水凝膠作為角膜接觸鏡材料的應(yīng)用

1、本科課程論文題 目 : 水凝膠作為角膜接觸鏡材料的應(yīng)用 (Hydrogels as contact lens materials applications)院 （系） 化學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)(師范) 課 程 材料化學(xué) 二一三年一月水凝膠作為角膜接觸鏡材料的應(yīng)用摘 要水凝膠是一種能在水中溶脹并保持大量水分而又不被溶解的交聯(lián)聚合物。這類材料吸水后柔軟而富有彈性,不容易造成組織損傷, 目前被廣泛地應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。軟性親水的水凝膠材料配戴舒適,又能被賦予一定的光學(xué)性能,能很好地滿足人們矯正視力和自然視覺(jué)的要求,因此成為制造角膜接觸鏡的一類主導(dǎo)材料。本文章介紹了用作角膜接觸鏡的水凝膠材料;分析了材

2、料的性能要求;綜述了角膜接觸鏡材料的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞:角膜接觸鏡;水凝膠;親水性;透氧性;Hydrogels as contact lens materials applicationsAbstract The hydrogel is a swell in water and maintain large amounts of water without being dissolved in a crosslinked polymer. Such material after absorbing water is soft and elastic, not easy to cause tiss

3、ue damage, and is now widely applied in the biomedical field. Comfortable to wear soft hydrophilic hydrogel material, and can be given to certain optical properties, can well meet the requirements of people corrected visual acuity and natural visual, and therefore become the dominant material of a c

4、lass manufacturing contact lenses. This article describes the hydrogel material used as a contact lens; analysis of the performance requirements of the material; contact lens materials.Keywords contact lenses; the hydrogel; hydrophilic; oxygen permeability;引 言隱形眼鏡又稱角膜接觸鏡,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于矯正視力、眼睛美容、視力防護(hù)、眼科手術(shù)輔

5、助治療、治療眼外傷、矯正紅綠色盲、眼藥控制釋放等領(lǐng)域。我國(guó)需要戴眼鏡的潛在人數(shù)應(yīng)占總?cè)藬?shù)的50%, 國(guó)內(nèi)眼鏡市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿O大。制造角膜接觸鏡的材料可以分為硬性不透氣材料、硬性透氣性材料、軟性非親水性材料(又稱為彈性材料)和軟性親水性材料(又稱為水凝膠材料)。其中,采用硬性不透氣材料和硬性透氣性材料制造的角膜接觸鏡具有較高的硬度,人眼難以適應(yīng),配戴舒適度不高,應(yīng)用不廣泛。采用軟性非親水性材料制造的角膜接觸鏡與人眼的相容性差,一般需要進(jìn)行表面改性,這種表面改性容易降低角膜接觸鏡的透氧性, 應(yīng)用亦不廣泛。而采用水凝膠材料制造的角膜接觸鏡與人眼的相容性好,配戴舒適,具有較高的透氧性能,是當(dāng)前角膜接觸鏡

6、制造材料的發(fā)展方向。本文就水凝膠角膜接觸鏡的制造材料、成型方法及其應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要述評(píng)。1 水凝膠角膜接觸鏡材料的設(shè)計(jì)要求 作為一類特殊的生物材料,角膜接觸鏡材料必須在具有良好光學(xué)性能的同時(shí)保證與眼環(huán)境的相容性。因此,除了需要具有各向同性的結(jié)構(gòu)以保證透光性的要求外,親水性和透氧性是為了保證配戴過(guò)程舒適健康需要考慮的2個(gè)關(guān)鍵因素。1. 1 材料的親水性 水凝膠角膜接觸鏡材料的親水性一方面表現(xiàn)在材料與水結(jié)合的能力即材料的含水量上,另一方面則表現(xiàn)在材料表面的可濕潤(rùn)性上。水凝膠的平衡含水量由式(1)表示。 EWC(%)=(Me-M)/ M*100% (1)式中:EWC為平衡含水量;Me為水凝膠吸水平衡后質(zhì)

