一种新型硅水凝胶接触镜及其制备方法
阅读说明：本技术 一种新型硅水凝胶接触镜及其制备方法 (Novel silicon hydrogel contact lens and preparation method thereof ) 是由 陈裕 阮文丽 朱凌 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型硅水凝胶接触镜及其制备方法。本发明采用单体软性非亲水性聚合物和单体离子性亲水性聚合物共聚,制备新型硅水凝胶接触镜。优选的,单体选用端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷与单体两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物或单体两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物共聚,制备得到的新型硅水凝胶接触镜具有良好的透氧性能及低蛋白质吸附性能。(The invention discloses a novel silicon hydrogel contact lens and a preparation method thereof. The invention adopts the copolymerization of the monomer soft non-hydrophilic polymer and the monomer ionic hydrophilic polymer to prepare the novel silicon hydrogel contact lens. Preferably, the monomer is selected from hydroxyl-terminated polymethyltrifluoropropylsiloxane and a monomer zwitterionic sulfopropyl betaine-allyl glycidyl ether polymer or a monomer zwitterionic sulfopropyl betaine-acrylamide-allyl glycidyl ether polymer for copolymerization, and the prepared novel silicon hydrogel contact lens has good oxygen permeability and low protein adsorption performance.)
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体地涉及一种新型硅水凝胶水接触镜及其制备方法。
背景技术
近视是指在调节放松状态下，平行光线经眼球屈光系统后聚焦在视网膜之前。近视的发病率逐年上升，亚洲国家的青少年近视发病率远高于欧美国家，高达60％-80％，已成为五大致盲及视力损害因素之一。近视的发生机制尚不明确，通常认为由遗传因素及环境因素共同作用。如何降低近视发生与发展，已成为人类社会面临的重要课题。目前近视的光学矫正方法包括手术治疗、框架眼镜和角膜接触镜。
角膜接触镜，俗称隐形眼镜，与其他矫正方法相比，硬性角膜接触镜拥有更优越的视觉质量和更宽广的视野，尤其在无晶体眼、屈光参差、圆锥角膜的矫正等方面具有明显优势。角膜接触镜的发展主要是其材料的发展，制备角膜接触镜的材料经历了四个阶段的发展，包括硬性不透气材料，硬性透气性材料，软性非亲水性材料以及软性亲水性材料。
硅橡胶材料是应用最广泛的接触镜软性非亲水性材料之一。硅橡胶材料无毒性、具有化学惰性等优点。有机硅材料由于其内部的硅氧烷结构，因此接触镜具备高透氧率的特性。由于硅橡胶材料表面高度疏水，这会引发大量的蛋白质吸附，导致较差的生物相容性。软性接触镜佩戴后，眼部的干燥、不适等常见的眼部问题，都与接触镜表面干燥、污物相关，严重时则会引发慢性眼部炎症、感染等多种疾病，均是与接触镜表面的蛋白质吸附相关。
因此，研发新型硅软性接触镜水凝胶材料，减少蛋白质吸附，对于改善消费者的佩戴体验，降低引起眼部炎症及并发症的风险，丰富软性接触镜的材料体系，具有重要的意义。
发明内容
硅橡胶材料是应用最广泛的接触镜软性非亲水性材料之一，具备高透氧率的特性。但是硅橡胶材料表面高度疏水，这会引发大量的蛋白质吸附，导致较差的生物相容性。软性接触镜佩戴后，眼部的干燥、不适等常见的眼部问题，都与接触镜表面干燥、污物相关，严重时则会引发慢性眼部炎症、感染等多种疾病，均是与接触镜表面的蛋白质吸附相关。为解决硅橡胶材料接触镜，引发的吸附大量蛋白质的技术问题，本发明公开了一种新型硅水凝胶接触镜，有效的减少了接触镜表面蛋白质吸附的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种新型硅水凝胶接触镜及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种新型硅水凝胶接触镜，由软性非亲水性聚合物和离子性亲水性聚合物共聚而成。
所述软性非亲水性聚合物为含硅非亲水性聚合物。
所述离子性亲水性聚合物为含有氨基和/或阴离子性基团的聚合物。
优选的，所述含硅非亲水性聚合物为端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷
所述式1中n的取值范围1～10000。
优选的，所述含有阴离子性基团的聚合物为两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述式2中n的取值范围为1～10000，m的取值范围为1～10000。
