СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНЗ НА ОСНОВЕ СИЛИКОНОВОГО ГИДРОГЕЛЯ СПИРТОВЫМИ РАСТВОРАМИ
METHODS AND SYSTEMS FOR LEACHING AND EXTRACTING OPHTHAMOLOGIC LENSES BASED ON SILICON HYDROGEL USING ALCOHOL SOLUTIONS

Область техники изобретения
Данное изобретение относится к способу получения офтальмологических линз, изготавливаемых из силиконовых гидрогелей. Более конкретно настоящее изобретение относится к способам и системам для выщелачивания компонентов из офтальмологических линз и извлечения указанных линз из частей форм, в которых они формовались.
Предшествующий уровень техники
Хорошо известно, что контактные линзы могут использоваться для улучшения зрения. В течение многих лет промышленно изготавливались различные виды контактных линз. Контактные линзы ранних конструкций формировались из твердых материалов. Хотя в некоторых случаях такого рода контактные линзы все еще применяются, они не подходят всем пациентам в связи с плохой комфортностью и относительно низкой проницаемостью для кислорода. Последующие разработки в этой области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей.
Гидрогелевые контактные линзы очень популярны в настоящее время. Такие линзы часто более комфортны для ношения по сравнению с линзами, изготовленными из твердых материалов. Податливые мягкие линзы можно изготавливать путем формования линзы в многоэлементной форме, в которой составные части образуют топографию, соответствующую требуемой конечной линзе.
Многоэлементные формы, используемые для формирования гидрогелей в полезное изделие, такое как офтальмологическая линза, могут включать, например, первую часть формы с выпуклой поверхностью, которая соответствует изгибу задней стороны офтальмологической линзы, и вторую часть формы с вогнутой поверхностью, которая соответствует изгибу передней поверхности офтальмологической линзы. Для того чтобы изготовить линзу с использованием таких частей формы, неотвержденную композицию гидрогелевой линзы помещают между вогнутой и выпуклой поверхностями частей формы и затем отверждают. Композиции гидрогелевых линз можно отверждать, например, подвергая их воздействию тепла и света либо по отдельности, либо вместе. Отвержденный гидрогель образует линзу в соответствии с размерами частей формы.
После отверждения традиционная практика требует, чтобы части формы были разъединены; при этом оставшаяся линза остается прилипшей к одной из частей формы. Способ извлечения состоит в отделении линзы от остальной части формы. Стадия экстракции служит для удаления непрореагировавших компонентов и веществ-разбавителей (здесь и далее указываемых как «НКР») из линзы и обеспечения клинической жизнеспособности линзы. Если НКР не экстрагировать из линзы, они могут сделать линзу некомфортной для ношения.
В соответствии с известным состоянием техники извлечение линзы из формы можно ускорить воздействием на линзу водных или соляных растворов, действие которых состоит в набухании линзы и ослаблении адгезии линзы к форме. Воздействие водного или соляного раствора может дополнительно служить для экстрагирования НКР и тем самым делает линзы более комфортными для ношения и клинически приемлемыми.
Новые разработки в данной области привели к созданию контактных линз, изготавливаемых из силиконовых гидрогелей. Известные процессы гидратации с использованием водных растворов для воздействия на операции извлечения и экстракции оказались неэффективными применительно к линзам из силиконовых гидрогелей. Соответственно, были сделаны попытки извлекать силиконовые линзы и удалять НКР, применяя органические растворители. Были описаны способы, согласно которым линзу погружают в спирт (ROH), кетон (RCOR'), альдегид (RCHO), сложный эфир (RCOOR'), амид (RCONR'R'') или N-алкилпирролидон на 20-40 часов в отсутствие воды или в смесь с водой, присутствующей в малых количествах (см., например, патент США № 5258490).
Однако, несмотря на некоторый прогресс, достигнутый с известными способами, использование высококонцентрированных органических растворов может обусловить недостатки, в том числе, например, факторы опасности, увеличенный риск простоя производственной линии, высокую стоимость раствора для снятия и возможность сопутствующего ущерба вследствие взрывоопасности.
Поэтому было бы полезно найти способ производства контактных линз на основе силиконового гидрогеля, в котором требуется небольшое количество или не требуется вообще органический растворитель, который позволяет избегать использования горючих агентов и который обеспечивает эффективное извлечение линз из форм, где их формуют, и в котором НКР удаляются из линзы.
Краткое изложение сущности изобретения
Соответственно, настоящее изобретение предлагает способы выщелачивания НКР из глазной линзы на основе силиконового гидрогеля без погружения линзы в органические растворители. Согласно настоящему изобретению извлечение линзы из силиконового гидрогеля из формы, в которой линза была сформована, облегчается действием на линзу водным раствором, содержащим эффективное количество средства для извлечения. Кроме того, выщелачивание НКР из линзы также облегчается за счет воздействия на линзу водным раствором эффективного количества выщелачивающего средства.
Кроме того, настоящее изобретение относится в целом к офтальмологическим линзам, сформированным из материалов, включающих смачиваемые силиконовые гидрогели, образованные из реакционной смеси, включающей, по меньшей мере, один гидрофильный высокомолекулярный полимер и, по меньшей мере, один мономер, содержащий силикон с функциональной гидроксильной группой. В некоторых примерах осуществления офтальмологические линзы формуют из реакционной смеси, включающей гидрофильный высокомолекулярный полимер и эффективное количество мономера, содержащего силикон с функциональной гидроксильной группой.
В других примерах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения офтальмологической линзы, который включает смешивание высокомолекулярного гидрофильного полимера и эффективное количество силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой с образованием прозрачного раствора и отверждение указанного раствора. Поэтому некоторые примеры осуществления могут включать одно или более (а) смешиваний высокомолекулярного гидрофильного полимера и эффективного количества силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой, и (b) отверждение продукта стадии (а) с образованием биомедицинского устройства и отверждение продукта стадии (а) с образованием смачиваемого биомедицинского устройства.
В некоторых примерах осуществления настоящее изобретение, сверх того, относится к офтальмологической линзе, сформированной из реакционной смеси, включающей, по меньшей мере, один силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой и количество высокомолекулярного гидрофильного полимера, достаточное для включения в состав линзы, без поверхностной обработки, причем контактный угол опережения равен менее чем приблизительно 80 градусов.
Подробное описание изобретения
Было найдено, что офтальмологическая линза на основе силиконового гидрогеля может быть извлечена из формы, в которой она прошла отверждение, за счет воздействия на отвержденную линзу водным раствором эффективного количества средства для извлечения. Было также найдено, что адекватное удаление выщелачиваемых материалов из офтальмологической линзы на основе силиконового гидрогеля может быть реализовано воздействием на отвержденную линзу водным раствором эффективного количества выщелачивающего средства.
Определения
Как это используется в данном документе, «адекватное удаление выщелачиваемого материала» означает, что, по меньшей мере, 50% выщелачиваемого материала удалено из линзы после обработки линзы.
Как это используется в данном документе, «выщелачиваемый материал» включает НКР и другой материал, который не связан с полимером и может быть экстрагирован из полимерной матрицы, например, выщелачиванием водой или органическим растворителем.
Как это используется в данном документе, «выщелачивающее средство» означает любое соединение, которое, если оно используется в эффективном количестве в водном растворе для обработки офтальмологической линзы, позволяет получить линзу с адекватным количеством удаления выщелачиваемого материала.
Как это используется в данном документе, термин «мономер» означает соединение, содержащее, по меньшей мере, одну группу, способную к полимеризации и обладающую средним молекулярным весом менее чем приблизительно 2000 дальтонов согласно измерениям методом гельпроникающей хроматографии с рефрактометрическим детектированием. Таким образом, мономеры могут включать димеры и в некоторых случаях олигомеры, в том числе олигомеры, построенные более чем из одного мономерного звена.
Как это используется в данном документе, термин «офтальмологическая линза» относят к устройствам, которые находятся внутри глаза или на глазу. Эти устройства могут обеспечить оптическую коррекцию, лечение ран, доставку лекарств, диагностическую функцию, косметическое улучшение или эффект, или комбинацию указанных свойств. Термин «линза» включает, но не ограничивается, мягкие контактные линзы, твердые контактные линзы, внутриглазные линзы, поверхностные линзы, окулярные вставки и оптические вставки.
Как это используется в данном документе, «средство для извлечения» означает соединение или смесь соединений, исключая органические растворители, которое при использовании вместе с водой сокращает время, требуемое для извлечения офтальмологической линзы из формы, по сравнению со временем, требуемым для извлечения такой линзы с использованием водного раствора, которое не содержит средства для извлечения.
Как это используется в данном документе, «извлеченная из формы» означает, что линза либо полностью отделена от формы, либо только соединена с ней так, что она может быть извлечена либо осторожным встряхиванием, либо удалена с помощью тампона.