7、量;M為水凝膠干重。平衡含水量越高,鏡片柔軟性越好。同時(shí),對(duì)于傳統(tǒng)型角膜接觸鏡來(lái)說(shuō),含水量越高,透氧性、離子滲透性能越好,配戴也更為舒適。1. 2 材料的透氧性角膜需要多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以保證其正常的代謝功能,氧氣是其中的重要部分。角膜只有在充分供氧的狀態(tài)下才能保持穩(wěn)定的水合狀態(tài), 這是保證鏡片材料配戴安全性和有效性的關(guān)鍵,否則就會(huì)引起角膜的水腫。角膜接觸鏡的透氧能力常用氧氣滲透系Dk和氧氣傳導(dǎo)系數(shù)Dk/ t(單位厚度材料的透氧性能)來(lái)表示。醫(yī)學(xué)研究指出,要滿足無(wú)角膜水腫的日戴要求,Dk/t值必須大于24banrrers/mm;而過(guò)夜配戴和延長(zhǎng)配戴時(shí)要求Dk/t值分別大于87banrrers/mm和

8、125banrrers/mm才無(wú)因缺氧引起的相關(guān)癥狀?；诮佑|鏡材料的這些特殊要求,在設(shè)計(jì)此類材料時(shí),一方面要選擇合適的單體來(lái)賦予材料親水性、透氧性等特殊性能,另一方面還要有合理的成分組建形式來(lái)保證材料透明性的要求。2 用于制造角膜接觸鏡的水凝膠材料2.1含甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)的水凝膠甲基丙烯酸羥乙酯聚合物(Poly-HEMA)水凝膠是第一種用于制造角膜接觸鏡的水凝膠材料,是HEMA單體聚合形成的有交聯(lián)側(cè)聯(lián)的聚合物,含水量為38%。這種材料比較柔軟,力學(xué)強(qiáng)度也比較高,具有一定的透氧性和彈性。但是,目前,含HEMA的水凝膠角膜接觸鏡材料的缺點(diǎn)主要是抗蛋白質(zhì)和類酯物質(zhì)沉積性能差。且Poly

9、-HEMA水凝膠材料的透氧性能不很理想,因此,人們?cè)O(shè)法在該聚合物中引進(jìn)其他單體, 借以改善其性能。一些含有HEMA成分的水凝膠角膜接觸鏡材料如下表所示。2.2 含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的水凝膠聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一種水溶性高分子化合物,具有良好的生物相容性,可以用于制備多種水凝膠。PVP單體與其他親水性或者非親水性單體共聚所得到的水凝膠,具有較好的透光性和生物相容性, 含水量比較高,透氧性也比較好,適合制造角膜接觸鏡。但是,含PVP的水凝膠角膜接觸鏡材料,強(qiáng)度均不高。一些含有PVP的水凝膠角膜接觸鏡如表2所示。2.3 聚乙烯醇(PVA)的水凝膠聚乙烯醇(PVA)水凝膠與人體組織具有高度

10、的相容性,無(wú)毒、無(wú)副作用、無(wú)降解現(xiàn)象,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有良好的彈性,含水量高,容易成型加工,可以用于制造角膜接觸鏡。Kita等用PVA溶液在水和甘油、乙烯乙二醇、二甲亞砜等混合溶劑混合,冷卻PVA溶液,得到一種透明的PVA水凝膠,在50 60e下澆鑄成直徑14mm、曲率8mm、厚度為0117mm的接觸鏡,含水量達(dá)80%。這種接觸鏡具有良好的透光性能,在白兔眼配戴實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)角膜異常和鏡片污染情況。2.4 殼聚糖類水凝膠殼聚糖是甲殼素脫乙?；蟮漠a(chǎn)物,化學(xué)名稱為聚(1,4)-2-氨基- 2-脫氧-D-葡萄糖。殼聚糖具有成膜性、生物活性以及吸濕、保濕性,可以用于制造軟接觸鏡。采用殼聚糖制造的軟接觸