优选的，所述含有氨基和阴离子性基团的聚合物为两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物
所述式3中n的取值范围1～10000；z的取值范围为1～10000；z的取值范围为1～10000。
具体的，一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将1～3g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷(PMTFPS)和1～5g两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50～100mL二氯甲烷中搅拌，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器滴加0.01～0.1g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5～8h后加入一定量的水，并搅拌3～5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯中，用30～50mL饱和NaHCO3的水溶液反复洗3～4次，真空干燥产物，将干燥后的产物加热至熔融状态，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
优选的，一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将1～3g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和1～5g两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50～100mL二氯甲烷中搅拌均匀，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器滴加0.01～0.1g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5～8h后加入10～20mL水，并搅拌3～5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯，用30～50mL饱和NaHCO3水溶液反复洗3～4次，60～70℃真空干燥产物8～12h，将干燥后的产物加热至150～180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1～3g两性离子磺丙基甜菜碱和1～3g烯丙基缩水甘油醚加到50～100mL水中形成混合溶液，然后搅拌10～20min，然后用氮气吹扫混合溶液20～40min；然后将过硫酸铵加入到混合溶液中，并将其再混合搅拌20～30min，该溶液在70～80℃下反应4～5h，并在室温下终止反应，产品是在丙酮中沉淀，并用乙醇纯化三次，之后，使用冻干机将产物冷冻干燥，得到两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1～3g两性离子磺丙基甜菜碱、1～3g丙烯酰胺和1～3g烯丙基缩水甘油醚单体加到50～100mL水中形成混合溶液，然后搅拌5～10min，然后用氮气吹扫混合溶液20～30min；然后将0.01～0.1g过硫酸铵添加到混合溶液中，并将其再混合搅拌20～30min，该溶液在60～70℃下反应3～5h，并在室温下终止反应，产物在30～50mL丙酮中沉淀，并用30～50mL乙醇纯化三次，使用冻干机将产物冷冻在-20～30℃下干燥12～15h，得到两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱制备方法如下：
将1，3-丙磺酸内酯5～12g溶解在50～100mL四氢呋喃中，加热至60～70℃，然后通入氮气脱气，将N，N-二甲基烯丙胺5～12g，溶于60～100mL四氢呋喃滴加到1，3-丙磺酸内酯的四氢呋喃溶液中，使反应在氮气气氛下在搅拌下进行6～8h，旋转蒸发除去溶剂得到两性离子磺丙基甜菜碱。
所述模具由两块的玻璃板组成，上面覆盖有PET膜，然后用矩形橡胶垫将板分开，接触镜厚度和直径可以根据模具的大小和需要进行调整。
本发明研究了一种具有亲水性的有机硅水凝胶，以含硅非亲水性聚合物单体和离子性亲水性聚合物单体共聚而成，得到的新型硅水凝胶材料，具有高透氧性能，降低了蛋白质吸附，具有超强的亲水性，可作为一种良好的接触镜材料。当单体选用两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物或两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物与单体端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷共聚时，得到的新型硅水凝胶材料具有优异的高透氧性能，以及超低的蛋白质吸附率。端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷具有利于氧气透过的硅氧组分，允许更多的氧气透过镜片，但是硅材料表面疏水，会引起蛋白质、脂类和黏蛋白的吸附。因此本发明人引入了两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物或两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物共聚，其具有良好的生物相容性、抗蛋白质非特异性吸附性能和较高的稳定性，显著的降低了材料的蛋白质吸附率。