Как это используется в данном документе, термин «обрабатывать» означает подвергать отвержденную линзу действию водного раствора, содержащего, по меньшей мере, одно из двух: выщелачивающее средство и средство для извлечения.
Как это используется в данном документе и также определено выше, термин «НКР» означает не прореагировавшие компоненты и разбавители.
Обработка
Обработка может включать воздействие на отвержденную линзу водным раствором, который содержит, по меньшей мере, одно из двух: выщелачивающее средство и средство для снятия. В различных примерах реализации обработку можно выполнить, например, путем погружения линзы в раствор или воздействия на линзу потоком раствора. В различных примерах реализации обработка может также включать, например, одно из следующего: нагревание раствора; перемешивание раствора, увеличение уровня средства для снятия в растворе до уровня, достаточного для извлечения линзы, механическое встряхивание линзы; и увеличение уровня выщелачивающего средства в растворе до величины, достаточной для обеспечения адекватного удаления НКР из линзы.
В качестве неограничивающих примеров различные варианты реализации изобретения могут включать извлечение и удаление НКР, которые выполняют в процессе групповой обработки, в котором линзы опускают в раствор, содержащийся в неподвижном баке на определенный период времени, или в вертикальном процессе, где линзы подвергают действию непрерывного потока раствора, включающего, по меньшей мере, одно из выщелачивающих средств и средство для извлечения.
В некоторых примерах реализации раствор могут нагревать с помощью теплообменника или другой нагревательной аппаратуры, чтобы еще более ускорить выщелачивание линзы и извлечение линзы из части формы. Например, нагревание может включать подъем температуры до точки кипения, в то время как гидрогелевая линза и часть формы, к которой прилипла линза, погружаются в нагретый водный раствор. Другие примеры реализации могут включать контролируемое циклическое изменение температуры водного раствора.
Некоторые примеры реализации могут также включать применение физического возбуждения для ускорения выщелачивания и извлечения. Например, часть формы линзы, к которой прилипла линза, может быть подвергнута вибрациям или принуждена к возвратным движениям вперед-назад в среде водного раствора. Другие примеры реализации могут включать использование ультразвуковых волн, проходящих через водный раствор.
Описанные и другие подобные способы могут обеспечить приемлемые средства для извлечения линзы и удаления НКР из линзы перед ее упаковкой.
Извлечение
В соответствии с настоящим изобретением извлечение линзы на основе силиконового гидрогеля ускоряют посредством обработки линзы раствором, включающим одно или более средств для извлечения в сочетании с водой при концентрациях, эффективных для того, чтобы обеспечить извлечение линзы. В некоторых примерах реализации извлечение может быть ускорено с помощью раствора для извлечения, вызывающего набухание линзы на основе силиконового гидрогеля на 10% или более, в котором процентное отношение равняется умноженному на 100 отношению диаметра линзы в растворе средства для извлечения к диаметру линзы в соляном растворе боратного буфера.
5
7
В некоторых примерах реализации средство для извлечения может включать спирты, такие как, например, С-С спирты.
В некоторых примерах реализации средство для извлечения может включать первичные, вторичные и третичные спирты с числом атомов углерода в молекуле от одного до девяти. Примерами таких спиртов являются метанол, этанол, н-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, трет-бутанол, 1-пентанол, 2-пентанол, 3-пентанол, 2-метил-1-бутанол, трет-амиловый спирт, неопентиловый спирт, 1-гексанол, 2-гексанол, 3-гексанол, 2-метил-1-пентанол, 3-метил-1-пентанол, 4-метил-1-пентанол, 2-метил-2-пентанол, 3-метил-2-пентанол, 3-метил-3-пентанол, 1-гептанол, 2-гептанол, 3-гептанол, 4-гептанол, 1-октанол, 2-октанол, 1-нонанол и 2-нонанол. В некоторых примерах реализации могут использоваться также и фенолы.
Кроме того, в некоторых примерах реализации настоящего изобретения средства выщелачивания, обсуждаемые ниже, могут быть использованы также в комбинации со спиртами для улучшения скорости извлечения. В некоторых случаях средства выщелачивания могут быть использованы в качестве средств для извлечения без добавления спиртов. Например, рапа помогает при концентрациях выше 12% или когда она используется для снятия линз с помощью водорастворимых разбавителей, таких как трет-амиловый спирт.
Материалы линз
Офтальмологические линзы, пригодные для использования в рамках настоящего изобретения, включают линзы, изготовленные из силиконовых гидрогелей. По сравнению с обычными гидрогелями силиконовые гидрогели обещают преимущества, связанные с применением в глазных линзах. Например, они, как правило, отличаются гораздо большей проницаемостью по кислороду, Dk, или кислородным пропусканием Dk/l, где l - это толщина линзы. Такие линзы вызывают уменьшенное корнеальное набухание благодаря уменьшенной гипоксии и могут обусловить меньшее краевое покраснение, повышенное удобство и уменьшенный риск неблагоприятных реакций, таких как бактериальные инфекции. Силиконовые гидрогели, как правило, изготавливают посредством сочетания мономеров, содержащих силиконы, или макромеров с гидрофильными мономерами или макромерами.
Приводящиеся для примера силиконовые мономеры включают материал SiGMA (2-пропеновая кислота, 2-метил-2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилилоксанил]пропокси]пропиловый эфир), α,ω-бисметакрилоксипропилполидиметилсилоксан, mPDMS (полидиметилсилоксан концевого монометакрилоксипропила и концевого моно-н-бутила) и TRIS (3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан).
Примеры гидрофильных мономеров включают HEMA (2-гидросиэтилметакрилат), DMA (N,N-диметилакриламид) и NVP (N-винилпирролидон).
В некоторых примерах реализации высокомолекулярные полимеры могут добавлять к мономерным смесям; данные полимеры служат в качестве внутренних поверхностно-активных веществ. Некоторые примеры реализации могут также включать дополнительные компоненты или добавки, которые, в общем, известны в данной области техники. Добавки могут включать, например, поглощающие ультрафиолет соединения и мономер, реакционно-способные красители, антимикробные соединения, пигменты, фотохромные агенты, агенты для снятия, их комбинации и тому подобное.
Силиконовые мономеры и макромеры смешивают с гидрофильными мономерами, помещают в формы для изготовления офтальмологических линз и отверждают, подвергая мономер воздействию одного или более условий, способных вызвать полимеризацию мономера. Такие условия могут включать, например, тепло и свет, где свет может включать одно или более из следующего: видимый свет, ионизирующий, актиничный свет, рентгеновские лучи, электронный пучок или ультрафиолетовый (здесь и далее «УФ») свет. В некоторых примерах реализации свет, использованный для инициирования полимеризации, имел длину волны от приблизительно 250 до приблизительно 700 нм. Подходящие источники излучения включают УФ-лампы, флуоресцентные лампы, лампы накаливания, лампы на парах ртути и солнечный свет. В примерах реализации, где в мономерную композицию включено соединение, поглощающее УФ-излучение (например, «УФ-блок» (UV block)), отверждение может быть проведено с помощью облучения, отличного от УФ (например, с помощью видимого света или тепла).
В некоторых примерах реализации источник излучения, используемый для ускорения отверждения, может быть выбран от УФА (UVA) (от приблизительно 315 до приблизительно 400 нм), УФБ (UVB) (от приблизительно 280 до приблизительно 315 нм) или видимого света (от приблизительно 400 до приблизительно 450 нм) при низкой интенсивности. Некоторые примеры реализации могут также включать реакцию, где композиция включает поглощающее УФ-излучение.
В некоторых примерах реализации, в которых отверждение линз проводят с использованием тепла, в мономерную смесь может быть добавлен тепловой инициатор. Такие инициаторы могут включать одно или более из следующего: перекиси, такие как перекись бензоила или азосоединения, такие как ДАК (азобисизобутиронитрил).
В некоторых примерах реализации отверждение линз проводят с использованием УФ- или видимого света, и в мономерную смесь может быть добавлен фотоинициатор. Такие фотоинициаторы могут включать, например, ароматические α-гидроксикетоны, алкоксиоксибензоины, ацетофеноны, ацилоксиды фосфина и третичный амин, а также дикетон, их смеси и тому подобное. Пояснительными примерами фотоинициаторов являются 1-гидроксициклогексилфенилкетон, 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-пропан-1-он, бис(2,6-диметоксибензоил)-2,4-4-триметилфенилфосфиноксид (DMBAPO), бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Irgacure 819), 2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид, метиловый эфир бензоина и комбинация камфорхинона и этил-4-(N,N-диметиламино)бензоата. Коммерчески доступные инициирующие системы для видимого света включают Irgacure 819, Irgacure 1700, Irgacure 1800 и Irgacure 1850 (все от Циба Спешиэлти Кемикэлс (Ciba Specialty Chemicals)) и инициатор Lucirin TPO (доступен от БАСФ (BASF)). Коммерчески доступные УФ-фотоинициаторы включают Darocur 1173 и Darocur 2959 (Циба Спешиэлти Кемикэлс (Ciba Specialty Chemicals)).
