBS三-嵌段共聚物。这些SBS共聚物是可购自KRATON Polymers Business(Kraton)，Phillips ChemicalCompany(K-Resin)，BASF(Styrolux)，Fina Chemicals(Finaclear)，Asahi Chemical(Asaflex)，DENKA(Clearen)，和其它。除了高耐冲击性和良好的光学透明性，这些富含苯乙烯的共聚物得到的材料体系具有其它有时理想的性能如相对高的折射指数(即，折射指数等于或高于约1.54)和/或低密度(具有30％或更低反应性增塑剂，其密度低于约1.2g/cc，和更通常约1.0g/cc)。
如果混合物折射指数是一个特别重要的考虑因素，高折射指数聚合物可用作一种或多种无活性-聚合物组分。这些聚合物的例子包括聚碳酸酯和卤化和/或磺酸盐聚碳酸酯，聚苯乙烯和卤化和/或磺酸盐聚苯乙烯，聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物和其氢化，磺化，和/或卤化变型(所有的都可以是线性，支化，星状，或非对称的支化或星状，等)，聚苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物和其氢化，磺酸盐和/或卤化变型(包括线性，支化，星状，和非对称的支化和星状变型，等)，聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯(或其其它变型)，聚(五溴(甲基)丙烯酸苯酯)，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基萘，聚乙烯基联苯，聚(甲基)丙烯酸萘基酯，聚乙烯基噻吩，聚砜，聚亚苯基硫化物或氧化物，聚氧化膦或含氧化膦的聚醚，脲-，苯酚-，或萘基-甲醛树脂，聚乙烯基苯酚，氯化或溴化聚苯乙烯，聚(α-或β-溴丙烯酸苯基酯)，聚偏二氯乙烯或聚偏二溴乙烯，和类似物。
一般来说，增加芳族含量，卤素含量(尤其溴)，和/或硫含量是有效的本领域熟知的用于增加材料的折射指数的有效方式。高指数，低密度，和耐冲击性是尤其优选用于眼科镜片的性能，因为它们能够生产出以低轮廓外观和对使用者的舒适性和安全性而理想的超薄，轻质眼玻璃镜片。
另外，弹性体，热固材料(如，环氧，环氧，蜜胺，丙烯酸酯环氧，丙烯酸酯氨基甲酸乙酯，等，在其未固化态下)，和其它非热塑性聚合物组合物可在实施本发明的过程中理想地使用。
在本发明中，非反应性稀释剂有利地加入本发明半固体前体混合物中以实现混合物组分的相容性，实现反应性官能度的所需浓度，和实现所需半固体稠度。稀释剂根据其与的相容性和对半固体前体混合物中的预聚物和无活性聚合物成分的增塑作用而选择。″相容性″是指热动力学状态，其中非反应性稀释剂溶剂化和/或增塑预聚物和无活性聚合物。实际上已经发现，具有结构类似性的分子链段促进相互溶解。因此，聚合物上的芳族部分一般溶解在芳族稀释剂中，和反之亦然。亲水性和憎水性是在选择非反应性稀释剂和用于半固体前体混合物的预聚物和无活性聚合物是另外考虑的因素。相容性一般可被认为出现在混合时变得清澈或透明的体系中。但对于本发明，相容性是无需的但仅是优选的，尤其当要生产透明物体时。通常，相容的混合物理想地用于生产所讨论的模塑品，除非相分离是在最终模塑品中实现一些所需材料性能所不可避免的或所需的。为了生产眼科和隐形眼镜，固化时透明的体系是理想的，这可容易地通过选择与半固体前体混合物的预聚物和无活性聚合物相容的稀释剂而实现。
尽管稀释剂在半固体前体材料的聚合体系中明显不反应，实际上可出现较少的反应度，且这些反应一般是可接受的和不可避免的。稀释剂也可通过用作链终止剂(一种已知的现象，例如当水存在于阴离子聚合反应体系中时)而影响聚合反应，因此减慢固化速率，最终的固化度，或最终得到的分子量分布。幸好的是，因为本发明半固体体系与主要单体体系相比需要较少的从开始至结束的总体反应，稀释剂的干扰作用极大地下降，通常至对固化反应没有可测影响的程度。这极大地便利了对可用于本发明工艺的稀释剂的选择，因为反应抑制作用不太容易出现。
例如，非反应性稀释剂可包括，但不限于此：醇如甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，戊醇，等和其甲氧基和乙氧基醚；二醇如单-，二-，三-，四-，....聚乙二醇和其单-和二-甲氧基和-乙氧基醚，单-，二-，三-，四-，....聚丙二醇和其单-和二-甲氧基和-乙氧基醚，单-，二-，三-，四-，....聚亚丁基二醇和其单-和二-甲氧基和-乙氧基醚，等，单-，二-，三-，四-，....聚甘油和其单-和二-甲氧基和-乙氧基醚；烷氧基化葡糖苷如描述于USPat.No.5，684，058的乙氧基化和丙氧基化葡糖苷，和/或以″Glucam″商品名由Amerchol Corp.销售的；酮如丙酮，甲基乙基酮，甲基丙基酮，甲基异丁基酮；酯如乙酸乙酯或乙酸异丙基酯；二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，环己烷，二丙酮二醇，硼酸酯(如与甘油，山梨醇，或其它聚羟基化合物的酯，例如公开于USPat.Nos.4,495,313，4,680,336，和5,039,459)，和类似物。
用于生产隐形眼镜的稀释剂应该最终是水可置换的，但用于生产所讨论的模塑品的稀释剂可首先用除水之外的溶剂提取，随后根据需要在第二步骤中水萃取。
缓和剂在眼科组合物内的″非处方″使用是US食品&药物管理局(FDA)所规定的。例如，题为用于非处方用途的眼科药物产品：最终专刊的Federal Register(21 CFR Part 349)列出了得到认可的缓和剂以及每种的合适的浓度范围。具体地，§349.12条列出了以下受核准的″专刊″缓和剂：(a)纤维素衍生物：(1)羧基甲基纤维素钠，(2)羟基乙基纤维素，(3)羟基丙基甲基纤维素，甲基纤维素；(b)右旋糖酐70；(c)明胶；(d)多元醇，液体：(1)甘油，(2)聚乙二醇300，(3)聚乙二醇400，(4)聚山梨酸酯80，(5)丙二醇；(e)聚乙烯基醇；和(f)聚维酮(聚乙烯基吡咯烷酮)。§349.30条进一步规定，为了落入该专刊范围内，可结合使用不超过三种以上确认的缓和剂。
用于本发明的稀释剂优选为FDA-批准的眼科缓和剂或眼科缓和剂与水或盐水溶液的混合物。如果水影响聚合反应工艺(与使用液体单体前体的常规聚合反应方案相比，使用半固体前体混合物时不太明显)，可以使用纯缓和剂或缓和剂与预聚物，无活性聚合物，和/或反应性增塑剂的混合物。在固化过程中缓和剂在模塑品内的浓度可明显高于其中在使用者使用之前模塑品应该在水或盐水溶液中稀释或平衡时的情形，如其中隐形眼镜模塑品被放入具有过量盐水溶液的包装中用于储存和运输的情形时FDA所允许的浓度。
