矽氧烷水凝膠接觸鏡片的等離子體表面處理的製作方法

2023-07-02 16:17:21 2

>組份重量份TRIS-VC55NVP30V2D2515VINAL1正壬醇15Darocur0.2著色劑0.05表中的各物質是指TRIS-VC三(三甲基甲矽烷氧基)甲矽烷基異丙基乙烯基氨基甲酸酯NVPN-乙烯基吡咯烷酮V2D25美國專利5,534,604中所述的含矽氧烷的乙烯基碳酸酯VINALN-乙烯基氧羰基丙氨酸DarocurDarocur-1173，一種紫外引發劑著色劑1,4-雙[4-(2-甲基丙烯醯氧基乙基)苯基氨基]蒽醌實施例2本實施例闡明根據本發明改善接觸鏡片表面的方法。按上面實施例1配方製成的矽氧烷水凝膠鏡片用聚丙烯模具進行澆鑄成模。在惰性氣氛下，取45微升的上述配方注射到乾淨的聚丙烯凹型半模中，然後蓋上相應的聚丙烯凸型半模。用70psi的壓力壓緊兩個半模，混合物在紫外線(紫外光度計測定為6-11mW/cm2)下固化約15分鐘。再將模暴露在紫外線下約5分鐘。除去上面的半模，鏡片置於鼓風爐中3小時，並維持溫度60℃，以除去正己醇。隨後，鏡片邊緣在2300rpm轉速下以60g的力球磨10秒鐘。然後鏡片進行如下的等離子體處理將鏡片凹型面向上放置在塗覆有鋁的託盤上，然後託盤置於等離子體處理室中。將空氣以400sccm的流率經8％的過氧化物溶液通入處理室中，得到空氣/H2O/H2O2氣體混合物的氣氛。鏡片等離子體處理8分鐘(350瓦，0.5託)。之後，處理室再充氣至大氣壓力。從處理室中取出託盤，翻轉鏡片，重複上述過程，等離子體處理鏡片的另一面。在等離子體處理室中和全加工之後直接分析鏡片。全加工包括在等離子體處理後的萃取、水合和壓熱滅菌。用異丙醇在室溫下萃取4小時(在工業製造時優選至少萃取48小時，並再用水於85℃下萃取4小時)。之後，鏡片浸泡於緩衝的鹽溶液中進行水合。鏡片置於包裝小瓶中並浸沒於包裝水溶液中，進行壓熱滅菌。等離子體室是BransonGaSonicsDivision製造的直流DCRFGD室(Model7104)。該室是冷平衡平面結構，最大功率為500瓦。所有的鏡片在進行任何等離子體處理之前，都要使室中殘留空氣預抽空至0.01託。這一方法通過控制氣體壓力可以降低聚合物的相對處理水平。本研究中所有的鏡片在收到後都要進行分析。等離子體處理之前和處理之後的鏡片都是在幹態下分析的。將全加工的鏡片從小瓶中取出，用HPLC級的水進行靜態脫鹽至少15分鐘。從等離子體處理前、處理後和全加工的鏡片中各取三個鏡片前表面和鏡片後表面，用X-射線光電譜儀(XPS)進行分析。XPS數據由PhysicalElectronics[PHI]Model5600能譜儀獲得。採集數據時，儀器的鋁陽極操作條件為300瓦、15kV、20mA。採用由環形透鏡系統單色化的鋁Kα線作激發源。X-射線單色器利用7mm的燈絲使X-射線源聚焦，這就增加了利用中和器來耗散電荷的需要。儀器的基準壓力為2.0×10-10託，而操作壓力為1.0×10-9託。用半球形的能量分析器來測量電子的動能。對於碳來說，在取樣角為45度時，儀器的實際取樣深度約為74埃。所有的元素均校正至285.0eV碳鍵能的CHx峰。利用低解析度探測譜(0-1100eV)，用XPS分析每一個經等離子體處理過的樣品，以確定存在於樣品表面上的元素。對於那些從低解析度掃描中檢測出的元素，再用高解析度譜進行分析。從高解析度譜中測出元素組成。根據光電子峰下的面積，並用儀器的透射功能和所用原子軌道截面對其進行敏化處理，可以計算出原子組成。由於XPS譜不能檢測出是否存在氫或氦，所以在任何原子百分比計算中都不包括這兩種元素。表2大略給出了原子組成數據。表2每種元素都從50-100個鏡片的樣品群中選取6個進行檢測。實驗1-3中等離子體處理前的探測譜含有表明氧、氮、碳和矽的光電子峰。矽的2p3/2峰位(102.4eV)表明在表面上測得的矽來自矽氧烷衍生物。