KR101910842B1 - 표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 안과용 재료는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 구성을 가짐으로써 재료 표면의 친수성이 우수할 뿐만 아니라 생물막(biofilm) 형성을 억제하여 안질환 효과적으로 예방할 수 있으므로 인공수정체, 인공각막, 콘택트 렌즈, 의안 등의 안과용 장치에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법{Ophthalmic composition with hydrophilic surface, and preparation method thereof}
본 발명은 표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 광학적으로 투명하고 내후성 및 체내 안정성이 우수하여 종래 인공수정체, 인공각막, 콘택트 렌즈, 의안 등의 안과용 장치에 사용되는 재료로서 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 폴리메틸메타크릴레이트는 매우 큰 소수성을 갖는 고분자이므로 이를 이용한 안과용 장치는 착용 시 수분이 쉽게 증발하여 표면에 잔류물(debris)이 남게 되어 이물감이 증가되거나, 안구 건조증이 유발될 수 있으며, 경우에 따라서 표면에 단백질, 세포, 박테리아 등이 표면에 부착되어 생물막(biofilm)을 형성함으로써 안과용 장치의 투명도를 떨어뜨리고, 만성 눈꺼풀염이나 결막염 같은 질환을 유발되는 문제가 있다.
최근 이러한 문제를 해결하기 위하여 친수성이 높은 안과용 재료를 개발하기 위한 노력들이 이어지고 있다. 그 예로서, 특허문헌 1은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)를 함유하는 코팅용 화합물을 사용하여 콘택트 렌즈를 제조하는 방법을 제안하고 있다.
그러나, 상기와 같이 현재까지 개발된 기술들은 소수성인 재료 표면에 코팅용 화합물을 물리적으로 결합시키는 원리를 이용하고 있어 안과용 장치에 사용할 경우 눈물 등의 수분으로 인해 코팅층이 손실될 수 있으므로 재료의 물성이 일정하지 않고, 사용수명이 짧은 한계가 있다.
따라서, 표면을 보다 효과적으로 친수화하여 안과용 장치의 착용 시 표면의 수분 증발을 억제하여 이물감을 개선함은 물론 생물막(biofilm) 형성을 개선하여 결막염 등의 안질환을 방지할 수 있는 안과용 재료의 개발이 절실히 요구되고 있다.
미국 등록특허 제5,525,691호
본 발명의 목적은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같이 소수성이 높은 폴리아크릴 수지를 함유하는 안과용 재료의 표면을 친수화하여 안과용 장치의 사용 시 표면의 수분 증발을 억제하여 이물감을 개선함은 물론 생물막(biofilm) 형성을 개선하여 결막염 등의 안질환을 방지할 수 있는 안과용 재료를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 안과용 재료의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 안과용 재료를 포함하는 안과용 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 일실시예에서,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스와;
상기 매트릭스의 표면에 화학적 결합하고, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료를 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016104543716-pat00001
[화학식 2]
Figure 112016104543716-pat00002
상기 화학식 1 및 2에서, a 내지 c는 각각 1 내지 1000이다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 화학적으로 결합시켜 친수층을 형성하는 단계를 포함하는 상기 안과용 재료의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016104543716-pat00003
[화학식 2]
Figure 112016104543716-pat00004
상기 화학식 1 및 2에서, a 내지 c는 각각 1 내지 1000이다.
나아가, 본 발명은 상기 안과용 재료를 포함하는 안과용 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 안과용 재료는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 구성을 가짐으로써 재료 표면의 친수성이 우수할 뿐만 아니라 생물막(biofilm) 형성을 억제하여 안질환 효과적으로 예방할 수 있으므로 인공수정체, 인공각막, 콘택트 렌즈, 의안 등의 안과용 장치에 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 1로 표시되는 화합물을 화학적으로 결합하는 과정을 도시한 이미지이다.
도 2는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 2로 표시되는 화합물을 화학적으로 결합하는 과정을 도시한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 안과용 재료의 물에 대한 접촉각 측정 결과를 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따른 안과용 재료의 MTS assay 평가 시 세포 생존률을 나타낸 그래프이다.
도 5는 생물막(biofilm) 형성억제 효율 평가 시 안과용 재료의 황색포도상구균 및 녹농균에 대한 광학밀도(OD)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 녹농균 생물막(biofilm) 형성억제 효율 평가 시 안과용 재료 표면을 전자현미경(EM) 분석한 이미지이다.