在优选的实施方案本发明，半固体前体混合物中的稀释剂组成和浓度选择使得在聚合反应和随后在盐水溶液中平衡时，凝胶体积出现较小的净变化。优选，当在生理可接受的盐水溶液中平衡时，凝胶体积改变不超过10％。更优选，凝胶体积改变低于5％，和甚至更优选低于2％。最优选，通过在模塑品，固化和脱模之后在盐水中平衡，凝胶体积改变低于1％。
在盐水中平衡时的最小凝胶体积改变通过本发明新型半固体前体混合物而变得可能，因为半固体材料(1)具有固化时的低收缩，和(2)可配制成包含补充水的平衡含量所需的精确量的稀释剂。该第二条件变得可能，因为液体体系在配制用于常规模塑品操作的前体混合物时不再需要。相反，通过引入合适量的稀释剂使得在水中平衡时不出现净凝胶体积改变而得到的半固体稠度用于发挥本发明的优点。
在另一优选的实施方案中，稀释剂浓度调节使得固定量的凝胶膨胀出现在水平衡时。有时这可用于帮助模塑工艺，但凝胶体积改变可通过合适的模具设计而调整，其中考虑到成品模塑品的小的但固定量的膨胀。
在本发明中，反应性增塑剂也可视需要包括在半固体前体混合物中。反应性增塑剂一般选择成与所讨论的前体混合物的剩余的成分相容的，至少在一些所需处理温度和压力条件下。反应性增塑剂可用于向前体混合物赋予增加程度的反应性，其中通过引发固化增加就在固化之前将相形态固定在材料内的速度，得到具有增加程度的形态稳定性的复合体。
非反应性稀释剂和反应性增塑剂的存在可通过降低所要共混的聚合物的软化温度而有助于共混。这在温度敏感性材料与高Tg聚合物共混时特别有利。如果光学透明材料是所需，混合物组分(即，预聚物，无活性聚合物，冲击改性剂，非反应性稀释剂，和/或反应性增塑剂)可选择以在相之间得到相同的折射指数(等折射)使得光散射下降。如果不能得到等折射组分，稀释剂和反应性增塑剂可仍用作增溶剂以帮助降低两种不混溶性聚合物之间的域尺寸至低于光的波长，因此得到否则会不透明的光学透明聚合物混合物。反应性增塑剂的存在一些情况下也可提高冲击改性剂和无活性聚合物之间的粘附性，提高所得混合物性能。
即使在室温仅观察到部分相容性，该混合物通常在稍微增加的温度下变得均匀，即，许多体系在稍微升高的温度变得透明。这些温度可稍高于环境温度或可达到100℃附近或更多。在这些情况下，反应性组分可在升高的温度下快速固化以在体系冷却之前在固化树脂中″固定″相容的相态。因此，相形态束缚可用于生产光学透明材料，否则在冷却时形成半透明或不透明材料，这是本公开内容所提出的另一优点。
结合以非反应性稀释剂，反应性增塑剂可单独或混合用于增加给定预聚物和无活性聚合物的溶解。反应性官能团可以是丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酸酐，丙烯酰胺，乙烯基，乙烯基醚，乙烯基酯，乙烯基卤化物，乙烯基硅烷，乙烯基硅氧烷，(甲基)丙烯酸酯硅氧烷，乙烯基杂环，二烯，烯丙基和类似物。可以使用其它不太已知的但可聚合的官能团，如环氧(与硬化剂一起)和氨基甲酸乙酯(异氰酸酯和醇之间的反应)。原则上，任何单体可按照本发明用作反应性增塑剂，但优选的是在环境温度或稍高温度下作为液体存在，和在施加聚合能量源如光或热在合适的引发剂的存在下容易和迅速聚合的那些。
包含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的反应性单体，低聚物，和交联剂是熟知的和可购自Sartomer，Radcure和Henkel。类似地，乙烯基醚可购自Allied Signal/Morflex。Radcure还供给UV可固化环脂族环氧树脂。乙烯基，二烯，和烯丙基化合物得自许多化学供应商。为了说明可用于实现这些相容性的反应性增塑剂的极大多样性，我们仅从成百上千种市售化合物列出一些。例如，单-官能体包括，但不限于此：(甲基)丙烯酸丁酯；(甲基)丙烯酸辛基酯；(甲基)丙烯酸异癸基酯；(甲基)丙烯酸十六烷基酯；(甲基)丙烯酸硬脂基酯；(甲基)丙烯酸异冰片基酯；苯甲酸乙烯基酯；(甲基)丙烯酸四氢糠基酯；己内酯(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸环己基酯；(甲基)丙烯酸苄基酯；乙二醇苯基醚(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸甲酯；(甲基)丙烯酸乙酯；和(甲基)丙烯酸丙酯；甲基丙烯酸羟基乙基酯(HEMA)；丙烯酸2-羟基乙基酯(HEA)；甲基丙烯酰胺(MMA)；甲基丙烯酰胺；N，N-二甲基-二丙酮(甲基)丙烯酰胺；(甲基)丙烯酸2-磷酸根合乙酯；单-，二-，三-，四-，五-，...聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸1，2-亚丁基酯；(甲基)丙烯酸1，3-亚丁基酯；(甲基)丙烯酸1，4-亚丁基酯；单-，二-，三-，四-，...聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯；甘油单(甲基)丙烯酸酯；4-和2-甲基-5-乙烯基吡啶；N-(3-(甲基)丙烯酰氨基丙基)-N，N-二甲基胺；N-(3-(甲基)丙烯酰氨基丙基)-N，N，N-三甲基胺；1-乙烯基-，和2-甲基-1-乙烯基咪唑；N-(3-(甲基)丙烯酰氨基-3-甲基丁基)-N，N-二甲基胺；N-甲基(甲基)丙烯酰胺；3-(甲基)丙烯酸羟丙基酯；N-乙烯基咪唑；N-乙烯基琥珀酰亚胺；N-乙烯基二二醇基酰亚胺；N-乙烯基戊二酰亚胺；N-乙烯基-3-吗啉烷酮；N-乙烯基-5-甲基-3-吗啉烷酮；(甲基)丙烯酸丙酯；(甲基)丙烯酸丁酯；(甲基)丙烯酸戊基酯；二甲基二苯基甲基乙烯基硅氧烷；N-(1，1-二甲基-3-氧代丁基)(甲基)丙烯酰胺；2-乙基-2-(羟基-甲基)-1，3-丙烷二醇三(甲基)丙烯酸甲酯；X-(二甲基乙烯基甲硅烷基)-ω-[(二甲基乙烯基-甲硅烷基)氧基]-二甲基二苯基甲基乙烯基硅氧烷；(甲基)丙烯酸丁酯；(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯；乙酸乙烯酯；(甲基)丙烯酸戊基酯；丙酸乙烯酯；(甲基)丙烯酸3-羟基-2-萘基酯；乙烯基醇；N-(甲酰基甲基)(甲基)丙烯酰胺；2-(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯；(甲基)丙烯酸4-t-丁基-2-羟基环己基酯；碳酸2-((甲基)丙烯酰基氧基)乙基乙烯基酯；碳酸乙烯基[3-[3，3，3-三甲基-1，1二(三甲基甲硅烷氧基)二硅氧烷基]丙基]酯；4，4’-(四-五十基二十七硅亚硅氧烷基)二-1-丁醇；N-羧基-p-丙氨酸N-乙烯基酯；2-甲基丙烯酰基乙基磷酰基胆碱；甲基丙烯酰氧基乙基乙烯基脲；和类似物。