實驗1-3中等離子體處理後的探測譜含有表明氧、氮、碳、矽和氟的光電子峰。氟是被等離子體剝落下來的、來自Teflon滑槽的副產物，該滑槽用於支承裝鏡片的託盤。矽的2p3/2峰位(103.7eV)表明在表面上測得的矽來自矽酸酯，從而證實了覆蓋層的存在。業已證明，不同實驗中元素分析的輕微差別可能來自等離子體處理參數的輕微變化、等離子體處理室中的位置或者是源自特定鏡片群的內在表面性質。另外，用原子力顯微鏡(AFM)來研究接觸鏡片的形貌。AFM的工作原理是測量探針和鏡片表面原子之間的毫微級的力(10-9N)。探針安裝在一個懸臂上。用雷射檢測系統測定懸臂的偏離，並對此進行加工，得到高度方面的信息。在採集高度信息時，探針在x-y平面上來回掃描，得到三維的鏡片表面形貌圖。在每個鏡片的光學區，鏡片的每一側都取三幅圖。鏡片表面被覆蓋層覆蓋的分數叫做「平板覆蓋率」或「表面覆蓋率」。有時通過表面高度的方塊圖可以容易地測出此數據。不過，如果覆蓋層太薄(＜10nm)，就無法從方塊圖中測出覆蓋率。在這種情況下，可將此AFM圖與以前的已知準確覆蓋率的AFM圖進行對比。採用這種目視方法時，覆蓋率是一估算值，要校正在±10％範圍內。圖2是鏡片在等離子體處理後但在水合和熱滅菌之前的原子力顯微鏡(AFM)形貌圖。該圖顯示鏡片覆蓋層具有平滑的表面(100％表面覆蓋率)，與鏡片在等離子體處理前的表面外觀十分相似。這是因為大多數等離子體覆蓋層與其起始表面是共形的。已經證明，其表面也非完全平滑。表面上有一些細微的多向工具擦痕。為了與本發明的鏡片表面進行對比，圖3的原子力顯微鏡(AFM)圖像顯示的是經壓熱滅菌的等離子體處理後的鏡片(全加工)，等離子體處理的時間是每一面只有4分鐘，但其它的加工條件與本實施例相似。覆蓋層的厚度只有4±2nm，覆蓋率只有20％左右。圖中不同的顏色代表了表面上不同的高度。亮的區域對應的是前突的部分，而暗的區域對應的是後縮的部分。在圖3中可明顯看到覆蓋層已經裂紋並剝落，暴露出鏡片表面，因而顯示出相對平滑的表面，幾乎沒有可見的平板。圖4是鏡片在等離子體處理後又用異丙醇萃取後的原子力顯微鏡(AFM)圖像。鏡片厚度約100nm(這在後面的壓熱滅菌中要顯著地降低)，表面覆蓋率約50％。由於AFM圖像是在幹態下的，所以萃取後的鏡片的表面覆蓋率和全加工的鏡片的表面覆蓋率是可比的。圖5是鏡片在等離子體處理後又經水合和壓熱滅菌(按本發明全加工)的原子力顯微鏡(AFM)形貌圖(50×50平方微米)，等離子體處理時間8分鐘，它顯示出明顯的平板，並具有很好的表面覆蓋率。覆蓋層的厚度約10±2nm(100埃)，表面覆蓋率約95％。覆蓋層中縫隙的平均深度(也叫「覆蓋層厚度」)可用AFM軟體直接測量。在每幅圖中測量3-5個島(任意選擇)的厚度，加以平均，即可得到每幅圖的覆蓋層厚度。全加工鏡片的RMS粗燥度優選小於約50nm，更優選在約2至約25nm之間，最優選在5-20nm之間。比較的結果顯示，除一些其它的參數如壓力或空氣流率外，等離子體處理的時間在等離子體處理中是重要的控制參數，以便得到所需的覆蓋層。對比實施例3上述實施例1中配方的矽氧烷水凝膠鏡片的每一面等離子體處理4分鐘，並用於臨床研究。由於鏡片表面形貌的變化，某些批次的鏡片顯示平滑的表面，用原子力顯微鏡(AFM)探測表面圖像時，看不到任何平板存在的證據。用AFM探測時，通常在1.5×108平方微米的鏡片區域內選取50×50平方微米的圖像。共測試13批不同表面的鏡片，並將其分為「嵌鑲式的到過渡的」(以後叫「嵌鑲」)和「過渡的到平滑的」(以後叫「平滑」)。約42％的鏡片具有平滑的表面。對於鏡片來說，術語「平滑」是指鏡片表面不存在被小谷或縫隙所環繞的矽酸酯平板，這些平板就象被小河所環繞的、緊挨著的群島。平滑的鏡片也包括那些表面覆蓋率小於30％和峰谷深度小於約50埃的鏡片。嵌鑲鏡片是那些覆蓋率大於30％和峰谷深度大於50埃的鏡片。為了將表面特性與臨床性能相關聯，將臨床研究中所用的鏡片按其沉積程度進行分類，沉積的程度是基於參與本研究的職業醫生所提供的信息。