본 발명은 표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 광학적으로 투명하고 내후성 및 체내 안정성이 우수하여 종래 인공수정체, 인공각막, 콘택트 렌즈, 의안 등의 안과용 장치에 사용되는 재료로서 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 폴리메틸메타크릴레이트는 매우 큰 소수성을 갖는 고분자이므로 이를 이용한 안과용 장치는 착용 시 수분이 쉽게 증발하여 표면에 잔류물(debris)이 남게 되어 이물감이 증가되거나, 안구 건조증이 유발될 수 있으며, 경우에 따라서 표면에 단백질, 세포, 박테리아 등이 표면에 부착되어 생물막(biofilm)을 형성함으로써 안과용 장치의 투명도를 떨어뜨리고, 만성 눈꺼풀염이나 결막염 같은 질환을 유발되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 수분 친화도가 높은 화합물을 화학적 결합하여 표면이 친수화된 안과용 재료 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 안과용 재료는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 구성을 가짐으로써 재료 표면의 친수성이 우수할 뿐만 아니라 생물막(biofilm) 형성을 억제하여 안질환 효과적으로 예방할 수 있으므로 인공수정체, 인공각막, 콘택트 렌즈, 의안 등의 안과용 장치에 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
안과용 재료
본 발명은 일실시예에서,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스와;
상기 매트릭스의 표면에 화학적 결합하고, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료를 제공한다:
Figure 112016104543716-pat00005
Figure 112016104543716-pat00006
상기 화학식 1 및 2에서, a 내지 c는 각각 1 내지 1000이다.
구체적으로 상기 화학식 1 및 2에서,
a는 1 내지 100이고,
b는 1 내지 500이며,
c는 1 내지 200일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 화학식 1 및 2에서,
a는 1 내지 10이고,
b는 1 내지 20이며,
c는 1 내지 30 및 100 내지 150으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 수일 수 있다.
본 발명에 따른 안과용 재료는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 상에 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상이 화학적으로 결합되어 친수층을 이루는 구조를 갖는다. 상기 안과용 재료는 상기와 같은 구조를 가짐으로써 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면 친수성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 매트릭스 표면에 위치하는 친수층의 접착력을 강화시킬 수 있으므로 안과용 재료의 물성을 일정하게 유지시킬 수 있고 사용수명을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 폴리아크릴 수지는 광학적 투명도가 높고 내후성 및 체내 안정성이 높아 당업계에서 통상적으로 사용 가능한 아크릴레이트 중합체라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 폴리아크릴 수지로는 폴리메틸아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate, PMA), 폴리에틸메타크릴레이트(polyethylmethacrylate, PEMA), 폴리에틸아크릴레이트(polyehtylacrylate, PEA) 및 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트(polyhydroxyethylmethacrylate, PHEMA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 폴리아크릴 수지는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있고, 이때, 상기 폴리메틸메타크릴레이트는 폴리아크릴 수지 전체 중량에 대하여 90 중량부 이상 바람직하게는 95% 이상 포함될 수 있다.
아울러, 상기 폴리아크릴 수지를 포함하는 매트릭스는 안과용 재료로서 사용 가능한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 안과용 재료를 의안 소재로 사용할 경우 매트릭스는 사람의 안구와 유사한 구형일 수 있고, 콘택트 렌즈로 사용할 경우, 안구를 둘러쌀 수 있는 필름의 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 안과용 재료는 소수성의 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 위치시킴으로써 표면의 친수성을 향상시킬 수 있고, 표면의 생물막(biofilm) 형성을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물은 친수성의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 골격을 내부에 포함하고 있어 안과용 재료 표면에 친수성을 부여하고, 동시에 단백질, 세포, 박테리아 등이 표면에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 여기서, 단백질, 세포, 박테리아 등의 표면 부착 억제 정도는 폴리에틸렌글리콜 골격의 분자량에 영향을 받을 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 상기 안과용 재료는 표면의 친수성이 향상되어 물에 대한 접촉각이 60˚ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 안과용 재료는 물에 대한 접촉각이 55˚ 이하, 50˚ 이하, 30 내지 60˚, 40 내지 60˚, 45 내지 60˚, 45 내지 50˚, 46 내지 49˚, 50 내지 60˚, 55 내지 60˚, 56 내지 59˚ 또는 46 내지 59˚일 수 있다.
다른 하나의 예로서, 본 발명에 따른 상기 안과용 재료는 균주에 대한 표면 부착이 억제되어 재료 표면의 균주 배양 후 재료 표면에 대한 광학밀도 측정 시 광학밀도(OD)의 증가율이 50% 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 49% 이하, 48% 이하, 47% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 1 내지 50%, 10 내지 50%, 20 내지 50%, 30 내지 50%, 35 내지 50%, 5 내지 40%, 30 내지 40%, 35 내지 37%, 48 내지 50%, 5 내지 15%, 9 내지 11%일 수 있다.