多官能体包括，但不限于此；单-，二-，三-，四-，...聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯；二(甲基)丙烯酸1，2-亚丁基酯；二(甲基)丙烯酸1，3-亚丁基酯；二(甲基)丙烯酸1，4-亚丁基酯；单-，二-，三-，四-，...聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯；甘油二-和三(甲基)丙烯酸酯；三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(和其乙氧基化和/或丙氧基化衍生物)；季戊四醇四丙烯酸酯(和其乙氧基化和/或丙氧基化衍生物)；己烷二醇二(甲基)丙烯酸酯；双酚A二(甲基)丙烯酸酯；乙氧基化(和/或丙氧基化)双酚A二(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸酯甲基葡糖苷(和其乙氧基化和/或丙氧基化变型)；(甲基)丙烯酸酯聚己内酯三醇(和其乙氧基化和/或丙氧基化变型)；亚甲基二丙烯酰胺；三烯丙基氰尿酸酯；二乙烯基苯；二烯丙基衣康酸酯；甲基丙烯酸烯丙基酯；二烯丙基邻苯二甲酸酯；聚硅氧烷基二烷基(甲基)丙烯酸酯；甲基丙烯酰氧基乙基乙烯基碳酸盐；聚丁二烯二(甲基)丙烯酸酯；和来自Sartomer(SR系列)，Radcure(Ebecryl系列)，和Henkel(Photomer系列)的全系列的脂族和芳族(甲基)丙烯酸酯低聚物和(甲基)丙烯酸酯氨基甲酸乙酯-基低聚物。典型的交联剂通常，但不必，具有至少两个烯属不饱和双键。
可用于本发明的其它的高度亲水单体或共聚单体包括，但不限于此，丙烯酸；甲基丙烯酸；(甲基)丙烯酰胺-或(甲基)丙烯酸酯官能化碳水化合物-，亚砜-，硫化物-或砜-基单体这些例如公开于USPat.Nos.6,107,365和5,571,882的那些；烷氧基化蔗糖，葡萄糖，和其它葡糖苷这些例如公开于US Pat.Nos.5,856,416，5,690,953和5,654,350的那些；N-乙烯基吡咯烷酮；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸和其盐；乙烯基磺酸和其盐；苯乙烯磺酸和其盐；3-甲基丙烯酰基氧基丙基磺酸和其盐；烯丙基磺酸；2-甲基丙烯酰基氧基乙基三甲基铵盐；N，N，N-三甲基铵盐；二烯丙基-二甲基铵盐；3-氨基丙基(甲基)丙烯酰胺-N，N-二乙酸二乙基酯(例如公开于US Pat.No.5,779,943)；和类似物。
如果高折射指数材料是所需的，反应性增塑剂可因此选择成具有高折射指数，和优选与所用预聚物或无活性聚合物的折射指数密切相配。除了上述的那些，这些反应性增塑剂的例子包括溴化或氯化(甲基)丙烯酸苯酯(如，五溴甲基丙烯酸酯，三溴丙烯酸酯，等)，溴化或氯化萘基或联苯(甲基)丙烯酸酯，溴化或氯化苯乙烯，新(甲基)丙烯酸三溴戊基酯，乙烯基萘，乙烯基联苯，乙烯基苯酚，乙烯基咔唑，溴乙烯或氯乙烯，偏二溴乙烯或二氯乙烯，(甲基)丙烯酸溴乙酯，溴苯基异氰酸酯，和类似物。如上所述，增加反应性增塑剂的芳族，硫和/或卤素含量是熟知的一项用于获得高折射指数性能的技术。
在本文优选的实施方案中，包含丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酰胺，和/或乙烯基醚部分的反应性增塑剂被发现能够得到方便的，快速固化UV-触发体系。
反应性增塑剂可以是由单-官能，双官能，三-官能或其它多官能体组成的混合物自身。例如，引入单官能和多官能反应性增塑剂的混合物可通过聚合反应得到一种反应性增塑剂聚合物网状结构，其中反应性增塑剂聚合物链相互交联(即，半IPN)。在聚合反应过程中，正生长的反应性增塑剂聚合物链可与预聚物反应得到IPN.反应性增塑剂和预聚物也可接枝至无活性聚合物(如果本)或与其反应，得到IPN类型，即使没有不饱和或其它明显反应性体存在于无活性聚合物链内。因此，预聚物和无活性聚合物链可在固化过程中用作交联体，导致形成交联反应性增塑剂聚合物网状结构，即使仅单官能反应性增塑剂存在于与仅聚合物和/或无活性聚合物的混合物中。
引发剂或聚合反应催化剂通常加入半固体前体混合物中，这有助于混合物在暴露于聚合能量源如光或热时的固化。聚合反应催化剂可以是在适度升高的温度下产生自由基的热引发剂。热引发剂如过氧化月桂基，过氧化苯甲酰，过氧化二枯基，氢过氧化t-丁基，偶氮二异丁腈(AIBN)，过硫酸钾或过硫酸铵，例如，是熟知的和得自化学供应商如Aldrich。光引发剂可优选用于替代一种或多种热引发剂或结合使用，这样聚合反应可通过光化或离子辐射源而触发。光引发剂如Irgacure和Darocure系列是熟知的和可购自Ciba Geigy，正如Esacure系列来自Sartomer。光引发剂体系的例子是苯偶姻甲基醚，1-羟基环己基苯基酮，2-羟基-2甲基-1-苯基丙烷-1-酮(以商品名Darocure 1173由CibaSpecialty Chemicals销售)，和得自Aldrich Chemicals的4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)。有关引发剂的内容，参见，例如，聚合物手册，J.Brandrup，E.H.Immergut，编辑，第三版，Wiley，New York，1989。
引发剂有利地在进入模具之前加入前体混合物中。视需要，可包括其它添加剂如脱模剂，防腐剂，颜料，染料，有机或无机纤维或颗粒增强或增量填料，触变剂，指示剂，抑制剂或稳定剂(风化或非发黄剂)，UV吸收剂，表面活性剂，流动助剂，链转移剂，发泡剂，孔隙率改性剂，和类似物。引发剂和其它可有可无的添加剂可在与无活性聚合物和/或预聚物合并之前溶解或分散在反应性增塑剂和/或稀释剂组分中，这有助于完全溶解到聚合物组分中和与其均匀混合。另外，引发剂和其它可有可无的添加剂可在任何时候加入混合物，包括就在聚合反应之前，这在例如使用热引发剂时是优选的。
本发明的生物医学模塑品也可用作活性成分的传输体系，其中活性成分的释放以受控方式实现。活性成分的例子包括，但不限于此，药物，药物，疫苗，抗微生物，基因，和香料。如果预聚物或无活性聚合物作为纳米球或微球存在，活性成分可被束缚或吸附到纳米球或微球上。
在本发明的一个实施方案中，还用作药物传输体系的隐形眼镜由包含预聚物，载药纳米球或微球作为无活性聚合物，和非反应性稀释剂的半固体前体混合物制成。如果无活性聚合物是含药物的微球，前体混合物可有利地成型为相分离等折射体系以提高隐形眼镜的光学透明性。
在本发明另一实施方案中，可重复使用的药物-释放隐形眼镜由包含预聚物，具有与所述药物的亲和性的无活性聚合物(可以是纳米球或微球)，和非反应性稀释剂的半固体前体混合物制成。前体混合物可以是均相混合物或相分离等折射体系。预聚物由其溶解度行为对热动态平衡如生理可接受的水溶液的温度，pH，或离子强度敏感的聚合物形成。如果隐形眼镜由其溶解度行为对水溶液中的温度敏感的预聚物形成，隐形眼镜在其中预聚物可溶的温度下比在其中预聚物不可溶的温度下更多地溶胀。