用狹縫燈進行分析，按沉積增加的程度將其分為0-4級。對於0級和1級，由於病人的數目較多，可將鏡片分為兩部分，一半檢測類脂，另一半檢測蛋白質。而在2級、3級和4級中，由於鏡片數目少得多，這些鏡片從中間切成兩半(使用曲解剖刀和手套)，以便每一鏡片都能進行蛋白質和類脂測試。這些鏡片所得的數據要加倍，以便能夠代表整個鏡片上的沉積。鏡片戴用3個月，每戴一周用酶清洗並用ReNuMPS溶液進行一夜消毒。在某些情況下，鏡片在3個月前因規格原因而被更換。在所有的其它情況下，鏡片在整個研究期間被戴用。三個月後，所有的鏡片一收到後就馬上包裝(幹態下)並儲藏在冰箱中。為了進一步將表面特性與沉積性質(沉積組份)相關聯，對沉積物進行蛋白質和類脂分析。蛋白質分析採用比色BCA分析法(Sigma)。該方法利用蛋白質誘發的Cu(Ⅱ)還原為Cu(Ⅰ)的反應。在還原的銅中加入二辛可酸(BCA)後會形成紫紅色的絡合物(Amax=562nm)。在5μg/ml-2000μg/ml的蛋白質濃度範圍內，絡合物的密度與其成正比。在37℃下溫育後，顏色的形成速率足夠慢，可以在一次測試中測試大量的樣品。所用的標準蛋白質溶液是BSA，其標準濃度範圍是0-200μg。分析方法如下1)在製備標準樣時，將未戴過的鏡片從小瓶中取出，在空氣中乾燥，然後與標準BSA溶液一起置於塑料離心管中。戴過的鏡片(也在空氣中乾燥)也置於離心管中，然後在乾燥的鏡片中加入BCA/硫酸銅(Ⅱ)溶液混合物。2)上述離心管置於37度的水浴中15分鐘。溫育之後，形成了紫紅色的絡合物。3)樣品和標準樣在562nm處讀數。4)然後從吸光度與濃度(μg)的標準曲線中測出蛋白質濃度。5)所得蛋白質的結果代表了粘附蛋白質的總量。採用氣相色譜法(GC)測定類脂的總濃度。根據以前GC測定的鏈長在C12-C22之間類脂的結果，採用三棕櫚精(C16)作標準樣，所有這些類脂的滯留時間相似。標準樣的儲備液是1mg/ml的三棕櫚精溶於二氯甲烷的溶液，標準樣溶液的濃度在0-100μg。分析方法包括如下步驟當未戴過的鏡片與標準溶液一起置於玻璃試管中，採用與上面相同的方法分析標準樣。否則，其分析方法如下1)當己烷加入到鏡片中(加熱)，鏡片被溶解並最終沉澱到試管底部，形成兩相。底層呈霧狀(MeOH層)，頂層(己烷層)為透明狀。將己烷層萃出。樣品和標準樣的萃取要進行兩次。鏡片在本過程被溶解，使得能夠測定在鏡片表面的類脂和可能包埋在鏡片母體內的類脂的總量。2)用氮氣流將試管中的己烷吹走；然後將樣品和標準樣再次懸浮於50μl的己烷中。3)用己烷(2μl)在GC中空運行，以確保在適當的時間出峰。4)從每個試管中取2μl注入到GC中。每次測試時，注射器要用己烷清洗10-14次。類脂的保留時間與其鏈長相關，C8-C12、C12、C14和C16-C18以增加的間隔出峰。GC採用CG30ftHPR1毛細管柱，並連接FID檢測器(質量)，因此可以讀出相應峰的質量(μg)。5)利用三棕櫚精的標準曲線繪製峰面積與類脂量(μg)的曲線。根據職業醫生對沉積級的劃分，本研究中86％的病人劃分在0-2級，反映出沉積很少或沒有。在這些級別中，平均的蛋白質濃度為34.2μg，平均的類脂量為17.5μg。本研究中蛋白質和類脂分析的詳細結果示於下面的表3中表3*黑體數字表示該沉積級別病人的總數量。所觀察到的蛋白質和類脂濃度的範圍表明了個體在沉積水平上的差別以及不同職業醫生對沉積級別劃分的差異。總體來看，在所有級別中蛋白質水平保持相對恆定(～35-40μg)，除了0級的數字稍低(25μg)。然而，類脂的沉積隨著級別的增加而均勻增加，表明平均來看重沉積個體沉積的類脂比蛋白質更多。在被標為3級和4級的24個病人中，5個有不舒服的經歷。沒有觀察到鏡片年齡(戴用時間)與沉積程度的相關性。下表給出了鏡片批次在沉積級別中的分布，以顯示特定批次的鏡片對沉積的敏感度。表4鏡片表明與沉積的相關，結果如下表5*這些批次是那些已注意到具有較低溼潤性和/或較多沉積的批次。