В некоторых примерах реализации было полезно также включить в мономерную смесь разбавители, например, чтобы улучшить растворимость различных компонентов или увеличить прозрачность или степень полимеризации полимера, который должен быть образован. Примеры реализации могут включать в качестве разбавителей вторичные и третичные спирты.
В производстве офтальмологических линз известны различные способы обработки реакционной смеси, включая известные: формование отливкой с вращением и статическое формование отливкой. В некоторых примерах реализации способ изготовления офтальмологических линз из полимера включает формование силиконового гидрогеля. Формование силиконового гидрогеля может быть эффективным и предусматривает точный контроль окончательной формы гидратированной линзы.
Формование глазной линзы из силиконового гидрогеля может включать помещение отмеренного количества мономерной смеси в вогнутую часть формы. Тогда выпуклая часть формы помещается сверху мономерной смеси и прижимается, чтобы закрыть и образовать полость, которая определяет форму линзы. Мономерную смесь в границах частей формы отверждают для формирования контактной линзы. Как это используется здесь, отверждение мономерной смеси включает способ или условие, которое делает возможным или ускоряет полимеризацию мономерной смеси. Примеры условий, которые ускоряют полимеризацию, включают одно или более из следующего: воздействие светом или применение тепловой энергии.
Когда половинки формы разъединяют, линза, как правило, прилипает к одной или другой половинке формы. Обычно физически трудно удалить линзу с одной из таких половинок формы и, как правило, предпочитают поместить такую половинку формы в растворитель, чтобы извлечь линзу. Набухание линзы приводит к тому, что когда линза поглотит некоторое количество указанного растворителя, извлечение линзы из формы облегчается.
Линзы на основе силиконовых гидрогелей могут быть изготовлены с использованием относительно гидрофобных разбавителей, таких как 3,7-диметил-3-октанол. При попытке извлечь такие линзы в воде, указанные разбавители не допускают абсорбцию воды и не дают возможности для достаточного набухания, чтобы обеспечить извлечение линзы.
Альтернативно силиконовые гидрогели можно изготовить с использованием относительно гидрофильных и водорастворимых разбавителей, таких как этанол, трет-бутанол или трет-амиловый спирт. При использовании таких разбавителей, когда линза и форма помещаются в воду, разбавитель может растворяться более легко, и линзу можно снять в воде более легко, чем в случае более гидрофобного разбавителя.
Выщелачиваемый материал
После отверждения линзы образовавшийся полимер, как правило, содержит некоторое количество материала, который не связан с полимером или не внедрен в него. Выщелачиваемый материал, не связанный с полимером, может быть экстрагирован из полимерной матрицы, например, выщелачиванием водой или органическим растворителем (здесь и далее «выщелачиваемый материал»). Такой выщелачиваемый материал может быть неблагоприятным для использования контактной линзы в глазу. Например, выщелачиваемый материал может медленно освобождаться из контактной линзы во время ношения контактной линзы в глазу и может вызывать раздражение или токсический эффект в глазу пользователя линзы. В некоторых случаях выщелачиваемый материал может также мигрировать к поверхности контактной линзы, где он может создать гидрофобную поверхность и может притягивать продукты износа, или может нарушать смачивание линзы.
Некоторый материал может физически захватываться в полимерной матрице и не может быть удален, например, экстрагированием водой или органическим растворителем. В данном документе такой захваченный материал не рассматривается в качестве выщелачиваемого материала.
Выщелачиваемый материал обычно включает, прежде всего, материал, входящий в состав мономерной смеси и не обладающий способностью к полимеризации. Например, выщелачиваемым материалом может быть разбавитель. Выщелачиваемый материал может также включать неполимеризующиеся примеси, присутствовавшие в мономере. По мере приближения полимеризации к завершению полимеризация обычно замедляется, и некоторое небольшое количество мономера может вообще никогда не заполимеризоваться. Мономер, который вообще не полимеризуется, может быть включен в материал, который будет выщелачиваться из полимеризованной линзы. Выщелачиваемый материал может также включать небольшие фрагменты полимера или олигомеры. Олигомеры могут образоваться в результате реакций обрыва на ранних стадиях формирования данной полимерной цепи. Соответственно, выщелачиваемые материалы могут включать любой или все материалы смеси вышеописанных компонентов, которые могут отличаться друг от друга по своим свойствам, таким как токсичность, молекулярный вес или растворимость в воде.
Средства выщелачивания
В соответствии с настоящим изобретением выщелачивание линзы на основе силиконового гидрогеля ускоряется путем воздействия на линзу раствором, включающим одно или более выщелачиваемых средств в сочетании с водой при концентрациях, эффективных для удаления НКР из линзы.
Например, в некоторых примерах реализации офтальмологические линзы могут подвергать обработке, состоящей в воздействии выщелачивающего средства, а газовый хроматограф - масс-спектрометр может быть использован для измерения уровня одного или более соединений НКР в глазных линзах. С помощью газового хроматографа - масс-спектрометра может быть определено, эффективна ли обработка конкретным выщелачивающим средством относительно уменьшения конкретных соединений НКР, присутствующих в линзах до максимального порогового количества.
Соответственно, в некоторых примерах реализации газовый хроматограф - масс-спектрометр может быть использован для проверки максимальных пороговых величин НКР, таких как SiMMA, mPDMS, гликоля SiMMA, и эпоксида в концентрации приблизительно 300 ppm. С помощью периодических измерений может быть определено минимальное время обработки гидратацией, требуемое для уменьшения содержания таких соединений НКР от 300 ppm или менее в конкретных линзах. В дополнительных примерах реализации другие НКР, например, такие как D30 или иные разбавители, могут быть измерены для определения их максимального количества приблизительно на уровне 60 ppm. Примеры реализации могут также включать установку порогового количества конкретного вида НКР при минимально достижимом уровне обнаружения для испытательного оборудования.
8
14
8
10
12-14
В соответствии с настоящим изобретением примеры выщелачивающих средств могут включать следующие соединения: этоксилированные спирты или этоксилированные карбоновые кислоты, этоксилированные глюкозиды или сахара, опционально с присоединенными углеродными цепями от С до С, оксиды полиалкиленов, сульфаты, карбоксилаты или оксиды аминов соединений от С до С. Примеры включают оксид кокоамидопропиламина, жирные спирты С, этоксилированные с 10 этиленоксидом, додецил сульфат натрия, полиоксиэтилен-2-этилгексиловый эфир, полипропилен гликоль, монометиловый эфир полиэтиленгликоля, этоксилированный диолеат метилглюкозида, а также натриевую соль н-октилсульфата и натриевую соль этилгексил сульфата.
С целью иллюстрации данного изобретения включены следующие примеры. Данные примеры не ограничивают изобретение. Они предназначены для того, чтобы предложить способ практической реализации изобретения. Специалисты, сведущие в контактных линзах, а также в других областях техники, могут найти другие способы практического использования изобретения, при этом полагают, что указанные способы по содержанию входят в состав данного изобретения.
Высокомолекулярный гидрофильный полимер
Как это используется в настоящем документе, термин «высокомолекулярный гидрофильный полимер» относится к веществам, обладающим молекулярным весом не менее 100000 дальтонов, которые, будучи введены в рецептуры силиконовых гидрогелей, увеличивают смачиваемость отвержденного силиконового гидрогеля. Предпочтительным средним молекулярным весом этих высокомолекулярных гидрофильных полимеров является молекулярный вес более 150000; более предпочтительно - между приблизительно 150000 дальтонов и около 2000000 дальтонов, еще более предпочтительно - между приблизительно 300000 дальтонов и около 1800000 дальтонов и наиболее предпочтительно - от примерно 500000 дальтонов до около 1500000 дальтонов.
Альтернативно молекулярный вес гидрофильных полимеров в данном изобретении может быть также выражен через величину К, основанную на кинематических измерениях вязкости, как это описано в Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, N-Vinyl Amide Polymers, Second Edition, Vol.17, pp.198-257, John Wiley & Sons Inc. Будучи выражены указанным способом, гидрофильные мономеры имеют значение K больше чем приблизительно 46 и предпочтительно между приблизительно 46 и приблизительно 150. Гидрофильные полимеры с высоким молекулярным весом присутствуют в рецептурах этих устройств в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить контактные линзы, которые без поверхностной модификации сохраняются существенно свободными от поверхностных отложений во время использования. Типичные периоды использования включают, по меньшей мере, 8 часов, и предпочтительно линзы носят в течение нескольких дней подряд и еще более предпочтительно в течение 24 часов и более без снятия. Понятие «существенно свободный от поверхностных отложений» означает, что при визуальном осмотре с помощью щелевой лампы, по меньшей мере, около 70% и предпочтительно, по меньшей мере, около 80%, и еще более предпочтительно около 90% линз, носившихся пациентами, демонстрируют либо отсутствие отложений, либо слабые отложения за весь период ношения линз.