在流体混合物中，加热时的相分离称作下临界溶液温度(LCST)行为。相反，冷却时的相分离称作上临界溶液温度(UCST)行为。对于含水体系，具有LCST行为的聚合物的例子包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)，聚乙二醇(PEG)，聚丙二醇(PPG)，PEG-co-PPG共聚物，和纤维素衍生物如甲基纤维素。N-异丙基丙烯酰胺还与包含可离子化基团的单体共聚合，得到具有LCST行为的共聚物，这取决于该溶液的pH和离子强度。在PEG水溶液中，LCST取决于溶液的离子强度。另一方面，包含N-乙酰基丙烯酰胺和丙烯酰胺的共聚物的水溶液已知具有UCST行为。在这些体系中观察到的LCSTs和UCSTs是可逆的。
因此，如果隐形眼镜包含由上述LCST和UCST聚合物，和具有与所述药物的亲和性的无活性聚合物形成的预聚物，药物在隐形眼镜中的加载可有效地和重复地通过将隐形眼镜浸渍在含药物的溶液中而实现，其中调节所述溶液的热动态平衡，如温度以膨胀该隐形眼镜，促进药物扩散至隐形眼镜。如此得到的载有药物的隐形眼镜随后放在用于储存隐形眼镜的溶液中以恢复原始镜片几何形状。所得药物包含隐形眼镜现备用于***眼中。
聚合混合物中的成分可手工或通过机械混合而共混。这些成分可优选稍微加热以软化或液化预聚物和/或无活性聚合物组分。任何合适的混合设备可用于机械匀化该混合物，如共混器，捏合机，内混合器，配混器，挤出机，磨机，在线混合器，静电混合器，和类似物，视需要在高于环境温度的温度下共混，或视需要在高于或低于大气压的压力下共混。
在本发明的一个本文优选的实施方案中，可允许一个可有可无的等待期，在此过程中将这些成分没有机械搅拌。该可有可无的等待期可发生在这些成分被起始计量到装盛容器的时候和它们被机械或用手匀化的时候之间。另外，这些成分可被计量到混合设备中，所述混合设备操作足够时间以″干混″这些成分，随后可以是在进一步混合之前的可有可无的等待期。或，这些成分可在机械设备中充分混合，然后是等待期。等待期可持续约1小时至一天或几天。这种等待期可用于获得给定聚合物体系直至非常小长度等级的匀化，因为机械混合技术通常不能实现在微相域长度等级上的混合。因此，机械混合和等待期的结合可用于实现在所有长度等级上的匀化。等待期持续时间和其在处理程序中的顺序可经验上和无需过度试验而选择为在能量消耗，总工艺经济，和最终材料性能方面产生最有效总体混合工艺的时期。
如果可聚合混合物包含高比例的预聚物或无活性聚合物成分，尤其如果预聚物或无活性聚合物在环境温度下是玻璃态或刚性的，本发明的该实施方案可特别有益。如果预聚物和/或无活性聚合物是热敏感的和因此不能在超过其软化点的温度下处理一段时间而没有过度变质，等待期的利用也可是尤其有益的。
如果试图共混两种或多种聚合物，可以有益地将非反应性稀释剂和/或反应性增塑剂首先加入具有最高玻璃转变温度的组分中，使其增塑。其它较低Tg组分可随后在低于没有稀释剂或反应性增塑剂的增塑作用时可以使用的温度下混合，因此降低体系的总体热暴露。另外，稀释剂和反应性增塑剂可在所要混合的聚合物之间分配，分别增塑其中的每种聚合物。独立增塑的聚合物可随后在相对低温度下在相应地较低的能量消耗和聚合物降解的情况下混合。
确定半固体前体混合物是否可用于本发明用于生产眼科模塑品，如隐形眼镜和眼镜的新型工艺的决定性标准是：该前体混合物必须足够程度地匀质以在固化时产生光学透明性；混合物在用于生产所讨论的模塑品的至少一部分制造工艺过程中具有半固体稠度；该混合物能够在施加光，热，或一些其它形式的聚合能量或聚合反应-触发机理时经历聚合反应；和混合物在聚合时具有低收缩率。眼镜的其它的优选的特性包括一个或多个以下特性：光学透明性是至少80％，优选85％和最优选90％的可见光谱范围内的光在2mm厚度下透过；折射指数至少1.5；玻璃转变温度至少80℃；弹性模量大于109达因/厘米2；Shore D硬度大于80；和Abbe数大于25。
本发明半固体前体材料可有利地通过本领域熟知的和通常采用的几种不同的模塑品技术进行模塑。例如，静态铸塑技术是眼科镜片生产领域中所熟知的，其中模塑材料被放在两个半模之间，随后关闭以确定内腔，后者又确定所要生产的模塑品的形状。参见，例如，USPat.Nos.4,113,224，4,197,266，和4,347,198。同样，压塑技术是热塑性模塑品领域熟知的，其中两个半模再次到达在一起，但不必相互接触，以确定一个或多个模塑表面。注塑是可适用于本发明半固体前体材料的另一技术，其中半固体材料可迅速地挤入由两个温控半模限定的腔，所述材料视需要在模具中的时候固化，随后由半模排除，如果需要随后是成型和或固化步骤(如果半固体在注塑机中没有固化或仅部分固化)。
在模具中没有固化或仅部分固化的这些工艺适用于生产预成型品，后者可随后用于静态铸塑或压塑工艺，固化制成所讨论的最终物体。为了生产眼科镜片，静态铸塑，压塑，和注塑由于其在本领域中流行而都是优选的工艺，其中未反应性热塑性材料(注塑和压塑)或反应性前体在液体态(静态铸塑)中。
如果需要，预成型品可另外暴露于表面-改性或表面形成材料，得到具有所需表面特性的半固体梯度复合材料。本文和所附权利要求书中所用的术语″表面-改性材料″和″表面-形成材料″可互换使用且是指向聚合物制品的一个或多个表面增加或提供具有所需特性的层的任何组合物或材料。可用于制备本发明模塑品的组合物可以是染料或颜料溶液，为了说明目的，所述染料或颜料可以是光变色，荧光，UV-吸收，或可见(颜色)的。染料可被包封在，共价连接到，吸附到，或以其它方式固定到可在表面上包含反应性基团的载体，如超支化聚合物，纳米球，或微球。另外，表面组合物可包含耐刮前体配方。另外，染料可直接溶解在耐刮材料中以得到同时被染色和刮擦保护的成品制品，如镜片。
表面-形成或表面-改性组合物的另一例子是亲水单体/交联剂混合物，所述涂层可赋予，例如，用于隐形眼镜的亲水性和/或组织相容性或用于眼镜和风挡的防雾性能。该亲水反应性单体/交联剂组合物可进一步包含各种染料，包括光变色种类。
预成型品可通过浸渍在表面-形成组合物浴中而暴露于表面-形成组合物。除了浸渍在浴中，表面-形成组合物可通过涂覆和图案产生/转移领域中熟练技术人员已知的工艺而蒸发在，涂漆在，喷雾在，旋涂在，印刷在，或转移至预成型品上。另外，表面-形成组合物可被喷雾，涂漆，印刷，图案化，流涂，或以其它方式施用到模具的一个或多个表面。表面形成组合物可视需要固化或部分固化以增加粘度，韧性，耐磨性或其它所需性能。对半固体梯度复合材料的进一步讨论在国际专利出版物No.WO 00/55653中给出，其公开内容在此作为参考并入本发明。
含硅氧烷的聚合物熟知具有高氧渗透性但不好的组织相容性。在本发明的一个优选的实施方案中，预成型品第一由包含含硅氧烷的预聚物和/或无活性聚合物的半固体前体混合物形成，预成型品是随后暴露于包含亲水单体的表面-改性组合物。如此得到的半固体梯度复合材料随后模塑和固化成具有高氧渗透性和改进的组织相容性的隐形眼镜。
