淺談水凝膠隱形眼鏡的研究現(xiàn)狀

肖文柯，荊雨陽(yáng)，周敏，田耘小，茅云

（1.金陵科技學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇 南京 211169；2.合肥學(xué)院能源材料與化工學(xué)院，安徽 合肥 230601；3.南京市視光材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211169）

1 水凝膠隱形眼鏡材料概述

1.1 水凝膠隱形眼鏡材料的分類

（1）聚甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠(PHEMA)。PHEMA(即聚甲基丙烯酸羥乙酯)具有優(yōu)異的溶膠-凝膠性能，被廣泛利用。HEMA在正常條件下是無(wú)色透明液體，分子式是C6H10O3，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為-12℃、95℃。20世紀(jì)30年代由DUPONT公司研究人員成功合成。20世紀(jì)60年代，捷克的化學(xué)家Wichterle等人通過(guò)自由基聚合法率先合成出PHEMA(即聚甲基丙烯酸羥乙酯)水凝膠。1960年他和另一位科學(xué)家Lim首次提出用PHEMA(即聚甲基丙烯酸羥乙酯)水凝膠制備隱形眼鏡。

（2）硅水凝膠。由于硅材料具有良好的力學(xué)性能、生物相容性和出色的鏈柔韌性和較大體積的硅氧基團(tuán)，而且氧氣在有機(jī)硅材料中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)，使在高透氧隱形眼鏡的開(kāi)發(fā)與研究領(lǐng)域，有機(jī)硅材料十分普遍。由于純有機(jī)硅材料含水率為零，所制備的隱形眼鏡鏡片由于其疏水性容易附著在眼角膜上，消費(fèi)者佩戴感覺(jué)較差。因此，希望將硅膠材料所具有的優(yōu)異的透氧性能和常規(guī)水凝膠材料優(yōu)良的親水性結(jié)合，提出了富含水的硅膠這一概念，即硅水凝膠。

（3）氟硅水凝膠。氟硅水凝膠不僅具有硅氧烷基團(tuán)，還具有氟化基團(tuán)。其含有的硅氧烷組分帶給水凝膠優(yōu)異的透氧性能和機(jī)械強(qiáng)度，并且含氟組分使得氧氣在水凝膠中的溶解度大大提高，這一結(jié)構(gòu)為了保持高的透氧性能，而且也解決了有機(jī)硅材料缺乏親脂性的問(wèn)題。

1.2 水凝膠隱形眼鏡材料的性能要求

（1）透光性。為了使隱形眼鏡達(dá)到佩戴后眼部視線清晰的要求，用于制備隱形眼鏡的材料應(yīng)當(dāng)具有良好的透光均勻性以及較好的透光率，即要求具有良好的光學(xué)性能。若水凝膠被用于制備隱形眼鏡，則要求保持透光率和分辨率，確保隱形眼鏡材料的形狀和表面連續(xù)性從未水合狀態(tài)到水合狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持不變，即不發(fā)生扭曲。（2）折射率。折射率也是隱形眼鏡材料的一個(gè)十分重要的光學(xué)性質(zhì)，水凝膠角隱形眼鏡的折射率不僅與該材料本身的材質(zhì)有關(guān)，還與含水量(即材料與水的結(jié)合能力)有關(guān)。較薄的隱形眼鏡鏡片需要用折射率高的材料制作，這樣可以減少眼部由于佩戴鏡片產(chǎn)生的異物感，從而提髙佩戴鏡片的舒適感。（3）化學(xué)穩(wěn)定性。作為一種眼部醫(yī)療器械，隱形眼鏡必須具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)良的耐用性和較小的單體殘留量等優(yōu)點(diǎn)。（4）生物相容性。生物相容性指的是人體在佩戴隱形眼鏡過(guò)程中，人眼對(duì)其材料無(wú)排異現(xiàn)象且持續(xù)維持有效作用的能力。（5）透氣性。作為矯正屈光不正的一種眼部醫(yī)療器械，隱形眼鏡材料本身良好的透氧性能對(duì)于保護(hù)眼睛的健康至關(guān)重要。（6）表面潤(rùn)濕性。表面潤(rùn)濕性好的鏡片具有均勻穩(wěn)定的淚液膜，該鏡片可以抵抗蛋白以及脂質(zhì)沉積，具有良好的視敏度，有很好的佩戴感。（7）機(jī)械性能。要求隱形眼鏡材料在使用過(guò)程中能夠保持其物理尺寸，能夠抵抗在使用過(guò)程中及其他情況下一定程度的變形與磨損，還維持其舒適度。

2 隱形眼鏡的制備方法及表面改性

2.1 隱形眼鏡的制備方法

（1）旋轉(zhuǎn)澆鑄法。混合單體、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，將得到的混合液注入鑄模中，隨后旋轉(zhuǎn)鑄模，與此同時(shí)，采用加熱或者紫外光輻射的方法，聚合單體成型。（2）切削研磨法?；旌蠁误w、引發(fā)劑和交聯(lián)劑等物質(zhì)，將得到的混合液注入玻璃管中，通過(guò)本體聚合法，得到干燥的條狀聚合物，隨后將該聚合物制成小小的塊狀，進(jìn)行切削研磨成型。并采用拋光的方法清除殘留的印記、劃痕等，改善其光學(xué)性能，平滑其邊緣。所得成品被放入生理鹽水中，慢慢膨脹直至處于平衡狀態(tài)。（3）直接模壓成型法。將單體和適量的引發(fā)劑混合，混合液注入一次性塑料模具中，實(shí)施熱聚合或在紫外光輻射的條件下直接聚合成型。由于這種方法制得的隱形眼鏡是很干燥的，故要將其放入生理鹽水中，使其慢慢膨脹直至處于平衡狀態(tài)，但是，采用直接模壓成型法與企業(yè)而言更加經(jīng)濟(jì)。