Подходящие количества высокомолекулярных гидрофильных полимеров включают приблизительно от 1 до около 15 вес.%, более предпочтительно от около 3 до около 15% и наиболее предпочтительно от около 5 до около 12 процентов относительно всех реакционно-способных компонентов.
Примеры высокомолекулярных гидрофильных полимеров включают, но ими не ограничиваются, полиамиды, полилактоны, полиимиды, полилактамы и функционализированные полиамиды, полилактоны, полиимиды, полилактамы, такие как DMA, функционализированные путем сополимеризации DMA (диметиламина) меньшим молярным количеством гидроксил-функционального мономера, такого как HEMA (оксиэтилметакрилата), и затем взаимодействующие с гидроксильными группами образующегося сополимера с материалами, содержащими радикальные группы, способные к сополимеризации, такие как изоцианатоэтилметакрилат или хлорид метакрилоила. Могут быть использованы также гидрофильные преполимеры на основе DMA или н-винилпирролидона с глицидилметакрилатом. Кольцо глицидилметакрилата может быть раскрыто с образованием диола, который может использоваться совместно с другим гидрофильным преполимером в смешанной системе для увеличения совместимости высокомолекулярного гидрофильного полимера, силиконсодержащего мономера с функциональной гидроксильной группой, и любыми другими группами, придающими совместимость. Предпочтительными высокомолекулярными гидрофильными полимерами являются полимеры, содержащие циклический остаток в основной цепи, более предпочтительно, циклический амид или циклический имид. Высокомолекулярные гидрофильные полимеры включают, но ими не ограничиваются, поли-N-винилпирролидон, поли-N-винил-2-пиперидон, поли-N-винил-2-капролактам, поли-N-винил-3-метил-2-капролактам, поли-N-винил-3-метил-2-пиперидон, поли-N-винил-4-метил-2-пиперидон, поли-N-винил-4-метил-2-капролактам, поли-N-винил-3-этил-2-пирролидон и поли-N-винил-4,5-диметил-2-пирролидон, поливинилимидазол, поли-N-N-диметилакриламид, поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту, оксид полиэтилена, поли-2-этилоксазолин, гепариновые полисахариды, полисахаридами, их смеси и сополимеры (включая блочные и статистические, гребнеобразные и звездообразные), среди которых поли-N-винилпирролидон (PVP) особенно предпочтителен. Могут быть также использованы сополимеры, такие как привитые сополимеры PVP.
Высокомолекулярные гидрофильные полимеры обеспечивают улучшенную смачиваемость и особенно улучшенную смачиваемость при живом организме относительно медицинских устройств настоящего изобретения. Не привязываясь к какой-либо теории, полагают, что высокомолекулярные гидрофильные полимеры являются акцепторами, приемниками водородной связи, которая в водных окружающих средах связывает атомы водорода с водой, тем самым становясь существенно более смачиваемыми. Отсутствие воды ускоряет внедрение гидрофильного полимера в реакционную смесь. Помимо конкретно указанных высокомолекулярных гидрофильных полимеров, ожидают, что любые высокомолекулярные полимеры будут полезны в рамках данного изобретения при условии, что когда упомянутый полимер добавляют в композицию силиконового гидрогеля, гидрофильный полимер (а) не проявляет фазового выделения из реакционной смеси и (b) придает смачиваемость образованному отвержденному полимеру. В некоторых примерах реализации предпочитают, чтобы высокомолекулярный гидрофильный полимер был растворим в разбавителе при температурах обработки. Производственные процессы, в которых используются вода или водорастворимые разбавители, могут быть предпочтительны благодаря их простоте и низкой стоимости. В этих примерах реализации высокомолекулярные гидрофильные полимеры, растворимые при температурах обработки, предпочтительны.
Силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой
Как это используется здесь, термин «силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой» означает соединение, содержащее, по меньшей мере, одну способную к полимеризации группу с молекулярным весом ниже приблизительно 5000 дальтонов согласно измерениям методом гельпроникающей хроматографии с детектированием по показателю преломления и предпочтительно меньше, чем 3000 дальтонов, которое способно совмещать силиконовые мономеры, входящие в состав гидрогеля, с гидрофильным полимером. Гидроксильная функциональность очень эффективна для улучшения гидрофильной совместимости. Таким образом, в предпочтительном варианте реализации силиконовые мономеры с функциональной гидроксильной группой в настоящем изобретении содержат, по меньшей мере, одну гидроксильную группу и, по меньшей мере, одну «-Si-O-Si-» группу. Предпочтительно, чтобы силикон и его присоединенный кислород составляли приблизительно более 10 вес.% от указанного силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой и более предпочтительно более чем около 20 вес.%.
Отношение Si к OH в силиконовом мономере с функциональной гидроксильной группой также важно для придания силиконовому мономеру с функциональной гидроксильной группой требуемой степени совместимости. Если отношение гидрофобной части к OH слишком велико, то силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой может быть плох с точки зрения обеспечения совместимости с гидрофильным полимером, что приводит к несовместимым реакционным смесям. Соответственно, в некоторых примерах реализации отношение Si к OH меньше чем приблизительно 15:1 и предпочтительно находится между около 1:1 и около 10:1. В некоторых примерах реализации первичные спирты обеспечили улучшенную совместимость по сравнению с вторичными спиртами. Специалисты в данной области техники понимают, что количество и выбор силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой будут зависеть от того, сколько гидрофильного полимера потребуется для достижения нужной смачиваемости и от той степени, в которой силиконовый мономер несовместим с гидрофильным полимером.
2
3
4
1
4
5
1
6
1
6
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
2
2
2
В некоторых примерах реализации реакционные смеси, относящиеся к настоящему изобретению, могут содержать более одного силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой. Для монофунционального силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой предпочтительно, чтобы R' был водородом, а R, R и R были C-C алкилом и три-C-C алкилсилокси, и наиболее предпочтительно метил- и триметилсилокси-группами. Для многофункционального мономера (дифункционального или выше) R-R независимо представляют этиленненасыщенные способные к полимеризации группы и более предпочтительно содержат акрилатные, стирильные, Cалкилакрилатные, акриламидные, Cалкилакриламидные, N-виниллактамные, N-виниламидные, Cалкенильные, Cалкенилфенильные, Cалкенилнафтильные или Cалкенилфенил-Cалкильные группы. В некоторых примерах реализации R представляет собой гидроксил, -CHOH или CHCHOHCHOH.
6
6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-12
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-12
1-6
1-6
1-6
1-6
В некоторых других примерах реализации R представляет собой двухвалентный Cалкил, Cалкилокси, Cалкилокси-Cалкил, фенилен, нафтален, Cциклоалкил, Cалкоксикарбонил, амид, карбокси, Cалкилкарбонил, карбонил, Салкокси, замещенный Cалкил, замещенный Cалкилокси, замещенный Cалкилокси-Cалкил, замещенный фенилен, замещенный нафтален, замещенный Cциклоалкил, где заместители выбирают из одного или более членов группы, состоящей из Cалкоксикарбонила, Cалкила, Cалкокси, амида, галогена, гидроксила, карбоксила, Cалкилкарбонила и формила. Особенно предпочтительным R является двухвалентный метил (метилен).
7
7
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-12
1-6
В некоторых примерах реализации R содержит свободнорадикальную реакционную группу, такую как акрилат, стирил, винил, виниловый эфир, итаконатную группу, Cалкилакрилат, акриламид, Cалкилакриламид, N-виниллактам, N-виниламид, Cалкенил, Cалкенилфенил, Cалкенилнафтил или Cалкенилфенил-Cалкил, или катионную реакционно-способную группу, такую как виниловая эфирная или эпоксидные группы. Особенно предпочтительным R является метакрилат.
8
8
1-6
1-6
1-6
1-6
1-12
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-12
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
1-6
В некоторых примерах реализации R представляет собой двухвалентный Cалкил, Cалкилокси, Cалкилокси-Cалкил, фенилен, нафтален, Cциклоалкил, Cалкоксикарбонил, амид, карбокси, Cалкилкарбонил, карбонил, Cалкокси, замещенный Cалкил, замещенный Cалкилокси, замещенный Cалкилокси-Cалкил, замещенный фенилен, замещенный нафтален, замещенный Cциклоалкил, где заместители выбирают из одного или более членов группы, состоящей из Cалкоксикарбонила, Cалкила, Cалкокси, амида, галогена, гидроксила, карбоксила, Cалкилкарбонила и формила. В качестве R особенно предпочтителен Cалкилокси-Cалкил.