本发明工艺相对常规模塑品技术是有利的，因为半固体前体材料提供小但有限的耐流动性使得半固体在其加入时不会流出模具，不同于静态铸塑技术所用的液体前体。但半固体材料是足够屈服性的，容易被压缩和变形以成型所需模具腔形状或表面特点而在两个静电压缩模具到达在一起时没有过度阻力。另外，不同于典型的热塑性塑料，半固体材料无需通常在使用常规材料的压缩或注塑技术时所出现的过量或非所需量的加热和/或压缩力。因此，本发明半固体材料可被视为液体的容易变形性与固体的容易使用方面在反应性的体系(但具有低收缩率)中的结合，和可固化成半IPN或交联凝胶。
因此，在一个实施方案中，半固体前体材料提供可在模塑品之后固化的热塑性状材料，得到不同于常规热塑性塑料的交联，热设定体系。与由预聚物，无活性聚合物，或得自用于半固体体系的反应性增塑剂的聚合反应的聚合物构成的纯热塑性塑料相比，如果半固体体系被严重增塑，那么该半固体有利地比相应热塑性材料更容易和/或在较低温度下流动。
在另一实施方案中，半固体前体材料相对液体前体材料体系提供的改进在于，半固体不会过度流出模具，可快速固化且没有氧抑制作用，和相对液体前体类似物在固化时具有小收缩率。
半固体前体混合物在模具组件中的聚合反应优选通过将混合物暴露于聚合反应引发条件而进行。对于通过在室温之上加热而热固化的部件，固化持续时间可通常达到数分钟至数天。另外，如果使用自由基或阳离子固化机理并通过高强度UV光源而触发，固化持续时间可达到几分钟至低于几秒。优选的技术是将含光引发剂的组合物暴露于其强度和持续时间足以引发聚合反应至所需度的紫外(UV)辐射源。即使去除聚合能量源，如，UV光源，聚合反应一般也发生，且有效地完成聚合反应至所需程度所需的持续时间可无需过度试验而确定。如果需要，相对强UV光可与本发明半固体前体混合物结合使用以在短时间内实现足够的完全的固化而不会在固化体系内过度产生热。如果半固体前体混合物的反应性物质包含仅预聚物和，视需要，少量(如，低于约30wt％，或优选低于约20wt％)的一种或多种反应性增塑剂，该优点是特别明显的。
按照本发明的工艺的一个优选的实施方案包括以下步骤：a)向模具中引入一种半固体前体材料，包括包含预聚物和无活性聚合物的聚合物共混物，其中存在至少一种预聚物；非反应性稀释剂；光引发剂；和视需要反应性稀释剂；b)通过聚合能量源如UV光引发光交联反应低于或等于1分钟而；和c)打开模具，取出固化模塑品，和将固化模塑品放入用于储存和/或运输的包装中。
在另一优选的实施方案中，半固体前体混合物包含在固化之后不是水溶性(即，在水中的浓度范围1-10wt％下不溶解在水中)，但是水可膨胀的预聚物共混物或预聚物/无活性聚合物共混物。这些组合物可与缓和剂-型稀释剂混合，这样消除在固化超过由其制成的模塑品的脱模，使用，和包装所获得的固化水平之后对单独萃取步骤的需求。
在本文优选的实施方案中，半固体前体混合物包含一种非水溶性但水可膨胀的预聚物，它是聚甲基丙烯酸羟乙基酯(pHEMA)的一种官能化共聚物。共聚物可包含与HEMA一起的甲基丙烯酸，丙烯酸，n-乙烯基吡咯烷酮，二甲基丙烯酰胺，乙烯基醇，和其它单体。一个本文优选的实施方案包含与约2％甲基丙烯酸共聚的HEMA的聚合物。该共聚物也可包含反应性染料和/或反应性UV吸收剂。该共聚物随后被甲基丙烯酸酯基团(或丙烯酸酯基团)官能化，得到一种适用于生产可用作隐形眼镜的眼科模塑品的反应性预聚物。HEMA-基共聚物可通过HEMA的羟基基团通过使用，例如，甲基丙烯酸酯酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯而官能化。
在优选的实施方案，前体混合物包含官能化pHEMA-MAA共聚物作为预聚物，pHEMA作为无活性聚合物，50∶50混合物(重量)1，2丙二醇和水作为非反应性稀释剂，和水溶性光引发剂如4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ACVA)。引发剂浓度是约0.5wt％和非反应性稀释剂的浓度是约50wt％。PEG400或PEG400∶水的50∶50混合物可用于替代丙二醇∶水混合物。在另一优选的实施方案中，前体混合物包含官能化pHEMA作为第一预聚物，官能化pHEMA-MAA作为另外与反应性染料和反应性UV吸收剂共聚的第二预聚物，PEG400作为非反应性稀释剂，和Irgacure 1750作为光引发剂。
材料在混合时变成透明和均相半固体前体混合物。小部分的半固体前体混合物可从本体中取出并作为离散体***模具腔中。通过关闭该模具，半固体变形和呈现由半模确定的内腔的形状。如果样品用聚合能量源如UV光照射，前体混合物固化成一种可随后脱模并放入用于平衡的盐水溶液中的水可膨胀的交联凝胶。凝胶可设计成在平衡时吸收约30-70％水，同时具有类似于市售隐形眼镜材料的机械性能如断裂伸长率和模量。因此，如此制成的模塑品可用作眼科镜片，尤其接触或眼内镜片，所述镜片使用一种在快速固化步骤过程中具有低收缩率的半固体前体材料制成，和所述镜片除了在包装时的平衡步骤无需单独的萃取步骤。
另一优选的实施方案使用亲水硅氧烷作为无活性聚合物，或当具有其它的官能团时，作为预聚物或反应性增塑剂，其中所述硅氧烷是具有高氧渗透性亲水组分和硅氧烷组分共聚物。
用于引入本发明半固体前体混合物中的合适的硅氧烷-基单体和预聚物公开于US Pat.Nos.4136250，4153641，4740533，5010141，5034461，5057578，5070215，5314960，5336797，5356797，5371147，5387632，5451617，5486579，5789461，5807944，5962548，5998498，6020445，和6031059，以及PCT Appl.Nos.WO 94/15980，WO97/22019，WO 99/60048，WO 99/60029，和WO 01/02881，和欧洲Pat.Appl.Nos.EP00940447，EP00940693，EP00989418，和EP00990668。
另一优选的实施方案使用全氟烷基聚醚，它被氟化以达到良好的氧渗透性和惰性，但由于聚合物主链结构和/或亲水侧基团而具有可接受程度的亲水性。这些材料可容易被引入本发明的半固体前体混合物中作为无活性聚合物，或当具有其它的官能团时，作为预聚物或反应性增塑剂。这些材料的其它例子参见US Pat.Nos.5965631，5973089，6060530，6160030，和6225367。
实施例
实施例1：用于制备官能化pHEMA的一般方法
10克聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)(pHEMA，MW＝300,000)溶解在无水吡啶中。向该溶液中加入0.114mL甲基丙烯酸酯酸酐并将混合物连续搅拌12-24小时。吡啶随后在真空下去除并将官能化pHEMA两次在水中沉淀以去除杂质。在干燥之后，得到具有1％官能度(理论值)的pHEMA，其中1％的原始侧羟基基团被改性以具有侧甲基丙烯酸酯官能度。对于所用的pHEMA起始原料，这对应于约20-25侧甲基丙烯酸酯基团/聚合物链。
