СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПОТЕНЦИАЛА И ЗНАКА ЗАРЯДА ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ
CONTACT LENSES SURFACE POTENTIAL AND SURFACE CHARGE SIGN DETERMINATION METHOD

Изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии.
Изобретение раскрывает способ оценки поверхностного потенциала и знака заряда поверхности контактных линз и может быть использовано для контроля их физико-химических свойств на стадии производства, а также в процессе взаимодействия с различными лекарственными препаратами и биологическими средами.
Физико-химические свойства полимерных контактных линз зависят от природы полимеров, различных добавок и технологии изготовления.
По характеру базового материала контактные линзы подразделяются на четыре группы: ионные (с низкой и высокой гидрофильностью) и неионные (с низкой и высокой гидрофильностью) [1]. Ионные линзы, по сравнению с неионными, в большей степени способны к адсорбции веществ из растворов и биологических жидкостей.
Наличие заряда на поверхности контактных линз делает их химически более активными, что учитывается уже на стадии производства. Для корректировки поверхностных свойств изделий на стадии производства вводятся различные добавки. Так, в патенте №2488863 на изобретение «Способ изготовления контактных линз» предложено добавление фосфолипидов, которые распределяются на поверхности сформированной линзы, что способствует лучшему отделению от формы и обеспечивает высокий производственный выход [2].
Патент №2497160 на изобретение "Силикон-гидрогелевые контактные линзы с пониженной адсорбцией белков" [3] направлен на создание силикон-гидрогелевых линз с пониженной адсорбцией белков за счет введения эффективного количества соединения, снижающего адсорбцию белков. Кроме того, указано, что предлагаемая добавка существенно упрощает технологию изготовления изделий. Однако, под термином "белок" анализировались отдельные составляющие слезной жидкости: лизоцим, липокалин, гликопротеины, альбумин и т.д. Кроме того, отмечено снижение адсорбции только на 10-20%.
Структура поверхности мягких контактных линз влияет не только на отложение на них элементов слезной жидкости (белков, липидов и др.), но и на сорбцию лекарственного препарата и его диффузию из контактной линзы в ткани глаза [4].
Известен метод определения знака заряда коллоидных частиц методом электрофореза [5, 6, 7]. Дисперсные системы могут быть получены различными способами: конденсационным, диспергационным, гидролизом, пептизацией.
Таким образом, измерение поверхностного потенциала и знака заряда поверхности контактных линз необходимо для анализа и корректировки ряда процессов, которые имеют место на стадии производства изделий и при их эксплуатации.
Ближайший аналог - это способ определения поверхностного потенциала и знака заряда поверхности, основанный на исследовании электрофоретического поведения диспергированного материала в водной среде, изложенный подробно в литературе [5, 7].
Задача изобретения - разработка способа определения поверхностного потенциала и знака заряда поверхности новых объектов - контактных линз - с целью использования для контроля их физико-химических свойств на стадии производства, а также в процессе взаимодействия с различными лекарственными препаратами и биологическими средами при различных видах заболеваний глаз с учетом возрастных особенностей пациентов.
Технический результат состоит в измерении поверхностного потенциала и знака заряда поверхности контактных линз методом электрофоретического рассеяния света. Сочетание высушивания и замораживания позволяет механически измельчить линзы до необходимого уровня дисперсности.
Заявляется способ определения поверхностного потенциала и знака заряда поверхности, основанный на исследовании электрофоретического поведения диспергированного материала в водной среде, отличающийся тем, что в качестве материала используют новые объекты - контактные линзы, которые сушат при температуре 80°С, охлаждают в среде жидкого азота, измельчают, а затем диспергируют в водной среде ультразвуком и величину поверхностного потенциала частиц оценивают с помощью прибора Brookhaven ZetaPlus с использованием опции электрофоретического рассеяния света, а знак заряда поверхности контактных линз определяют с помощью программного обеспечения вышеуказанного прибора, для чего в кювету с суспензией помещают электродную систему, на которую подают электрический ток, и по допплеровскому смещению частоты рассеянного света определяют направление движения частиц, т.е. знак их заряда, и скорость движения, пропорциональную величине заряда частицы.
Изобретение осуществляют следующим образом.
Методика подготовки материала: вынутую из блистера с раствором линзу помещали на стеклянную подложку и сушили в шкафу при температуре 80°С в течение одного часа. Сухие линзы оставались эластичными, поскольку в их состав входили силиконовые эластомеры. Их измельчение проводили путем растирания в агатовой ступке в среде жидкого азота. Измельченные образцы в виде пасты переносили скальпелем в бюксы с 5 мл дистиллированной воды и диспергировали суспензию в ультразвуковой ванне при комнатной температуре в течение 30 мин. Полученные суспензии имели вид опалесцирующих седиментационно устойчивых в течение измерений систем.