Примеры силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой формулы I включают 2-пропиновую кислоту, 2-метил-2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (это соединение может быть также названо (3-метакрилокси-2-гидроксипропилокси)пропилбис(триметилсилокси)метилсилан-)2. Соединение (3-метакрилокси-2-гидроксипропилокси)пропилбис(триметилсилокси)метилсилан может быть образовано из эпоксида, который дает смесь 80:20 соединения, показанного выше и (2-метакрилокси-3-гидроксипропилокси)пропилбис(триметилсилокси)метилсилана. В некоторых примерах реализации настоящего изобретения предпочтительно иметь в наличии некоторое количество первичного гидроксила, предпочтительно более 10 вес.% и еще более предпочтительно, по меньшей мере, около 20%.
Другие подходящие силиконовые мономеры с функциональной гидроксильной группой включают (3-метакрилокси-2-гидроксипропилокси)пропилтрис(триметилсилокси)силан, бис-3-метакрилокси-2-гидроксипропилоксипропилполидиметилсилоксан, 3-метакрилокси-2-(2-гидроксиэтокси)пропилокси)пропилбис(триметилсилокси)метилсилан, N,N,N',N'-тетракис(3-метакрилокси-2-гидроксипропил)-α,ω-бис-3-аминопропилполидиметилсилоксан.
Продукты реакции глицидилметакрилата с амино-функциональными полидиметилсилоксанами также могут быть использованы в качестве силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой. Кроме того, дополнительные структуры, которые могут быть подходящими силиконовыми мономерами с функциональными гидроксильными группами, включают структуры, аналогичные соединениям, имеющим следующее строение: 6, где n=1-50, а R независимо представляет собой H или способную к полимеризации ненасыщенную группу, причем, по меньшей мере, один R является способной к полимеризации группой, и, по меньшей мере, один R, а предпочтительно 3-8 R, представляют собой H. Компоненты могут быть удалены из мономера с функциональной гидроксильной группой известными способами, такими как жидкофазная хроматография, дистилляция, рекристаллизация или экстракция, или их образования можно избежать тщательным выбором условий реакции и соотношений реагентов.
Подходящие монофункциональные силиконовые мономеры с функциональными гидроксильными группами коммерчески доступны; они поставляются компанией Гелест Инк. (Gelest, Inc., Morrisville, Pa). Подходящие полифункциональные силиконовые мономеры с функциональными гидроксильными группами коммерчески доступны от компании Гелест Инк. (Gelest, Inc., Morrisville, Pa) или могут быть приготовлены по известным методикам.
В то время как силиконовые мономеры с функциональными гидроксильными группами были найдены особенно подходящими для обеспечения совместимых полимеров, предназначенных для биомедицинских и, в особенности, офтальмологических устройств, может быть применен любой функционализированный силиконовый мономер, который после полимеризации и/или формования в конечное изделие является совместимым с выбранными гидрофильными компонентами. Подходящие функционализированные силиконовые мономеры могут быть выбраны, используя следующий тест на совместимость мономера. В этом тесте по 1 грамму каждого соединения - полидиметилсилоксана с концевым моно-3-метакрилоксипропилом и концевым монобутилом (mPDMS MW 800-1000) и испытуемого мономера - смешиваются вместе в одном грамме 3,7-диметил-3-октанола примерно при 20°С. Смесь, состоящая из 12 весовых частей поливинилпирролидона (PVP) K-90 и 60 весовых частей диметилакриламида (DMA), по каплям добавляется к раствору гидрофобного компонента при перемешивании до момента, пока раствор не будет оставаться мутным после трех минут перемешивания. Масса добавленной смеси PVP и DMA определяется в граммах и регистрируется как показатель совместимости. Любой силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой с показателем совместимости более 0,2 грамма, более предпочтительно больше, чем около 0,7 грамма и наиболее предпочтительно больше, чем 1,5 грамма будет подходить для использования по данному изобретению.
«Эффективное количество» или «эффективное по способности к совместимости количество» силиконовых мономеров с функциональными гидроксильными группами по данному изобретению - это количество, требуемое для того, чтобы сделать совместимым или растворить высокомолекулярный гидрофильный полимер и другие компоненты полимерной композиции. Таким образом, количество силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой будет зависеть частично от количества используемого гидрофильного полимера, причем для придания совместимости при более высоких концентрациях гидрофильного полимера требуется силиконовый мономер с большим числом функциональных гидроксильных групп. Эффективные количества силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой в полимерной композиции включают от около 5% (весовой процент, основанный на весовой доле реагирующих компонентов) до около 90%, предпочтительно от около 10% до около 80% и наиболее предпочтительно от около 20% до около 50%.
Кроме высокомолекулярных гидрофильных полимеров и силиконовых мономеров с функциональными гидроксильными группами согласно данному изобретению для приготовления биомедицинских устройств могут быть использованы другие гидрофильные и гидрофобные мономеры, сшивающие агенты, добавки, разбавители и инициаторы полимеризации. В дополнение к высокомолекулярным гидрофильным полимерам и силиконовым мономерам с функциональной гидроксильной группой для получения биомедицинских устройств по данному изобретению гидрогелевые композиции могут включать дополнительные силиконовые мономеры, гидрофильные мономеры и сшивающие агенты.
Дополнительные силиконовые мономеры
Что касается дополнительных силиконовых мономеров, полезные амидные аналоги TRIS могут включать 3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS), полидиметилсилоксаны концевого монометакрилоксипропила, полидиметилсилоксаны, 3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан, метакрилоксипропилпетаметилдисилоксан и их комбинации, которые особенно полезны как мономеры, содержащие силикон, по данному изобретению. Силиконовые мономеры могут присутствовать в количествах от приблизительно 0 до 75 вес.%, более предпочтительно от около 5 до около 60 вес.% и наиболее предпочтительно от около 10 около 40 вес.%.
Гидрофильные мономеры
2
1-6
2
Компоненты реакции по настоящему изобретению могут дополнительно включать также любые гидрофильные мономеры, применяемые для приготовления обычных гидрогелей. Например, могут использоваться мономеры, содержащие акрильные группы (CH.dbd.CRCOX, где R представляет собой водород или Салкил, а Х - это O или N), винильные группы (-C.dbd.CH). Примерами дополнительных гидрофильных мономеров являются N,N-диметилакриламид, 2-гидроксиэтилметакрилат, глицеринмонометакрилат, 2-гидроксиэтилметакриламид, полиэтиленгликольмонометакрилат, метакриловая кислота, N-винилпирролидон, N-винил-N-метилацетамид, N-винил-N-этилацетамид, N-винил-N-этилформамид, N-винилформамид и их комбинации.
Наряду с дополнительными гидрофильными мономерами, отмеченными выше, могут быть использованы полиоксиэтиленполиолы, имеющие одну или более концевых гидроксильных групп, замещенных функциональной группой, содержащей способную к полимеризации двойную связь. Примерами являются полиэтиленгликоль, этоксилированный алкилглюкозид и этоксилированный бисфенол А; прореагировав с одним или более мольными эквивалентами замыкающей группы, такой как изоцианатоэтилметакрилат, ангидрид метакриловой кислоты, хлорид метакрилоила, хлорид винилбензоила и подобных соединений, они дают полиэтиленполиол, имеющий одну или более концевых олефиновых групп, способных к полимеризации и связанных с полиэтиленполиолом через связывающие группировки, такие как карбаматные, мочевинные или сложноэфирные группы.
Кроме того, дальнейшие примеры включают гидрофильные винилкарбонатные или винилкарбаматные мономеры, гидрофильные оксазолоновые мономеры и полидекстран.
Дополнительные гидрофильные мономеры могут включать N,N-диметилакриламид (ДМА), 2-гидроксиэтилметакрилат (HEMA), глицеринметакрилат, 2-гидроксиэтилметакриламид, N-винилпирролидон (NVP), полиэтиленгликольмонометакрилат, метакриловую кислоту, акриловую кислоту и их комбинации. Дополнительные гидрофильные мономеры могут присутствовать в количествах от приблизительно 0 до около 70 вес.%, более предпочтительно от около 5 до около 60 и наиболее предпочтительно от около 10 до около 50 вес.%.