具有不同的度官能度(0.3％-5％)的pHEMAs已根据上述步骤而制成。其它程度的官能度容易通过调节加入pHEMA-吡啶混合物的甲基丙烯酸酯酸酐的量而制成。同样，其它反应性基团(如，丙烯酸酯，(甲基)丙烯酰胺，等)可使用类似方案附加到pHEMA链上。
实施例2：官能化pHEMA-co-MAA的制备
将150mL无水吡啶装入配有回流冷凝器，温度计，和氮入口管的烧瓶。随后，将10mL 2-甲基丙烯酸羟基乙基酯(HEMA)，0.14mL甲基丙烯酸(MAA)，和15mg 2，2’-偶氮二异丁腈加入烧瓶中。在用氮气清洗溶液15分钟之后，该溶液随后被慢慢加热至70℃并引发聚合反应以合成pHEMA-co-MAA。
聚合反应通常持续6-8小时并将溶液冷却至室温。作为官能化剂，随后注入0.12mL甲基丙烯酸酐并将溶液搅拌12小时以通过HEMA的羟基基团在pHEMA-MAA的主链上引入反应性甲基丙烯酸酯基团。
在完成官能化反应时，吡啶，残余单体，和杂质通过真空蒸馏而去除，得到官能化pHEMA-MAA预聚物。非反应性稀释剂如乙醇和无活性聚合物如pHEMA随后与官能化pHEMA-MAA预聚物混合，达到备用于模塑和固化的半固体前体混合物。
具有不同的官能度度的官能化pHEMA-co-MAA预聚物也根据上述步骤而制成。
实施例3：pHEMA-MAA在非反应性稀释剂存在下的制备
在该实施例中，官能化pHEMA-MAA预聚物在包含构成半固体前体混合物的非反应性稀释剂的聚合反应介质中合成。
反应容器包括配有温度计，冷凝器，和氮入口的温控250mL四颈烧瓶。反应容器装有10g具有平均分子量400的聚乙二醇(PEG400，Aldrich)作为非反应性非挥发性稀释剂和20g丙酮作为挥发性溶剂。混合物搅拌几分钟，然后加入10g甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)，0.15g甲基丙烯酸(MAA)，和12mg偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂。混合物随后用纯化氮清洗，同时搅拌约15分钟。
将溶液慢慢加热至和保持在60℃下2小时以进行聚合反应。在聚合反应之后，形成一种透明半固体。该随后冷却至室温并注入0.21g甲基丙烯酸酯酸酐(MA)as官能化剂。HEMA的羟基和MA的酸酐之间的反应在室温下自发进行而无需使用催化剂。将溶液搅拌12小时以进行官能化反应，其中反应性甲基丙烯酸基团在聚合物主链上被引入。在完成官能化反应之后，挥发性丙酮和残余杂质通过蒸发或真空蒸馏而去除，得到包含PEG 400和甲基丙烯酸酯-官能化pHEMA-co-MAA共聚物的半固体聚合物前体混合物。
在该实施例中，丙酮在反应混合物中的浓度可变化为10wt％-80wt％。如果丙酮浓度高于80wt％，pHEMA-co-MAA共聚物在聚合反应过程中程度。如果丙酮浓度低于10wt％，出现明显胶凝。胶凝由于少量二官能单体存在于HEMA中作为杂质通过共聚物的交联而引起。为了得到具有所需性能的前体混合物，需要优化溶剂的种类，溶剂浓度，反应时间，反应温度，和稀释剂浓度。
官能化度可容易通过调节作为官能化剂加入反应混合物的MA的量而改变。在保持HEMA和MAA的量不变的情况下，具有官能度0.3-5％的各种pHEMA-co-MAA共聚物另外根据上述步骤通过调节MA的量而合成。使用合适的取代剂，其它种类的反应性基团(如，丙烯酸酯，(甲基)酰基酰胺，等)也可被引入到pHEMA-co-MAA的主链上。
在该实施例中得到的前体混合物包含官能化pHEMA-co-MAA作为预聚物和PEG400作为非反应性稀释剂，其中预聚物浓度是约50wt％。该前体混合物另外混合与其它的预聚物如通过实施例1得到的官能化pHEMA，无活性聚合物如pHEMA，引发剂，和其它的非反应性稀释剂混合，得到备用于模塑和固化的所需半固体前体混合物。这些其它的组分也可在去除挥发性溶剂和残余杂质之前被引入反应介质中。
实施例4：用于由pHEMA/官能化pHEMA共混物制备眼科模塑品的一般方法
用于隐形眼镜生产的半固体材料已由官能化pHEMA作为预聚物，pHEMA作为无活性聚合物，和与pHEMA相容的非反应性稀释剂(即，该稀释剂溶剂化pHEMA和形成透明混合物)制成。
例如，将0.06g稀释剂和0.002g 1-羟基环己基苯基酮(Irgacure184)加入在封端小瓶中的0.02g pHEMA和0.08g 1％官能化pHEMA中，并将材料在炉中在70℃下放置1天。典型的稀释剂可包含水，甲醇，乙醇，异丙醇，丙二醇，甘油，和PEG(300，400，...1000，等)或这些的混合物。对于该例子，使用乙醇和甘油的50∶50(重量)混合物。
在70℃下1天之后，所得材料是透明，相对均相半固体。将称重量0.08g的溶剂化物材料在两个玻璃板之间手工混合约2分钟，并随后放在两个眼科镜片模具之间。将该组件在轻微压力下放在50℃压机上，可控地使模具在其外周附近相互接触(该方案模拟普遍用于隐形眼镜工业的静态铸塑技术)。过量半固体材料在两个模具到达在一起时从模具中挤掉，且溢流量通过原始放入模具中的材料相对模具腔体积的量而确定。
一旦模具被夹在一起，眼科模塑品在使用D-，H-，或V-灯泡的熔融UV光源下固化约20秒。应该注意，通过优化光引发剂的选择和UV光源的波长，较短固化时间是可能的，和20秒成为固化该特定模塑品组合物和几何形状所需的时间量的上限。模具组件随后离开UV灯，并将溢流材料从镜片模具的边缘弄整齐。打开镜片模具，然后使它们冷却至室温并取出模塑品，这样得到眼科镜片模塑品。
本实施例的眼科镜片包含约36-38％水的平衡水含量，这取决于起始预聚物的官能度的程度。在约0.5-1％下官能化的样品具有类似于具有类似水含量的市售隐形眼镜材料时所观察到的机械模量，并能够在断裂之前拉伸至其原始长度的2-4倍。
为了生产隐形眼镜，该实施例的模塑和固化操作还适用于包含官能化pHEMA-co-MAA预聚物的前体混合物。因为包含在pHEMA中的MAA单体增加聚合物在水中的溶解度，用于该实施例的pHEMA可例如被替换为在实施例2或3中得到的官能化pHEMA-co-MAA预聚物以增加最终隐形眼镜的平衡水含量。在实施例2和3中得到的官能化pHEMA-co-MAA预聚物产生具有平衡水含量约55-60wt％的隐形眼镜。
在该实施例中，非反应性稀释剂的量可调节使得在模塑之后它可提供与水或盐水溶液的等容交换。在那种情况下，固化镜片在与水或盐水溶液平衡时没有或有较小的体积变化。
实施例5：来自1％官能化pHEMA和眼科缓和剂的模塑品
该实施例说明各种眼科缓和剂作为非反应性稀释剂用于生产包含官能化pHEMA预聚物的半固体前体混合物的用途。这些半固体前体混合物在固化时得到光学透明模塑品。