本发明与现有技术相比的有益效果：
采用本发明方法制备的接触镜的透氧量可达179×10-9DK/t，(cm3O2·cm)/(cm2 ·s·mmHg)，相对蛋白质吸附减少到6.3％。
具体实施方式
实施例中各原料来源：
端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷：CAS号68607-77-2，分子量800～1200。
三氟化硼乙醚：CAS号109-63-7。
丙烯酰胺：CAS号79-06-1。
烯丙基缩水甘油醚：CAS号106-92-3。
过硫酸铵：CAS号7727-54-0。
1，3-丙磺酸内酯：CAS号1120-71-4。
N，N-二甲基烯丙胺：35000-15-8。
实施例1
一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将2g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和4g两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50mL二氯甲烷中搅拌均匀，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器以每秒1滴的速度滴加0.02g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5h后加入10mL水，并搅拌5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯，用50mL饱和NaHCO3水溶液反复洗3次，70℃真空干燥产物8h，将干燥后的产物加热至180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1g两性离子磺丙基甜菜碱、1g丙烯酰胺和1g烯丙基缩水甘油醚单体加到100mL水中形成混合溶液，然后搅拌10min，然后用氮气吹扫混合溶液20min；然后将0.01g过硫酸铵添加到混合溶液中，并将其再混合搅拌20min，该溶液在70℃下反应5h，并在室温下终止反应，产物在50mL丙酮中沉淀，并用50mL乙醇纯化三次，使用冻干机将产物冷冻在-30℃下干燥12h，得到两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱制备方法如下：
将1，3-丙磺酸内酯5g溶解在100mL四氢呋喃中，加热至70℃，然后通入氮气脱气，将N，N-二甲基烯丙胺5g溶于60mL四氢呋喃以每秒3滴的速度滴加到1，3-丙磺酸内酯的四氢呋喃溶液中，使反应在氮气气氛下在搅拌下进行6h，旋转蒸发除去溶剂得到两性离子磺丙基甜菜碱。
实施例2
一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将3g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和3g两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50mL二氯甲烷中搅拌均匀，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器以每秒1滴的速度滴加0.02g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5h后加入10mL水，并搅拌5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯，用50mL饱和NaHCO3水溶液反复洗3次，70℃真空干燥产物8h，将干燥后的产物加热至180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1g两性离子磺丙基甜菜碱、1g丙烯酰胺和1g烯丙基缩水甘油醚单体加到100mL水中形成混合溶液，然后搅拌10min，然后用氮气吹扫混合溶液20min；然后将0.01g过硫酸铵添加到混合溶液中，并将其再混合搅拌20min，该溶液在70℃下反应5h，并在室温下终止反应，产物在50mL丙酮中沉淀，并用50mL乙醇纯化三次，使用冻干机将产物冷冻在-30℃下干燥12h，得到两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱制备方法如下：
将1，3-丙磺酸内酯5g溶解在100mL四氢呋喃中，加热至70℃，然后通入氮气脱气，将N，N-二甲基烯丙胺5g溶于60mL四氢呋喃以每秒3滴的速度滴加到1，3-丙磺酸内酯的四氢呋喃溶液中，使反应在氮气气氛下在搅拌下进行6h，旋转蒸发除去溶剂得到两性离子磺丙基甜菜碱。
实施例3
一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将4.5g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和1.5g两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50mL二氯甲烷中搅拌均匀，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器以每秒1滴的速度滴加0.02g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5h后加入10mL水，并搅拌5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯，用50mL饱和NaHCO3水溶液反复洗3次，70℃真空干燥产物8h，将干燥后的产物加热至180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1g两性离子磺丙基甜菜碱、1g丙烯酰胺和1g烯丙基缩水甘油醚单体加到100mL水中形成混合溶液，然后搅拌10min，然后用氮气吹扫混合溶液20min；然后将0.01g过硫酸铵添加到混合溶液中，并将其再混合搅拌20min，该溶液在70℃下反应5h，并在室温下终止反应，产物在50mL丙酮中沉淀，并用50mL乙醇纯化三次，使用冻干机将产物冷冻在-30℃下干燥12h，得到两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱制备方法如下：