Агенты сшивания
Подходящие агенты сшивания представляют собой соединения с двумя или более функциональными группами, способными к полимеризации. Агенты сшивания могут быть гидрофильными или гидрофобными, а в некоторых примерах реализации настоящего изобретения было найдено, что смеси гидрофильных и гидрофобных агентов сшивания придают силиконовым гидрогелям улучшенную оптическую прозрачность (уменьшенная замутненность по сравнению с линзой CSI Thin Lens). Примеры подходящих гидрофильных агентов сшивания включают соединения с двумя или более функциональными группами, способными к полимеризации, и гидрофильными функциональными группами, такими как полиэфирные, амидные или гидроксильные группы. Конкретные примеры включают TEGDMA (тетраэтиленгликольдиметакрилат), TrEGDMA (триэтиленгликольдиметакрилат), этиленгликольдиметакрилат (EGDMA), этилендиаминдиметилакриламид, глицериндиметакрилат и их комбинации. Примеры подходящих гидрофобных агентов сшивания включают многофункциональный силиконсодержащий мономер с фунциональной гидроксильной группой, многофункциональные блочные сополимеры полиэфира и полидиметилсилоксана, их комбинации и тому подобное. Конкретные примеры гидрофобных агентов сшивания включают полидиметилсилоксан концевого акрилоксипропила (n=10 или 20) (acPDMS), макрономер силоксана с функциональной гидроксиакрилатной группой, PDMS концевого метакрилоксипропила, бутандиолдиметакрилат, дивинилбензол, 1,3-бис(3-метакрилоксипропил)тетракис(триметилсилокси)дисилоксан и их смеси. Предпочтительные агенты сшивания включают TEGDMA, EGDMA, acPDMS и их комбинации. Количество используемого гидрофильного агента сшивания обычно составляет от около 0 до около 2 вес.% и предпочтительно от около 0,5 до около 2 вес.%, а количество гидрофобного агента сшивания составляет от около 0 до около 5 вес.%, которое альтернативно может быть выражено в мол.% как от около 0,01 до около 0,2 ммол/г-м относительно реагирующих компонентов, предпочтительно от около 0,02 до около 0,1 и еще более предпочтительно от около 0,03 до около 0,6 ммол/г-м.
Было обнаружено, что с увеличением содержания агента сшивания количественно мутность уменьшается. Однако после того, как концентрация агента сшивания превысит приблизительно 0,15 ммол/г-м относительно реагирующих компонентов, модуль упругости может вырасти выше обычно требуемых уровней (более чем около 90 фунт/кв.дюйм (psi)). Так, в некоторых примерах реализации настоящего изобретения состав и количество сшивающего агента выбираются таким образом, чтобы обеспечить концентрацию агента сшивания в реакционной смеси между примерно 0,01 и примерно 0,1 ммол/г-м.
Могут быть также включены дополнительные компоненты или добавки, которые обычно известны в данной области техники. Добавки включают, но не ограничиваются этим, соединения и мономер, поглощающие ультрафиолетовое излучение, реагирующие окрашивающие вещества, антимикробные соединения, пигменты, фотохромные агенты и агенты для извлечения, комбинации добавок и тому подобное.
2
12
Дополнительные компоненты включают другие проницаемые для кислорода компоненты, такие как мономеры, содержащие тройную связь углерод-углерод, и фторсодержащие мономеры, которые известны в данной области техники и включают фторсодержащие (мет)акрилаты, и более конкретно включают, например, фторсодержащие сложные C-Cалкиловые эфиры (мет)акриловой кислоты, такие как 2,2,2-трифторэтил(мет)акрилат, 2,2,2,2',2',2'-гексафторизопропил(мет)акрилат, 2,2,3,3,4,4,4-гептафторбутил(мет)акрилат, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-пентадекафтороктил(мет)акрилат, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-гексафторнонил(мет)акрилат и подобные соединения.
Разбавители
Компоненты реакции (силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой, гидрофильный полимер, агенты сшивания и другие компоненты) обычно смешиваются и реагируют в отсутствие воды и опционально в присутствии, по меньшей мере, одного разбавителя для образования реакционной смеси. Тип и количество применяемого разбавителя оказывают также влияние на свойства получаемого полимера и изделия. Мутность и смачиваемость конечного изделия могут быть улучшены выбором относительно гидрофобных разбавителей и/или путем уменьшения концентрации используемого разбавителя. Как обсуждалось выше, увеличение гидрофобности разбавителя может также дать возможность плохо совместимым компонентам (согласно измерениям по тесту на совместимость) пройти обработку с образованием совместимого полимера и формированием изделия. Однако по мере дальнейшего увеличения гидрофобности разбавителя стадии обработки, необходимые для замещения разбавителя водой, потребуют использования растворителей, отличных от воды. Это обстоятельство может обусловить нежелательное увеличение сложности и стоимости производственного процесса. Таким образом, важно выбрать такой разбавитель, который обеспечивает требуемую совместимость компонентов с необходимым уровнем удобства обработки. Разбавители, являющиеся полезными при получении изделий по настоящему изобретению, включают простые эфиры, сложные эфиры, алканы, алкильные галогениды, силаны, амиды, спирты и их комбинации. Амиды и спирты являются предпочтительными разбавителями, а вторичные и третичные спирты являются наиболее предпочтительными спиртовыми растворителями. Примеры простых эфиров, пригодных в качестве разбавителей по настоящему изобретению, включают тетрагидрофуран, метиловый эфир трипропиленгликоля, метиловый эфир дипропиленгликоля, н-бутиловый эфир этиленгликоля, н-бутиловый эфир диэтиленгликоля, метиловый эфир диэтиленгликоля, фениловый эфир этиленгликоля, метиловый эфир пропиленгликоля, ацетат метилового эфира пропиленгликоля, ацетат метилового эфира дипропиленгликоля, н-пропиловый эфир пропиленгликоля, н-пропиловый эфир дипропиленгликоля, н-бутиловый эфир трипропиленгликоля, н-бутиловый эфир пропиленгликоля, н-бутиловый эфир дипропиленгликоля, н-бутиловый эфир трипропиленгликоля, фениловый эфир пропиленгликоля, диметиловый эфир дипропиленгликоля, полиэтиленгликоли, пропиленгликоли и их смеси. Примеры сложных эфиров, применимых для данного изобретения, включают этилацет, бутилацетат, амилацетат, метиллактат, этиллактат и i-пропиллактат. Примеры галоидных алкилов, применимых в качестве разбавителя для данного изобретения, включают метиленхлорид. Примеры силанов, применимых в качестве разбавителя для данного изобретения, включают октаметилциклотерасилоксан.
Примеры спиртов, применимых в качестве разбавителя для данного изобретения, включают спирты с формулой 7, в которых R, R' и R'' выбирают независимо из H, линейных, разветвленных или циклических одновалентных алкилов с числом атомов углерода от 1 до 10, которые могут быть опционально замещены одной или более группами, включая галогены, простые и сложные эфиры, арилы, амины, амиды, алкены, алкины, карбоновые кислоты, спирты, альдегиды, кетоны и тому подобные, или же любые две либо все три R, R' и R'' группы могут связываться вместе с образованием одной или более циклических структур, таких как алкильные с числом атомов углерода от 1 до 10, которые также могут быть замещены, как только что описано, с условием, что не более чем одна из групп R, R' или R'' представляет собой H.
Предпочтительно, что R, R' и R'' выбирают независимо из H или незамещенных линейных, разветвленных или циклических алкильных групп с числом атомов углерода от 1 до 7. Более предпочтительно, что R, R' и R'' выбирают независимо из незамещенных линейных, разветвленных или циклических алкильных групп с числом атомов углерода от 1 до 7. В определенных примерах реализации предпочтительный разбавитель содержит в сумме 4 или больше, более предпочтительно 5 или больше атомов углерода, потому что разбавители с более высоким молекулярным весом обладают меньшей летучестью и более низкой воспламеняемостью. Когда одна из групп R, R' и R'' представляет собой H, структура образует вторичный спирт. В том случае, когда ни одна из групп R, R' и R'' не является атомом водорода (H), структура образует третичный спирт. Третичные спирты более предпочтительны, чем вторичные. Растворители являются инертными соединениями и легко замещаются водой, когда общее число атомов углерода составляет пять или менее. Примеры применимых вторичных спиртов включают 2-бутанол, 2-пропанол, ментол, циклогексанол, циклопентанол и экзонорборнеол, 2-пентанол, 3-пентанол, 2-гексанол, 3-гексанол, 3-метил-2-бутанол, 2-гептанол, 2-октанол, 2-нонанол, 2-деканол, 3-октанол, норборнеол и тому подобные.
Примеры применимых третичных спиртов включают трет-бутанол, трет-амиловый спирт, 2-метил-2-пентанол, 2,3-диметил-2-бутанол, 3-метил-3-петанол, 1-метилциклогексанол, 2-метил-2-гексанол, 3,7-диметил-3-октанол, 1-хлор-2-метил-2-пропанол, 2-метил-2-гептанол, 2-метил-2-октанол, 2,2-метил-2-нонанол, 2-метил-2-деканол, 3-метил-3-гексанол, 3-метил-3-гептанол, 4-метил-4-гептанол, 3-метил-3-октанол, 4-метил-4-октанол, 3-метил-3-нонанол, 4-метил-4-нонанол, 3-метил-3-октанол, 3-этил-3-гексанол, 4-этил-4-гептанол, 4-пропил-4-гептанол, 4-изопропил-4-гептанол, 2,4-диметил-2-пентанол, 1-метилциклопентанол, 1-этилциклопентанол, 3-гидрокси-3-метил-1-бутен, 4-гидрокси-4-метил-1-циклопентанол, 2-фенил-2-пропанол, 2-метокси-2-метил-2-пропанол, 2,3,4-триметил-3-пентанол, 3,7-диметил-3-октанол, 2-фенил-2-бутанол, 2-метил-1-фенил-2-пропанол, 3-этил-3-пентанол и тому подобные.