2.2 隱形眼鏡的表面改性

（1）等離子體技術(shù)。等離子體技術(shù)指的是材料表面被等離子體轟擊，從而使得高分子材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，隨之對(duì)材料表面進(jìn)行改性的方法。通過(guò)這種技術(shù)改變高分子膜的表面特性可以在很短的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)。雖然這種技術(shù)使材料的固有性能并無(wú)變化，但是，隨時(shí)間的變化其改性效果減弱。譚幗馨等通過(guò)氬等離子體技術(shù)對(duì)PEGDA(即聚乙二醇雙丙烯酸酯)/HEMA(即甲基丙烯酸β－羥乙酯)共聚物水凝膠生物醫(yī)用材料進(jìn)行表面改性(低溫)，大大改善了親水性，表面自由能明顯增加，有利于細(xì)胞在水凝膠材料表面的黏附和增殖。

（2）涂層涂覆技術(shù)。Willis等介紹了一種依靠IMC(內(nèi)模涂層)技術(shù)制備的新型PC(即磷脂酰膽堿)涂層硅膠水凝膠隱形眼鏡，使表面均勻且穩(wěn)定，具有<0.3MPa的模量、>2-4MPa的抗撕裂強(qiáng)度和>200%的斷裂伸長(zhǎng)率并且有效地降低了蛋白質(zhì)吸收。通過(guò)調(diào)節(jié)配方中的親水：疏水單體的比例可以控制材料的透氧率和溶質(zhì)滲透率，從而所得材料的性能適合長(zhǎng)期使用。

（3）化學(xué)接枝改性。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)對(duì)水凝膠材料進(jìn)行改性被稱為化學(xué)接枝改性。通過(guò)調(diào)節(jié)不同的反應(yīng)條件以達(dá)到控制水凝膠的親水性、生物相容性以及抗蛋白質(zhì)沉積能力等的目的。化學(xué)接枝法之所以深受大家的關(guān)注，是因?yàn)檫@種方法操作簡(jiǎn)單，易于控制接枝的位置和程度，反應(yīng)條件很穩(wěn)定且容易達(dá)到。聚合物表面采取偶聯(lián)接枝、利用臭氧或者化學(xué)引發(fā)接枝屬于比較常見(jiàn)的方法。

3 隱形眼鏡的藥物負(fù)載方法

目前，臨床上采用滴加眼藥水等治療方式。但這種方法只有微量的藥劑被特異性吸收，無(wú)法實(shí)現(xiàn)藥物控釋以及持續(xù)性給藥。將藥物負(fù)載于隱形眼鏡上，在佩戴隱形眼鏡的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)眼部疾病的治療。目前，常見(jiàn)藥物負(fù)載方式有以下幾種。

（1）直接浸泡法。將制備好的隱形眼鏡浸泡與藥物溶液，使藥物負(fù)載于隱形眼鏡表面及孔隙中。這種方式比較簡(jiǎn)便，可以提高藥物的利用率，也可以降低有些有機(jī)溶劑對(duì)藥物的影響。但是，藥物的負(fù)載率取決于材料的大小厚度和藥物的溶解度。目前，基于PHEMA水凝膠研究較多的包括毛果蕓香堿、抗生素、噻嗎洛爾、地塞米松等藥物。然而，使用直接浸泡法投入商業(yè)生產(chǎn)的隱形眼鏡很難實(shí)現(xiàn)持久性的藥物緩釋，可能是由于藥物和隱形眼鏡載體無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合。

（2）功能單體共聚法。將隱形眼鏡單體材料與功能單體(該單體能夠和藥物靶向結(jié)合)共聚是隱形眼鏡提高藥物負(fù)載率的一種有效形式。通過(guò)隱形眼鏡與陽(yáng)離子甲基丙烯酰丙基三甲基氯化銨聚合，從而提高陰離子藥物的載藥率并延緩釋藥周期。Sato等人通過(guò)復(fù)合陰離子單體乙基磷酸與隱形眼鏡單體，提高了萘甲唑啉的負(fù)載率。

（3）分散或固定載藥法。分散或固定載藥法主要是將負(fù)載藥物的微粒分散于隱形眼鏡材料基質(zhì)中或者固定于隱形眼鏡表面。藥物只有從微球的內(nèi)部擴(kuò)散到微粒表面，接著到凝膠基質(zhì)，再擴(kuò)散到環(huán)境中才完成釋放。這會(huì)給藥物釋放增添阻力，延長(zhǎng)藥物釋放的時(shí)間。

（4）分子印跡法。分子印跡法用藥物與功能單體通過(guò)官能團(tuán)聚合，洗脫藥物后，形成特征性識(shí)別藥物的印跡。當(dāng)隱形眼鏡在藥物溶液中浸泡時(shí)，藥物會(huì)在氫鍵等作用力下與官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)隱形眼鏡對(duì)藥物的負(fù)載。實(shí)驗(yàn)表明，分子印跡法不僅可以提高隱形眼鏡負(fù)載藥物能力，還可以提高藥物的緩釋時(shí)間。分子印跡法可以多次負(fù)載大分子量藥物，所以分子印跡法負(fù)載藥物在臨床應(yīng)用上具有很大的潛力。