안과용 재료의 제조방법
또한, 본 발명은 일실시예에서,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 화학적으로 결합시켜 친수층을 형성하는 단계를 포함하는 안과용 재료의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016104543716-pat00007
[화학식 2]
Figure 112016104543716-pat00008
상기 화학식 1 및 2에서, a 내지 c는 각각 1 내지 1000이다.
본 발명에 따른 안과용 재료의 제조방법은 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 폴리에틸렌글리콜 골격을 갖는 화학식 1 및 2의 화합물 중 어느 하나 이상을 개질을 통해 화학적으로 결합시킴으로써 수분 친화력을 갖는 친수층을 도입할 수 있다.
하나의 예로서, 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 1로 표시되는 화합물을 화학적으로 결합하는 경우 친수층을 형성하는 단계는,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 벤조페논을 코팅하여 벤조페논층을 형성하는 단계; 및
상기 벤조페논층 표면에 친수성 단량체를 경화시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 벤조페논 용액을 도포하고 건조하여 벤조페논층을 형성한 후, 형성된 벤조페논층에 친수성 단량체 용액을 도포하고 UV 조사함으로써 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면을 벤조페논과 친수성 단량체가 순차적으로 화학 결합된 화학식 1의 화합물로 개질할 수 있다.
이때, 상기 친수성 단량체는 아크릴계 단량체일 수 있고, 구체적으로는 에틸렌옥시기를 포함하는 아크릴레이트일 수 있다. 예를 들어, 상기 친수성 단량체로는 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트(poly(ethylene glycol)methacrylatem PEGMA), 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate, 2-HEMA) 등을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 2로 표시되는 화합물을 화학적으로 결합하는 경우 친수층을 형성하는 단계는,
폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면을 오존(O3) 플라즈마 처리하는 단계;
플라즈마 처리된 매트릭스 표면에 실란 화합물을 경화하여 실란층을 형성하는 단계; 및
실란층 표면을 알데하이드 화합물 및 폴리에틸렌글리콜과 반응시켜 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면을 오존(O3) 존재 하에서 플라즈마 처리하여 표면을 하이드록시기(OH기)로 활성화시키고, 실란화합물을 경화하여 실란층을 형성한 후 알데하이드 화합물 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 연속적으로 반응시킴으로써 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면을 실란 화합물, 알데하이드 화합물 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)가 순차적으로 화학 결합된 화학식 2의 화합물로 개질할 수 있다.
이때, 상기 폴리에틸렌글리콜은 말단에 알데하이드 화합물과 결합할 수 있는 1 이상의 아민기를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 양 말단 중 어느 한 쪽의 말단에 아민기 1개를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌글리콜은 에틸렌글리콜의 분자량에 따라 친수층의 친수성 및 생물막 형성 정도가 제어되므로 에틸렌글리콜의 분자량이 1 내지 10000, 구체적으로는 100 내지 10000, 100 내지 1000, 300 내지 700, 400 내지 600, 3000 내지 7000, 4000 내지 6000, 4500 내지 5500, 또는 450 내지 5500인 것을 사용할 수 있다.
안과용 장치
나아가, 본 발명은 일실시예에서, 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스와; 상기 매트릭스의 표면에 화학적 결합하고, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료를 포함하는 안과용 장치를 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016104543716-pat00009
[화학식 2]
Figure 112016104543716-pat00010
상기 화학식 1 및 2에서, a 내지 c는 각각 1 내지 1000이다.
본 발명에 따른 안과용 장치는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 구성의 안과용 재료를 포함함으로써 표면의 친수성이 우수할 뿐만 아니라 생물막(biofilm) 형성을 억제하여 안질환 효과적으로 예방할 수 있다. 이러한 안과용 장치로는 인공수정체, 인공각막, 의안, 콘택트 렌즈 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 및 2.
벤조페논을 10 중량%가 되도록 에탄올(0.2㎖)에 용해하고, 제조된 벤조페논 용액을 가로 1.5㎝ X 세로 1.5㎝의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 표면에 도포하고, 30분 동안 건조하여 벤조페논층을 형성하였다. 형성된 벤조페논층 상에 하기 표 1에 나타낸 친수성 단량체 20 중량%와 벤질알코올 0.5 중량%를 포함하는 0.5mM의 과요오드산나트륨 수용액(0.5㎖)을 도포하였다. 그 후 UV 램프를 이용하여 365㎚ 파장의 광을 300㎽/㎠의 광도로 10분 동안 조사하여 친수성 단량체를 광경화시키고, 표면을 세척하여 폴리메틸메타크릴레이트 매트릭스에 친수층이 형성된 형태의 안과용 재료를 얻었다.
친수성 단량체 친수층 화학구조
실시예 1 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트 (PEGMA)
Figure 112016104543716-pat00011