将50wt％官能化pHEMA(1％甲基丙烯酸酯官能度，来自实施例1)，25wt％1，2-丙二醇(PPG)，和25wt％水的混合物在封端小瓶中在70℃炉中匀化1小时，在此过程中样品变成半固体性质的。样品还包含1wt％(基于预聚物和稀释剂)光引发剂4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ACVA)。将半固体材料从炉中取出并使用两个玻璃板手工进一步混合几分钟。最后，半固体前体混合物在两个玻璃板之间压出至厚度约100微米，并随后在散射UV光源(Blak-Ray 100 AP，UVP，Inc.)下放置20分钟进行固化。注意，样品固化时间可在使用更强UV光源时明显缩短。
固化之后，将制成的模塑品从模具中取出并在水中水合。平衡水含量测定为约39％，和样品具有断裂伸长率约200％。该样品是下表1中的数3a。
其它半固体前体混合物类似地处理，且配方和结果在下表中给出(注意，所有的样品用1％ACVA处理)：
表1
 样品No.     预聚物     稀释剂   水含量 伸长率
    3a     50％HEMA(1％)     25％PPG，25％水     39％   200％
    3b     40％pHEMA(1％)   30％PEG(400)，30％水  (没有测定)   (nm)
    3c     60％HEMA(1％)     30％PPG，10％水     35％   250％
    3d     60％pHEMA(1％)     30％水，10％PPG     (nm)   (nm)
    3e  48％pHEMA(1％)，12％pHEMA(5％)     30％PPG，10％水     38％   200％
    3f  30％HEMA(1％)，30％pHEMA(5％)     30％PPG，10％水     36％   100％
在该实施例中，非官能化pHEMA也可作为无活性聚合物加入前体混合物中而没有损害光学透明性。在该实施例中提及的非反应性稀释剂也可用于制备包含官能化pHEMA-MAA预聚物(包含约2％MAA)的半固体前体混合物。
实施例6：来自无活性聚合物，反应性增塑剂，和视需要，非反应性稀释剂的模塑品
该实施例公开了包含各种无活性聚合物的半固体前体混合物。尽管这些聚合物没有用反应性基团官能化，它们可通过聚合物主链上的官能团如羟基和羧基基团而官能化以得到预聚物。
包含无活性聚合物，一种或多种反应性增塑剂，光引发剂，和在一些情况下非反应性稀释剂的混合物在封端小瓶中在70℃炉中匀化24小时，在此过程中样品变成半固体性质的。将半固体材料从炉中取出并使用两个玻璃板用手进一步混合几分钟。最后，半固体前体混合物在两个玻璃板之间压出至厚度约100-500微米，并随后在散射UV光源(Blak-Ray 100 AP，UVP，Inc.)下放置10-20分钟进行固化。注意，样品固化时间可在使用更强UV光源时明显缩短。
固化之后，所制成的模塑品是透明和凝胶状，适用作生物医学模塑品。实施例配方在下表2中给出(所有的百分数是wt％)：
表2
样品No.   无活性聚合物   反应性增塑剂   稀释剂     引发剂 模塑品结果
    4a   33％聚丙烯酸   33％PEG-二丙烯酸酯 33％乙二醇 0.5％Irgacure1173     透明
    4b   50％pHEMA   25％PEG-二丙烯酸酯 25％乙二醇 0.5％Irgacure1173     透明
    4c   50％聚甲基乙烯基醚-马来酸   25％PEG-二丙烯酸酯 25％乙二醇 0.5％Irgacure1173     透明
    4d   33％羧基甲基纤维素   16％PEG-二丙烯酸酯，16％聚二丙烯酸丁二烯酯 33％甲醇 0.5％Irgacure1173     透明
    4e   33％羟基丙基甲基纤维素   16％PEG-二丙烯酸酯，16％聚二丙烯酸丁二烯酯 33％甲醇 0.5％Irgacure1173     透明
    4f   29％聚(4-乙烯基吡啶)   25％丙烯酰胺，8％甲基丙烯酸酯化葡萄糖 48％乙二醇 0.3％Irgacure819     透明
    4g   33％琼脂糖   17％丙烯酰胺，6％甲基丙烯酸酯化葡萄糖 44％乙二醇 0.3％Irgacure819     透明
    4h   50％羧基甲基纤维素   13％丙烯酰胺，4％甲基丙烯酸酯化葡萄糖 33％乙二醇 0.3％Irgacure819     透明
    4i   31％pHEMA   2％四乙烯二醇二甲基丙烯酸酯 67％乙醇 0.5％Darocur1173     透明
    4j   53％pHEMA   14％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 33％乙二醇 0.5％Irgacure819     透明
实施例7：基于相分离等折射体系的隐形眼镜
作为基于相分离等折射体系的隐形眼镜的一个例子，半固体前体混合物由憎水含硅氧烷的预聚物和亲水无活性聚合物制成。官能含硅氧烷的聚合物，如官能聚二甲基硅氧烷(PDMS)是市售，具有各种官能团，包括通过UV光快速固化的(甲基)丙烯酸酯官能团。含硅氧烷的聚合物具有高氧渗透性和有利地用作生产隐形眼镜的材料。
在该实施例中，预聚物是甲基丙烯酸酯-官能PDMS，其中PDMS的端基被甲基丙烯酸酯基团官能化。无活性聚合物是HEMA-基共聚物如pHEMA-co-MAA，其中HEMA是共聚物的主要成分。HEMA基共聚物也可被反应性基团官能化以得到预聚物。因为PDMS和pHEMA是不相容的和pHEMA比PDMS更亲水，如果包含PDMS和HEMA-基共聚物的隐形眼镜用水平衡，水在分别富含PDMS和HEMA-基共聚物的共存的憎水和亲水相之间分配并优先溶剂化亲水相。水合亲水相的折射指数取决于HEMA-基共聚物的折射指数以及水含量，它们主要由共聚物的成分确定。
pHEMA和甲基丙烯酸酯-官能PDMS的折射指数分别是约1.51和1.46。用水平衡的pHEMA隐形眼镜的折射指数是约1.44。因此，通过模塑和固化和随后用水平衡，可通过调节HEMA-基共聚物的成分以使富含水合HEMA-基共聚物的亲水相的折射指数与富含PDMS的憎水相相配而得到呈现相分离等折射模塑品形式的光学透明水合隐形眼镜。
实施例8：具有高氧渗透性和组织相容性的隐形眼镜
在该实施例中，圆盘状预成型品由包含甲基丙烯酸酯-官能PDMS作为预聚物，HEMA-基共聚物作为无活性聚合物，和非反应性稀释剂的半固体前体混合物制成，所述前体混合物可以是在实施例7中给出的相分离等折射混合物。将该预成型品浸渍在赋予组织相容性的表面-形成单体组合物的溶液中。包含HEMA和/或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的单体组合物可用作表面-形成组合物以赋予组织相容性。所得半固体梯度复合材料通过实施例4所述的方法模塑和固化成镜片。
实施例9：具有组织相容性的药物传输植入物