11、鏡,具有較好的染色性、透氧性和促進(jìn)傷口愈合的特性,可以作為美容鏡以及用于眼科手術(shù)輔助治療。2.5 硅氧烷水凝膠采用硅氧烷材料制備的軟性非親水性角膜接觸鏡具有很高的透氧性,但由于不具有親水性,配戴舒適度不高。為了結(jié)合硅氧烷材料高透氧性優(yōu)點(diǎn),以及水凝膠材料配戴舒適性優(yōu)點(diǎn),一些研究人員將含有甲基丙烯酸酯或者乙烯基團(tuán)的聚二甲基硅氧烷與親水性單體共聚, 制備硅氧烷水凝膠。硅氧烷水凝膠可以形成具有不同含水量和透氧性能的一系列結(jié)構(gòu),其透氧機(jī)理與一般水凝膠不同。硅氧烷水凝膠的透氧性能主要由硅氧烷部分決定,而水凝膠部分只賦予這種材料具有良好的配戴舒適性。因此,硅氧烷水凝膠材料的透氧性能隨含水量的升高而下降。2.

12、6 仿生材料水凝膠Yong G等發(fā)明一種添加有磷酸膽堿衍生物的仿生材料OmafilconA,這種材料含有兩性離子基團(tuán),含水量達(dá)58%,透氧系數(shù)Dk 值達(dá)到33。采用這種材料制造的角膜接觸鏡,具有較好的保濕性,能夠抗淚液中的蛋白質(zhì)沉淀,不需要使用蛋白酶片消毒。展 望盡管采用水凝膠材料制造的角膜接觸鏡具有諸多優(yōu)點(diǎn),但目前也存在以下缺陷:(1)水凝膠材料的透氧性能與其含水量成線性關(guān)系,為了提高角膜接觸鏡的透氧性,必須提高其含水量。但是,提高含水量導(dǎo)致水凝膠的強(qiáng)度下降,需要增大角膜接觸鏡的厚度,又導(dǎo)致透氧性下降。(2)水凝膠含水量的提高,容易導(dǎo)致淚液中的蛋白質(zhì)和類脂在角膜接觸鏡上沉積,不僅對(duì)角膜接觸鏡

13、造成污染,還會(huì)影響其透光均勻性,導(dǎo)致細(xì)菌滋生。(3)帶有電荷的水凝膠角膜接觸鏡材料,容易被微生物附著,引起眼部感染。(4)含水量高的水凝膠材料,也容易在配戴過(guò)程中脫水。脫水之后,角膜接觸鏡的透光率和透光均勻性下降,并奪取眼角膜上的水分。因此,水凝膠類角膜接觸鏡材料的研究方向,在于保證角膜接觸鏡材料具有較高含水量和透氧能力的同時(shí),提高其強(qiáng)度和保濕性,增強(qiáng)抵御蛋白質(zhì)和類脂物質(zhì)沉積的能力。隨著人們對(duì)水凝膠角膜接觸鏡更清晰、更方便、更舒適的追求以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)ρ凵淼母钊肜斫? 對(duì)適合于不同配戴方式的水凝膠角膜接觸鏡也提出了更新更高的要求。得到具有優(yōu)異表面特性和適合的本體組分,既不疏水也不親脂,并能最

14、大程度地減輕配戴角膜接觸鏡所帶來(lái)的副作用的材料,是水凝膠接觸鏡材料未來(lái)的研究發(fā)展趨勢(shì)。甚至可以通過(guò)引入抗菌成分和開(kāi)發(fā)具有模擬淚膜結(jié)構(gòu)的鏡片表面(即仿生材料)來(lái)增加配戴的健康。參考文獻(xiàn)1 HouY, Matthews AR, et al. Thermoresponsive nanocom-posite hydrogels with cel-l releasing behavior J.Biomate-rials,2008, 29(22) :31752 Sahoo S, Chung C, et al. Hydrolytically degradable hyalu-ronic acid hydrogels with controlled temporal structuresJ . Biomacromolecules, 2008,9( 4) :10883 Clapper J D, Pearce ME, et al. Biotinylatedbiodegradable nanotemplatedhydrogel networksfor cell interactive a