n= 6.2±0.5
Figure 112016104543716-pat00012

p= 6.2±0.5, q= 3.2±0.5
실시예 2 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA)
Figure 112016104543716-pat00013
Figure 112016104543716-pat00014

q= 8.8±0.5
실시예 3 및 4.
가로 1.5㎝ X 세로 1.5㎝의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름을 준비하고, 준비된 필름의 표면을 10분 동안 오존(O3) 플라즈마 처리를 수행하였다. 그런 다음 5 부피%로 에탄올에 용해된 (3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-aminopropyl)triethoxysilane, APTES)에 1시간 동안 침지하고 80℃에서 1시간 동안 경화하여 필름 표면에 실란층을 형성하였다. 실란층이 형성된 필름을 글루타알데하이드(glutaraldehyde, GA)가 10 부피%로 용해된 인산완충용액(PBS)에 3시간 동안 침지하고 세척한 후 연속적으로 한쪽 말단에 아민기를 포함하는 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 11 중량%로 용해된 인산완충용액(PBS)으로 처리하여 폴리메틸메타크릴레이트 매트릭스에 친수층이 형성된 형태의 안과용 재료를 얻었다. 이때, 사용된 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 하기 표 2에 나타내었다.
폴리에틸렌글리콜(PEG) 친수층 화학구조
실시예 3
Figure 112016104543716-pat00015