缓慢-或受控-释放药物传输植入物由通过官能化多糖如纤维素衍生物，脱乙酰壳多糖，和右旋糖酐得到的预聚物而制成。这些多糖可通过聚合物主链上的羟基，羧基，和/或胺基团而官能化。所需药物通过药物传输领域已知的各种方法被束缚在包含官能化多糖作为预聚物，无活性聚合物，非反应性稀释剂，和引发剂的半固体前体混合物中。所得半固体前体混合物没有在固化时作为残余物保留的明显有害的单体反应物。前体混合物随后成型为预成型品。预成型品可另外浸渍在赋予组织相容性的表面-形成组合物的溶液中，得到包含药物的梯度复合材料。所得预成型品随后模塑和固化，得到可用作具有组织相容性的药物传输植入物的最终产品。
实施例10：药物-释放隐形眼镜
用作药物传输体系的隐形眼镜由包含预聚物，药物-负荷纳米球或微球，和非反应性稀释剂的半固体前体混合物制成。用于将药物包封在纳米球或微球中的各种方法是本领域已知的。纳米球或微球的表面可用反应性基团改性。如果前体混合物包含载药微球，可有利地形成相分离等折射体系以提高光学透明性。
实施例11：温度-敏感药物-释放隐形眼镜
可重新使用的药物-释放隐形眼镜由包含预聚物，无活性聚合物，和非反应性稀释剂的半固体前体混合物制成。前体混合物可以是均相混合物或相分离等折射体系。预聚物由生理可接受的水溶液中具有对温度的溶解度敏感度的聚合物制成。为了增加药物在隐形眼镜中的溶解度，无活性聚合物可选自具有与所述药物的亲和性的那些。
在该实施例中，预聚物基于其中N-异丙基丙烯酰胺是主要成分的共聚物，使得预聚物在水溶液中具有LCST行为。
如果不使用隐形眼镜，将镜片在其中隐形眼镜比在环境温度下溶胀更多的降低的温度下浸渍在含药溶液中，提供一种将药物加载到隐形眼镜中的有效方式。如果放在眼中，镜片慢慢或以其它方式受控地释放药物。

Claims (29)

1.一种聚合物前体混合物，包含(i)聚合物共混物，其中聚合物共混物由至少两种相异的预聚物或至少一种预聚物和无活性聚合物组成；(ii)至少一种非反应性稀释剂；(iii)视需要，至少一种反应性增塑剂；和(iv)视需要，至少一种活性成分；所述聚合物前体混合物是在聚合时具有低收缩率的半固体可聚合组合物。
2.根据权利要求1的聚合物前体混合物，它在聚合时保持光学透明。
3.根据权利要求1或2的聚合物前体混合物，其中聚合物前体混合物是半固体的不溶于水但水可膨胀的可聚合亲水组合物。
4.根据权利要求1或2的聚合物前体混合物，其中聚合物前体混合物在聚合反应和在盐水溶液中平衡时形成相分离等折射体系。
5.根据任何权利要求1-4的聚合物前体混合物，其中非反应性稀释剂的量选择使得在模塑品和固化之后它可提供与盐水溶液的等容交换，和聚合物前体混合物在聚合之后在盐水溶液中平衡时保持光学透明。
6.根据任何权利要求1-5的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的组成是相当的。
7.根据任何权利要求1-6的聚合物前体混合物，其中非反应性稀释剂选自水，眼科缓和剂，和其混合物。
8.根据任何权利要求1-7的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的至少一种包含占大多数的甲基丙烯酸2-羟乙基酯单体单元。
9.根据任何权利要求1-7的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的至少一种包含占大多数的N-乙烯基吡咯烷酮单体单元。
10.根据任何权利要求1-7的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的至少一种包含硅氧烷。
11.根据任何权利要求1-7的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的至少一种是亲水硅氧烷。
12.根据任何权利要求1-7的聚合物前体混合物，其中预聚物和无活性聚合物的至少一种当溶液的热动态平衡移动时在生理可接受的水溶液中具有相分离。
13.一种包含表面-形成材料和内核材料的预成型品，其中核材料是根据任何权利要求1-12的聚合物前体混合物且表面-形成材料的组成不同于核-形成材料的组成，和其中表面和核材料在聚合时形成一整体。
14.根据权利要求13的预成型品，其中表面-形成材料选自染料溶液，颜料溶液，耐刮性前体配方，亲水单体/交联剂混合物，和其混合物。
15.一种由根据任何权利要求1-14的聚合物前体混合物或预成型品制成的模塑品。
16.根据权利要求15的模塑品，它在生理可接受的盐水溶液中平衡时具有最小膨胀或收缩。
17.根据权利要求15或16的模塑品，在其预期使用前不需要分离萃取步骤。
18.根据权利要求15，16或17的模塑品，它是隐形眼镜或眼内镜片。
19.一种用于生产成型模塑品的方法，包括步骤：
a)将引发剂和包含以下物质的聚合物前体混合物混合在一起(i)聚合物共混物，其中聚合物共混物由至少两种相异的预聚物或至少一种预聚物和无活性聚合物组成；(ii)至少一种非反应性稀释剂；(iii)视需要，至少一种反应性增塑剂；和(iv)视需要，至少一种活性成分；得到在聚合时具有低收缩率的半固体可聚合组合物；
b)视需要使半固体可聚合组合物成型为具有所需几何形状的预成型品；
c)视需要将预成型品暴露于表面-形成材料以形成半固体梯度复合材料；
d)将半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料引入对应于所需几何形状的模具中；
e)压缩该模具，这样半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料呈现模具的内腔的形状；和
f)将半固体可聚合组合物或半固体梯度复合材料暴露于聚合能量源；得到固化模塑品。
20.根据权利要求19的方法，其中半固体可聚合组合物在聚合时保持光学透明。
21.根据权利要求20的方法，其中固化模塑品是一种成型光学镜片。
22.根据权利要求19，20或21的方法，其中聚合物前体混合物是半固体的不溶于水但水可膨胀的可聚合亲水组合物。
23.根据任何权利要求19-22的方法，其中可交联预聚物和无活性聚合物的组成类似。
24.根据任何权利要求19-23的方法，进一步包括在半固体组合物或梯度复合材料在模具中压缩之后和在暴露于聚合能量源之前在预定温度下提供等待期的步骤。
25.根据任何权利要求19-24的方法，其中表面-形成材料施用到模具表面上，表面-形成材料视需要固化或部分固化，和预成型品随后放入模具中，在模具关闭时将预成型品暴露于表面-形成材料。
26.根据任何权利要求19-25的方法，进一步包括将固化模塑品放入包含盐水溶液的包装中的步骤。
27.根据任何权利要求19-26的方法，其中模具可重新使用。
28.根据任何权利要求19-27的方法，其中半固体组合物或梯度复合材料在快速固化时间内暴露于聚合能量源。
29.根据任何权利要求19-28的方法，其中固化模塑品在其预期使用之前进一步需要仅最低萃取步骤。
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