В качестве разбавителя при получении полимера по настоящему изобретению могут использоваться единственный спирт или смесь двух или более из вышеперечисленных спиртов, соответствующих приведенной выше структуре.
В определенных вариантах реализации предпочтительными спиртовыми разбавителями являются вторичные и третичные спирты, содержащие, по меньшей мере, 4 углеродных атома. В частности, некоторые спиртовые разбавители могут содержать трет-бутанол, трет-амиловый спирт, 2-бутанол, 2-метил-2-пентанол, 2,3-диметил-2-бутанол, 3-метил-3-пентанол, 3-этил-3-пентанол, 3,7-диметил-3-октанол.
Разбавители могут также включать гексанол, гептанол, октанол, нонанол, деканол, третичный бутиловый спирт, 3-метил-3-пентанол, изопропанол, трет-амиловый спирт, этиллактат, метиллактат, изопропиллактат, 3,7-диметил-3-октанол, диметилформамид, диметилацетамид, диметилропионамид, N-метилпирролидидон и их смеси.
В некоторых примерах реализации настоящего изобретения разбавитель является водорастворимым в условиях обработки и легко вымываемым из линзы водой в течение короткого промежутка времени. Пригодные водорастворимые разбавители включают 1-этокси-2-пропанол, 1-метил-2-пропанол, трет-амиловый спирт, метиловый эфир трипропиленгликоля, изопропанол, 1-метил-2-пирролидон, N,N-диметилпропионамид, этиллактат, метиловый эфир дипропиленгликоля, их смеси и тому подобное. Использование водорастворимого разбавителя позволяет проводить послеформовочный процесс, применяя только воду или водные растворы, в которых вода является существенным компонентом.
В некоторых примерах реализации количество разбавителя может составлять обычно меньше, чем около 50 вес.% относительно реакционной смеси и предпочтительно быть меньше 40%, а еще более предпочтительно быть между около 10 и около 30%. В некоторых примерах реализации разбавитель может также включать дополнительные компоненты, такие как средства снятия и водорастворимые средства, помогающие деблокировке линз.
Инициаторы полимеризации могут включать, например, такие соединения, как перекись лаурила, перекись бензоила, перкарборнат изопропила, азобисизобутиронитрил и подобные вещества, которые производят свободные радикалы при умеренно повышенных температурах, а также системы фотоинициаторов, такие как альфа-гидроксикетоны, алкоксиоксибензоины, ацетофеноны, ацилфосфиноксиды, третичный амин с дикетоном, их смеси и тому подобное. Иллюстративные примеры фотоинициаторов представляют собой 1-гидроксициклогексилфенилкетон, 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-пропан-1-он, бис(2,6-диметоксибензоил)-2,4-4-триметилпентилфосфиноксид (DMBAPO), бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Irgacure 819, 2,4,6-триметилбензилдифенилфосфиноксид, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид, метиловый эфир бензойной кислоты, комбинация камфорхинона и этил-4-(N,N-диметиламино)бензоат. Доступные для приобретения системы инициаторов видимым светом включают Irgacure 819, Irgacure 1700, Irgacure 1800, Irgacure 1850 (все производства Ciba Speciality Chemicals) и Lucirin TPO (поставляется компанией BASF). Серийно выпускаемые УФ-инициаторы включают Darocur 1173 и Darocur 2959 (Ciba Speciality Chemicals). Инициатор используется в реакционной смеси в количествах, эффективных для инициирования фотополимеризации реакционной смеси, например от около 0,1 до приблизительно 2 частей по весу на 100 частей реагирующего мономера. Полимеризация реакционной смеси может быть инициирована, используя по соответствующему выбору нагревание или воздействие видимого или ультрафиолетового света или другие способы в зависимости от используемого инициатора полимеризации. Альтернативно полимеризацию можно проводить без фотоинициатора, применяя, например, пучок электронов. Однако в случае использования фотоинициатора некоторые примеры реализации могут включать комбинацию 1-гидроксициклогексилфенилкетона и бис(2,6-диметоксибензоил)-2,4-4-триметилфосфиноксида (DMBAPO), и данный способ инициирования полимеризации может включать видимый свет. Другие примеры реализации могут включать бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Ingacure 819.RTM).
В некоторых примерах реализации настоящее изобретение может далее включать офтальмологические линзы с рецептурами в единицах вес.% для компонентов HFSCM HMWHP SCM HM 5-90 1-15, 3-15 или 5-12 0 0 10-80 1-15, 3-15 или 5-12 0 0 20-50 1-15, 3-15 или 5-12 0 0 5-90 1-15, 3-15 или 5-12 0-80, 5-60 или 10-0-70, 5-60 или 10-40 50 10-80 1-15, 3-15 или 5-12 0-80, 5-60 или 10- 0-70, 5-60 или 10- 40 50 20-50 1-15, 3-15 или 5-12 0-80, 5-60 или 10- 0-70, 5-60 или 10- 40 50. HFSCM - силиконовый мономер с функциональной гидроксильной группой, HMWHP - высокомолекулярный гидрофильный полимер, SCM - силиконовый мономер, и HM - гидрофильный мономер.
Указанные выше весовые проценты даны с учетом всех реагирующих компонентов. Таким образом, в некоторых примерах реализации настоящее изобретение может включать одно или более из следующего: силиконовые гидрогели, биомедицинские устройства, офтальмологические устройства и контактные линзы, каждый одного или более составов, указанных в таблице, которая описывает девяносто возможных диапазонов состава. Каждый из диапазонов может сопровождаться префиксом «около», при этом диапазон представленных композиций указывается с условием, что все приведенные компоненты, а также любые дополнительные компоненты вместе составляют 100 вес.%.
Диапазон совместных силиконсодержащих мономеров (силиконовых с функциональной гидроксильной группой и дополнительных силиконовых мономеров) может составлять от приблизительно 5 до 99 вес.%, более предпочтительно от около 15 до 90 вес.% и в некоторых примерах реализации от около 25 до около 80 вес.% компонентов реакции. Диапазон содержания силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой может составлять от около 5 до около 90 вес.%, предпочтительно от около 10 до около 80 и наиболее предпочтительно от около 20 до около 50 вес.%. В некоторых примерах реализации диапазон содержания гидрофильного мономера может быть от около 0 до около 70 вес.%, более предпочтительно от около 5 до около 60 вес.% и наиболее предпочтительно от около 10 до около 50 процентов относительно реагирующих компонентов. В других примерах реализации диапазон содержания высокомолекулярного гидрофильного полимера может составлять от около 1 до около 15 вес.% или от около 3 до около 15 вес.%, или от около 5 до около 12 вес.%. Все указанные выше весовые проценты даны относительно общего количества всех реагирующих компонентов.
В некоторых примерах реализации диапазон содержания разбавителя составляет от около 0 до около 70 вес.% или от около 0 до около 50 вес.%, или от около 0 до около 40 вес.% и в отдельных примерах реализации от около 10 до около 30 вес.% относительно веса всех компонентов реакционной смеси. Требуемое количество разбавителя варьируют в зависимости от природы и относительных количеств реагирующих компонентов.
В некоторых примерах реализации реагирующие компоненты содержат 2-пропиновую кислоту, 2-метил-2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир, “SIGMA” (около 28 вес.% от реагирующих компонентов); полидиметилсилоксан с концевым монометакрилоксипропилом и концевым моно-н-бутилом с молекулярной массой 800-1000, “mPDMS” (около 31 вес.%); N,N-диметилакриламид, “DMA” (около 24 вес.%); 2-гидроксиэтилметакриат, “HEMA” (около 6 вес.%); тетраэтиленгликольдиметакрилат, “TEGDMA” (около 1,5 вес.%); поливинилпирролидон, “K-90 PVP” (около 7 вес.%), с балансом, включающим небольшие количества добавок и фотоинициаторов. Полимеризацию можно также проводить в присутствии приблизительно 23% (весовых процентов относительно общего количества смеси мономеров и разбавителя) разбавителя 3,7-диметил-3-октанола.
В некоторых примерах реализации процессы полимеризации для указанных выше композиций можно проводить в присутствии третичного амилового спирта как разбавителя в количестве около 29 вес.% относительно веса неотвержденной реакционной смеси.
Обработка
Примеры реализации могут включать офтальмологические линзы по данному изобретению, которые получают путем смешения высокомолекулярного гидрофильного полимера, силиконового мономера с функциональной гидроксильной группой и одного или более соединений из следующего ряда: дополнительные кремнийсодержащие мономеры, гидрофильные мономеры, добавки (реакционно-способные компоненты) и разбавители (в общем виде - реакционная смесь) с инициатором полимеризации и отверждение реакционной смеси в соответствующих условиях с образованием продукта, которому затем придают определенную форму путем вспенивания, резания и так далее. Альтернативно реакционную смесь могут помещать в форму и затем отверждать в соответствующее изделие.