r= 15.3±0.5
Figure 112016104543716-pat00016

t= 15.3±0.5
실시예 4
Figure 112016104543716-pat00017

r= 111.9±0.5
Figure 112016104543716-pat00018

t= 111.9±0.5
비교예 1.
친수층이 형성되지 않은 가로 1.5㎝ X 세로 1.5㎝의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름을 안과용 재료로 준비하였다.
비교예 2.
벤조페논을 10 중량%가 되도록 에탄올(0.2㎖)에 용해하고, 제조된 벤조페논 용액을 가로 1.5㎝ X 세로 1.5㎝의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 표면에 도포한 후, 30분 동안 건조하여 폴리메틸메타크릴레이트 매트릭스에 벤조페논층을 형성된 안과용 재료를 준비하였다.
비교예 3.
가로 1.5㎝ X 세로 1.5㎝의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름을 준비하고, 준비된 필름의 표면을 10분 동안 오존(O3) 플라즈마 처리를 수행하였다. 그런 다음 5 부피%로 에탄올에 용해된 (3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-aminopropyl)triethoxysilane, APTES)에 1시간 동안 침지하고 80℃에서 1시간 동안 경화하여 폴리메틸메타크릴레이트 매트릭스에 실란층을 형성된 안과용 재료를 준비하였다.
실험예 1. 안과용 재료의 물에 대한 접촉각 평가
본 발명에 따른 안과용 재료의 표면 친수화 정도를 평가하기 위하여 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3에서 얻은 재료를 대상으로 물에 대한 접촉각을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
접촉각
실시예 1 33±0.5˚
실시예 2 57±0.2˚
실시예 3 47±0.5˚
실시예 4 48±0.5˚
비교예 1 73±0.5˚
비교예 2 68±0.5˚
비교예 3 57.5±0.1˚
표 3 및 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 안과용 재료는 표면의 친수성이 증가한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 함유하는 필름 상에 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층이 형성된 실시예 1 내지 4의 재료는 약 57.5˚ 미만의 낮은 접촉각을 갖는 것으로 나타났다. 보다 구체적으로, 화학식 2로 표시되는 화합물을 친수층에 함유하는 실시예 3 및 4의 안과용 재료는 50˚ 미만의 낮은 접촉각을 갖는 것으로 확인되었으며, 화학식 1로 표시되는 화합물을 친수층에 함유하는 안과용 재료 중 실시예 1의 재료는 35˚ 미만의 현저히 낮은 접촉각을 나타났다. 이에 반해, 비교예 1의 안과용 재료는 소수성이 높아 물에 대한 접촉각이 약 70˚ 이상인 것으로 나타났다. 또한, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 함유하는 필름 상에 벤조페논층이나 친수성인 실란층이 형성된 비교예 2 및 3의 필름은 각각 68±0.5˚ 및 57.5±0.1˚의 높은 접촉각을 갖는 것으로 확인되었다.
이는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 함유하는 필름 상에 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료는 물에 대한 친화력이 향상되어 친수층을 포함하지 않는 안과용 재료와 대비하여 물에 대한 접촉각이 약 0.45배 내지 0.78배 낮아짐을 의미한다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 안과용 재료는 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스 표면에 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 포함하여 물에 대한 친화력이 우수함을 알 수 있다.
실험예 2. 생체 독성 평가
본 발명에 따른 안과용 재료의 생체 독성을 평가하기 위하여 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1의 안과용 재료를 대상으로 L929 세포에 대한 MTS assay를 수행하였다. 구체적으로, 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1의 안과용 재료를 배양접시에 고정시키고, L929 세포를 50℃에서 72시간 동안 1g/5㎖ 영양액 조건 하에서 배양하였다. 그 후 배양액을 추출하고 각각 100 부피%, 50 부피%, 25 부피%, 12.5 부피% 및 0 부피%로 희석한 후 각 희석액에 MTS 시약을 첨가하였다. 시약을 첨가하고 24시간 경과된 시점에서 각 희석액의 490nm에서의 흡광도를 측정하여 각 희석액의 세포 생존률을 도출하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 도 4에 나타내었다.
단위 [% of 0%] 비교예 1 실시예 1 실시예 3
100 부피% 112.65 98.17 105.02
50 부피% 102.73 105.44 92.14
25 부피% 101.84 104.07 96.04
12.5 부피% 103.35 99.37 91.94
0 부피% 100.02 100.02 99.96
표 4 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 안과용 재료는 생체 독성이 없는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 함유하는 비교예 1의 안과용 재료와 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 상에 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층이 형성된 실시예 1 및 실시예 3의 안과용 재료 모두 L929 세포의 생존율이 100%에 근접하게 나타났으며, 이 결과는 오차범위 내에서 유효한 것으로 확인되었다.
이는 기존에 안과용 재료로 사용되는 있는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 함유 재료는 물론 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 표면에 화학식 1 및/또는 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 포함하는 재료의 생체 독성이 없음을 의미한다.
실험예 3. 생물막 ( biofilm ) 형성 억제 효율 평가
본 발명에 따른 안과용 재료의 생물막(biofilm) 형성 억제 효율을 평가하기 위하여 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 3의 안과용 재료를 대상으로 표면에 황색포도상구균(Staphylococcus. aureus)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 배양한 후 생물막 형성 정도를 측정하였다. 구체적으로 18개의 배양접시에 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 3의 안과용 재료를 각각 6개씩 고정시키고 고정된 재료가 잠기도록 각 배양접시에 600㎚에서 0.55 이상의 광학밀도(OD)를 갖는 균주를 5㎖씩 주입한 후 48시간 동안 균주를 배양하였다. 그런 다음, 배양 접시에 배양액을 제거하고, 인산완충용액(PBS)으로 5회 세척한 후, 인산완충용액(PBS, 2㎖)을 주입하였다. 배양 접시에 초음파 조사 90초 및 볼텍싱(vortexing) 15초를 각각 3회씩 수행하고 안과용 재료의 광학밀도(OD)를 600㎚에서 측정하였다. 이때, 안과용 재료의 재질에 따른 흡광도를 보정하기 위하여 생물막을 형성하지 않은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 흡광도(control)를 함께 측정하였으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다.
아울러, 안과용 재료의 광학 밀도 측정이 완료되면 안과용 재료 표면의 전자현미경 분석을 수행하였으며, 그 결과는 도 6에 나타내었다.
도 5 및 6에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 안과용 재료는 표면에 생물막(biofilm) 형성이 억제되는 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 도 5를 살펴보면 실시예 1 및 3의 안과용 재료는 비교예 1의 안과용 재료와 비교하여 황색포도상구균 및 녹농균의 표면 부착이 방지하여 광학밀도가 상대적으로 낮게 나타났다. 특히 녹농균의 경우, 비교예 1의 안과용 재료는 균주 배양 전보다 약 1.649배(64.9%)의 광학 밀도가 증가한 반면, 실시예 1 및 3의 안과용 재료는 광학 밀도가 약 1.36배(36%) 및 1.492배(49.2%) 증가한 것으로 나타나 균주의 표면 부착률이 현저히 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 도 6을 살펴보면, 비교예 1의 안과용 재료는 녹농균의 배양이 양호하여 표면을 덮는 막을 형성하는 것을 알 수 있다. 그러나, 실시예 1 및 3의 안과용 재료의 경우 표면에 존재하는 녹농균의 개체수가 현저히 낮아 막을 형성하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 표면에는 단백질, 세포, 박테리아 등의 부착이 용이하여 생물막(biofilm)의 잘 형성되나, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 상에 형성되는 친수층은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하여 단백질, 세포, 박테리아 등의 표면 부착을 억제하여 생물막(biofilm) 형성을 방지함을 의미한다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 안과용 재료는 표면 친수성이 우수할 뿐만 아니라 생물막(biofilm) 형성 억제 효과가 뛰어나 단백질, 세포, 박테리아 등이 형성하는 생물막(biorilm)으로 인한 안질환을 예방할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스와;
    상기 매트릭스의 표면에 화학적 결합하고, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료:
    [화학식 1]
    Figure 112018035071515-pat00019