Для примера представлены результаты анализа трех образцов силикон-гидрогелевых контактных линз производства США со следующими характеристиками:
Выбор дистиллированной воды в качестве дисперсионной среды связан, прежде всего, с недостаточным количеством жидкости, содержащейся в блистерах. Эта жидкая среда, чаще всего, представляет собой фосфатный буфер. Иногда производитель вводит в буферную среду дополнительные компоненты, в случае образца 1 жидкость представляет собой 1%-ный раствор сополимера 845. Измеренные показатели преломления находящейся в блистерах жидкости, представленные в таблице 2, близки между собой. Меньшее значение для образца №1, по-видимому, обусловлено содержанием сополимера в растворе.
Суспензии измельченных линз переливали в измерительные кюветы прибора Brookhaven ZetaPlus и производили измерения среднего размера частиц методом динамического светорассеяния. Суть метода заключается в том, что интенсивность рассеяния света системы большого числа частиц - флуктуирующий параметр и характер флуктуаций - определяется подвижностью рассеивающих частиц. Подвижность, в свою очередь, определяется их размером и вязкостью среды. Измеряемым параметром в методе динамического светорассеяния является коэффициент диффузии частиц D, который связан с размером частицы уравнением Стокса - Эйнштейна:
B
h
где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура (в Кельвинах), η - вязкость дисперсионной среды, d - гидродинамический диаметр частицы. Все расчеты выполняются программным обеспечением прибора.
С помощью прибора Brookhaven ZetaPlus, используя опцию электрофоретического рассеяния света, оценивали величину поверхностного потенциала частиц. В стандартную кювету с суспензией помещали электродную систему, на которую подавался электрический ток. По допплеровскому смещению частоты рассеянного света определяли направление движения частиц, то есть знак их заряда, и скорость движения, пропорциональную величине заряда частицы. Все расчеты выполняются с помощью программного обеспечения прибора. Результаты измерений приведены в таблице 3.
Исследования суспензии, полученной диспергированием линзы №3 в жидкости из блистеров, показали, что при проведении электрофоретических измерений происходит необратимое изменение системы: пожелтение жидкости и коагуляция суспензии.
Как следует из таблицы, разработанная методика диспергирования линз позволяет получать суспензии, пригодные для анализа методом электрофоретического рассеяния.
Образец №3 относится к III группе контактных линз (по классификации FDA), т.е. является низкогидрофильной линзой ионного характера. Для этого образца зафиксирован отрицательный и значительный по абсолютной величине поверхностный потенциал. Образец №2 относится к низкогидрофильным линзам неионного типа. Для него значение поверхностного потенциала близко к нулю.
Линзы №1, как и линзы №2, - представители I группы. Полученные данные по линзам №1 свидетельствуют об отрицательном заряде поверхности этих линз, что может быть связано с наличием определенных добавок или с особенностями отмывки линз на стадии производства.
В таблице 4 приведены результаты измерения поверхностного потенциала для линз 2 и 3 после адсорбции антибиотика и его десорбции. Линзы №2 были изъяты у пациентов разного возраста (после использования). Из данных следует, что десорбция и адсорбция антибиотика существенно изменяет поверхностный потенциал контактной линзы. У пациентов более старшего возраста снижение заряда примерно в 2 раза больше.
Технология производства контактных линз непрерывно совершенствуется, объединяя достижения материаловедения, фармокинетики и других смежных дисциплин. Предлагаемый способ определения поверхностного потенциала и знака заряда поверхности контактных линз открывает широкие перспективы в оценке их свойств на стадии производства, а также при проведении исследований взаимодействия вышеуказанных изделий с биологическими средами при различных видах заболеваний глаз с учетом возрастных особенностей пациентов.
Источники информации
1. Бондаренко П.И., Цветкова Е.А., Пинчук Л.С., Замараева А.В. Контактные линзы: классификация, материалы, бренды. Медицинские новости, 5, 2012. С. 25-29.
2. Пруит Д.Д., Уинтертон Л.К., Зайферлинг Б., Фогт Ю., Боте X. Способ изготовления контактных линз. Патент №2488863, 27.07.2013, бюл. №21.
3. Пинсли Д.Б, Адамс Д.П., Кханолкар А., Занини Д., Фадли З., Кларк М., Тернер Д.С., Форд Д.Д., Мэджио Т.Л. Силикон-гидрогелевые контактные линзы с пониженной адсорбцией белков. Патент №24497160, 27.10.2013, бюл. №30.
4. Нугуманова A.M., Самойлов А.Н. Лечение воспалительных заболеваний роговой оболочки глаза с применением терапевтических контактных линз. Казанский журнал. Т. 92. №6, 2011.
5. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.
6. Зимон А.Д. Коллоидная химия. Учебник для вузов. - 3-е изд., доп и исправл. - М.: Агар. 2003. - 320 с.
7. Щукин Е.Д., Перцев А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. Учебник для бакалавров. - 7-е изд., испр. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2014. – 444.