Известны различные способы переработки реакционной смеси в производстве контактных линз, включая литье с центрифугированием и статическое литье. В некоторых примерах способ получения контактных линз на основе полимера по данному изобретению состоит в формовании силиконовых гидрогелей. В ходе формования реакционную смесь помещают в литейную форму, имеющую форму целевого силиконового гидрогеля, т.е. полимер, набухший в воде, и затем реакционную смесь выдерживают в условиях, при которых происходит полимеризация мономеров, и таким образом получают смесь полимера и разбавителя в виде конечного целевого продукта. Затем эту смесь полимера и разбавителя обрабатывают раствором для удаления разбавителя и в итоге замещают его водой с получением силиконового гидрогеля, имеющего окончательный размер и форму, которые вполне сходны с размером и формой исходного полимерразбавителя формованного изделия.
Отверждение
Другой аспект некоторых вариантов по данному изобретению включает отверждение композиций силиконового гидрогеля таким методом, который обеспечивает повышенную смачиваемость. В соответствии с данным изобретением было обнаружено, что время гелеобразования силиконового гидрогеля можно регулировать, меняя условия отверждения при получении смачиваемого офтальмологического устройства и, в частности, контактной линзы. Как это используется здесь, время гелеобразования означает время, в течение которого образуется сшитая полимерная сетка. В результате вязкость отверждаемой реакционной смеси приближается к бесконечности, и реакционная смесь становится не текучей. Точка гелеобразования наступает при определенной конверсии, не зависящей от условий реакции, и поэтому может быть использована в качестве индикатора скорости реакции. Было найдено, что для данной реакционной смеси время гелеобразования может быть использовано для определения условий отверждения, которые обеспечат желаемую смачиваемость. Так, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения, реакционную смесь можно отверждать в течение времени гелеобразования и дольше, чем время гелеобразования, которое обеспечивает улучшенную смачиваемость, а в некоторых вариантах осуществления достаточной смачиваемости для конечного устройства, которое будет использоваться без гидрофильного покрытия или обработки поверхности (минимальное время гелеобразования). В некоторых вариантах осуществления улучшенная смачиваемость может выражаться в уменьшении наступающего динамического угла смачиваемости, по крайней мере, на 10% по сравнению с композицией, не содержащей высокомолекулярного полимера. Поэтому в некоторых вариантах предпочтительны более длительные времена гелеобразования, так как они обеспечивают улучшенную смачиваемость и повышенную технологическую гибкость.
Времена гелеобразования могут меняться для разных композиций силиконовых гидрогелей. Условия отверждения тоже могут влиять на время гелеобразования. Например, в некоторых вариантах концентрация сшивающего агента будет влиять на время гелеобразования, где повышенные концентрации сшивающего агента уменьшают время гелеобразования. Увеличение интенсивности облучения (в случае фотополимеризации) или повышение температуры (в случае термической полимеризации), эффективности инициирования (выбирая более эффективный инициатор или источник излучения или используя инициатор, который поглощает более интенсивно в выбранной области излучения) также приведет к уменьшению времени гелеобразования. Температура, тип разбавителя и концентрация также могут влиять на время гелеобразования способом, понятным специалистам в данной области.
В некоторых вариантах минимальное время гелеобразования можно определить, подбирая состав композиции, варьируя один из вышеприведенных факторов и измеряя время гелеобразования и угол смачивания. Поэтому минимальное время гелеобразования может быть точкой, выше которой полученная линза является, как правило, смачиваемой. Ниже минимального времени гелеобразования линза может быть не смачиваемой. В рамках данного изобретения, в случае контактных линз, «обычно смачиваемой» является линза, для которой выступающий динамический угол смачивания меньше чем 80 градусов, а в некоторых вариантах меньше, чем 70 градусов, в некоторых других вариантах менее чем 60 градусов. Таким образом, специалисты, квалифицированные в данной области, будут понимать, что минимальная точка гелеобразования, как это понимается здесь, может представлять собой интервал, с учетом статистической экспериментальной изменчивости.
В некоторых вариантах при использовании облучения видимым светом было найдено, что минимальные времена гелеобразования, по крайней мере, больше чем 30 секунд, предпочтительны.
В некоторых вариантах форма, содержащая реакционную смесь, подвергается воздействию ионизирующего или актиничного излучения, например, пучка электронов, рентгеновских лучей, ультрафиолетового или видимого света, т.е. электромагнитного излучения или потока частиц в длиной волны в интервале от примерно 150 до примерно 800 нм. В некоторых вариантах источником излучения является УФ- или видимый свет с длиной волны в интервале от примерно 250 до примерно 700 нм. Подходящие источники излучения могут включать УФ-лампы, флуоресцентные лампы, лампы накаливания, ртутные лампы и солнечный свет. В вариантах, когда соединение, поглощающее УФ-излучение, включено в состав композиции (например, в виде УФ-блока), отверждение проводится другим способом, отличным от УФ-облучения (таким как видимый свет или тепло). В некоторых предпочтительных вариантах источник излучения может быть выбран из UVA (от примерно 315 до примерно 400 нм), UVB (от примерно 280 до примерно 315 нм) или видимого света (от примерно 400 до примерно 450 нм) низкой интенсивности.
2
2
2
2
В некоторых вариантах реакционная смесь, включающая соединение, поглощающее УФ-свет, отверждают видимым светом или светом низкой интенсивности. Как это понимается здесь, термин «низкая интенсивность» означает интенсивность в интервале между примерно 0,1 мВт/см до примерно 6 мВт/см и предпочтительно между примерно 0,2 мВт/см и 3 мВт/см. Поэтому время отверждения может быть относительно большим, обычно более чем примерно 1 мин и преимущественно между примерно 1 мин и примерно 60 мин, и еще более предпочтительно между примерно 1 и примерно 30 мин. В некоторых вариантах относительно медленное отверждение с низкой интенсивностью может обеспечить совместимые офтальмологические устройства, которые проявляют длительную устойчивость к отложению белков in vivo.
В некоторых примерах температура, при которой проводят отверждение реакционной смеси, может быть выше, чем температура окружающей среды, когда мутность полученного полимера уменьшается. Температуры, эффективные для уменьшения мутности, включают температуры, при которых мутность получающейся линзы уменьшена, по крайней мере, примерно на 20% по сравнению с линзой, имеющей тот же самый состав и полученной при 25°C. Так, в некоторых примерах осуществления подходящие температуры отверждения могут включать температуры выше 25°С. В частности, примеры осуществления могут включать интервалы между примерно 25°С и 70°С и между 40°С и 70°С. Точный набор условий отверждения (температура, интенсивность, время) может зависеть от выбранных компонентов материала линзы и, относительно обучения, в данном случае находится в пределах навыков, обычных для данной области. Отверждение может проходить в одной или многих зонах отверждения и должно быть предпочтительно достаточным для получения полимерной сетки на основе реакционной смеси. Обычно полученная полимерная сетка может набухать в разбавителе и имеет форму полости формы.
Примеры
Линзы были изготовленны в соответствии с вышеприведенным описанием с добавлением 24 частей N,N-диметилакриламида и 0,48 ppm CGI 1850 с использованием вогнутых частей формы в сочетании с выпуклыми (круглыми) формами. После фотоотверждения части формы удаляются, и линзы в вогнутой части формы помещают в перемешиваемый водный раствор, как это указано в таблице. Каждый водный раствор включает спирт, как это указано в колонке 'агент' в таблице. Время до расцепления линз и их полного отделения от форм было измерено, и эти данные также приводятся в таблице.
Как указано в таблице, выдерживание в водных растворах, включающих спирты, также влияет на выщелачивание D3O из линз.
Линзы перемешивают в соответствующих водных растворах в течение полного времени, указанного в таблице, затем вынимали и экстрагировали изопропанолом для удаления остаточного разбавителя D3O. Изопропанольный экстракт анализировали на содержание D3O, и результаты приведены в таблице в виде процентного содержания от уровня, найденного в контрольных линзах, не подвергнутых выщелачиванию.
Экс.
Агент 1
Агент 2
Агент 3 SCAW
Темп.
мл/линза
Остаточный D3O
Время извлечения (мин)
Времявыщелачивания (мин)
19
4% 2-пентанол
0,5% C12E10
0,05%
90°C
35
3,2-6,6%
5
6
19
4% 2-пентанол
90°C
35
5,6-39%
6
6
20
2% н-гексанол
1% C12-E10
1%
90°C
167
14,6%
6
6
21
3% TAA
5% SCAW
90°C
35
22%
3
8
Сравнительн.
90°C
35
100%
Нет снятия
100%