    [화학식 2]
    Figure 112018035071515-pat00020

    상기 화학식 1 및 2에서,
    a는 1 내지 10이고,
    b는 1 내지 20이며,
    c는 1 내지 200이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    폴리아크릴 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트 및 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 안과용 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    안과용 재료는 물에 대한 접촉각이 60° 이하인 것을 특징으로 하는 안과용 재료.
  5. 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 화학적으로 결합시켜 친수층을 형성하는 단계를 포함하는 안과용 재료의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112018035071515-pat00021

    [화학식 2]
    Figure 112018035071515-pat00022

    상기 화학식 1 및 2에서,
    a는 1 내지 10이고,
    b는 1 내지 20이며,
    c는 1 내지 200이다.
  6. 제5항에 있어서,
    폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 결합시켜 친수층을 형성하는 단계는,
    폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 벤조페논을 코팅하여 벤조페논층을 형성하는 단계; 및
    상기 벤조페논층 표면에 친수성 단량체를 경화시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 형성하는 단계를 포함하는 안과용 재료의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    친수성 단량체는 에틸렌옥시기를 포함하는 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 안과용 재료의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    에틸렌옥시기를 포함하는 아크릴레이트는 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트 및 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 안과용 재료의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 결합시켜 친수층을 형성하는 단계는,
    폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스의 표면을 오존 플라즈마 처리하는 단계;
    플라즈마 처리된 매트릭스 표면에 실란 화합물을 경화하여 실란층을 형성하는 단계; 및
    실란층 표면을 알데하이드 화합물 및 폴리에틸렌글리콜과 반응시켜 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하는 친수층을 형성하는 단계를 포함하는 안과용 재료의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    폴리에틸렌글리콜은 1 이상의 말단에 아민기를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 재료의 제조방법.
  11. 폴리아크릴 수지를 함유하는 매트릭스와; 상기 매트릭스의 표면에 화학적 결합하고, 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 어느 하나 이상을 함유하는 친수층을 포함하는 안과용 재료를 포함하는 안과용 장치:
    [화학식 1]
    Figure 112018035071515-pat00023

    [화학식 2]
    Figure 112018035071515-pat00024

    상기 화학식 1 및 2에서,
    a는 1 내지 10이고,
    b는 1 내지 20이며,
    c는 1 내지 200이다.
  12. 제11항에 있어서,
    안과용 장치는 인공수정체, 인공각막, 의안 및 콘택트 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 안과용 장치.
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