将1，3-丙磺酸内酯5g溶解在100mL四氢呋喃中，加热至70℃，然后通入氮气脱气，将N，N-二甲基烯丙胺5g溶于60mL四氢呋喃以每秒3滴的速度滴加到1，3-丙磺酸内酯的四氢呋喃溶液中，使反应在氮气气氛下在搅拌下进行6h，旋转蒸发除去溶剂得到两性离子磺丙基甜菜碱。
实施例4
一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将2g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和4g两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物加入到50mL二氯甲烷中搅拌均匀，通入氮气保护，将反应装置放在冰盐水浴中，当温度降到0℃时，用注射器以每秒1滴的速度滴加0.02g三氟化硼乙醚，待滴加完毕后，保持该温度不变继续反应5h后加入10mL水，并搅拌5min，终止聚合反应，后将反应液转移到烧杯，用50mL饱和NaHCO3水溶液反复洗3次，70℃真空干燥产物8h，将干燥后的产物加热至180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
所述两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物制备方法如下：
将1.5g两性离子磺丙基甜菜碱和1.5g烯丙基缩水甘油醚单体加到100mL水中形成混合溶液，然后搅拌10min，然后用氮气吹扫混合溶液20min；然后将0.01g过硫酸铵添加到混合溶液中，并将其再混合搅拌20min，该溶液在70℃下反应5h，并在室温下终止反应，产物在50mL丙酮中沉淀，并用50mL乙醇纯化三次，使用冻干机将产物冷冻在-30℃下干燥12h，得到两性离子磺丙基甜菜碱-烯丙基缩水甘油醚聚合物。
所述两性离子磺丙基甜菜碱制备方法如下：
将1，3-丙磺酸内酯5g溶解在100mL四氢呋喃中，加热至70℃，然后通入氮气脱气，将N，N-二甲基烯丙胺5g溶于60mL四氢呋喃以每秒3滴的速度滴加到1，3-丙磺酸内酯的四氢呋喃溶液中，使反应在氮气气氛下在搅拌下进行6h，旋转蒸发除去溶剂得到两性离子磺丙基甜菜碱。
对比例1
一种新型硅水凝胶接触镜制备方法，包括以下步骤：
将6g端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷加热至180℃，倒入模具中，冷却后即得新型硅水凝胶接触镜。
测试例：
1.相对蛋白质非特异性吸附的测量
具体操作步骤如下：用医用刀具切出边长为4mm的新型硅水凝胶接触镜，放入0.1mol/L的氢氧化钠溶液中水解3小时。取24孔培养板，放入水解后的新型硅水凝胶接触镜样品(4mm×4mm)和聚苯乙烯片(8mm×8mm)，每孔加入1mL含HRP-IgG浓度为1μL/mL的PBS缓冲溶液，置于水平摇床上振荡。1.5小时后，将样品取出放入新孔，用PBS缓冲溶液清洗4次，取出样品再换新孔，用PBS缓冲溶液清洗一次。每孔加入1mL含0.03％过氧化氢浓度为1μL/mL和邻苯二胺浓度为1mg/mL的磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液，另取一孔加入相同溶液作为空白对照组，置于水平摇床上振荡进行显色反应。15分钟后，加入等体积的2mol/L的硫酸溶液终止酶活性，取200μL液体加至96孔板，每个溶液取4个平行样，用酶标仪进行吸光度检测(OD值)，检测波长为492nm。
表1：相对蛋白质吸附测试结果
样品
相对蛋白质吸附，％
实施例1
6.3
实施例2
9.7
实施例3
8.5
实施例4
15.4
对比例1
18.9
2.透氧量测试
用氧气透过率测试仪测氧气透过膜后在渗透腔内氧含量随时间的变化，计算出氧含量随时间变化曲线斜率k，同时确定渗透腔体积V、隐形眼镜膜厚度t及隐形眼镜膜接触空气部分膜面积S，根据以下公式计算透氧量DK/t＝Vk/SΔP，测试结果见表2。
表2：透氧率测试结果
通过比较实施例1和对比例1，实施例1制备接触镜过程采用端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物共聚，显著提升了接触镜材料的透氧率以及降低了蛋白质吸附率。其原因在于；端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷本身具有高透氧性能，而两性离子磺丙基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚聚合物的引入，改善了硅材料引起的蛋白质、脂类和黏蛋白的吸附作用。
本发明人还通过实施例1～3调节共聚单体的比例，筛选出来最佳共聚比例，显著的提升了接触镜材料的透氧率及降低了蛋白质吸附率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种功能化改性聚乙二醇的制备方法及其应用