這些結果表明，對於等離子體處理的、具有類似於上面實施例2之圖3的「嵌鑲」表面特徵的鏡片，沉積級別大於2的鏡片為8％；而對於經過類似等離子體處理但沒有顯示圖2所示的「嵌鑲」表面特徵(例如，象圖4所示鏡片)的鏡片，其沉積級別大於2的鏡片佔14％，表明「嵌鑲」式樣具有明顯的統計上的優越性。實施例4為了顯示本發明鏡片在溼潤性質上的改變，對未處理的鏡片(在等離子體處理前)、等離子體處理後的鏡片(緊接在等離子體處理後)和全加工後(包括水合和熱滅菌)的鏡片的接觸角進行測定。接觸角的測定方法如下使用鉑絲(Pt)以使汙染最小；鉑絲經本森燈火焰燒至暗紅色(桔紅色)發光，以確保實驗中所用的水(HPLC級)暴露在新鮮、乾淨、無汙染的金屬表面。約2毫升的水從瓶中傳至鉑絲，其過程包括輕輕拍打瓶子，使得最多的鉑絲處於液體之下。鉑絲上的水傳至由實施例1材料所制的鏡片上，注意不要在表面上拖拉。一旦傳完之後，用NRL-100Rhame-Hart接觸角測角儀測量接觸角。調節臺的高度，使基線在水滴底和其反射之間，以設定基線。找到基線之後，在左右測定水滴形成的接觸角。在第一滴水中加入第二滴水，重新計算左面和右面的接觸角。將所有4次測量基線平均。採用這種方法，鏡片表面在處理前的水接觸角約為90dynes/cm。在等離子體處理後，水接觸角為Odynes/cm。在熱滅菌後，全加工的鏡片的接觸角為72.4±2dynes/cm。所有的測量都是針對幹態鏡片。按照本發明這裡所給出的啟示，可以得到許多本發明的改進或改變。因而可以理解，在權利要求保護的範圍內，本發明可以採用不是此處描述的方案。權利要求1.一種矽氧烷水凝膠接觸鏡片的表面處理方法，包括如下的控制製造步驟(a)用含氧氣氛的等離子體處理鏡片，使之產生含矽酸酯的覆蓋層，鏡片的每一面至少處理4分鐘，所用功率為100-1000瓦，壓力為0.1-1.0託；(b)將鏡片浸入水溶液中使之發生水合，其中鏡片所吸附的水的數量至少佔鏡片材料的5wt.％；(c)將水合的鏡片進行熱滅菌；其中，熱滅菌的鏡片具有含矽酸酯的覆蓋層，該覆蓋層的特徵在於，當觀察50×50平方微米的AFM圖像時，具有嵌鑲式樣的前突平板，且平板周圍環繞有後縮的縫隙，其中縫隙的深度平均約為100-500埃，平板的覆蓋率平均約在40-99％。2.權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(a)的等離子體處理是將鏡片的每一面在300-500瓦下處理6-60分鐘。3．權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(a)的等離子體處理是將鏡片的每一面處理8-30分鐘。4.權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)使鏡片溶脹5-25％。5.權利要求1所述的方法，其特徵在於，壓熱滅菌的溫度為100℃-200℃，時間為10-120分鐘。6.權利要求1所述的方法，其特徵在於，縫隙深度平均在約150-200埃。7.權利要求1所述的方法，其特徵在於，平板的覆蓋率平均在約60-80％。8.權利要求1所述的方法，其特徵在於，在工業生產批量中，至少80％鏡片的縫隙深度和平板覆蓋率在上述的範圍內。9.權利要求8所述的方法，其特徵在於，至少90％的鏡片在上述的範圍內。10.權利要求1所述的方法，其特徵在於，矽氧烷水凝膠本體的配方中含有5-50wt.％的一種或多種矽氧烷大單體、5-75wt.％的一種或多種聚矽氧烷基烷基(甲基)丙烯酸酯單體、10-50wt.％的親水單體。11.權利要求10所述的方法，其特徵在於，矽氧烷大單體是用不飽和基團在其兩端或多端封端的聚(有機矽氧烷)。12.權利要求10所述的方法，其特徵在於，矽氧烷大單體是含矽的碳酸乙烯基酯或氨基甲酸乙烯基酯，或者是具有一個或多個硬一軟一硬段的、用親水單體封端的聚氨酯一聚矽氧烷。13.權利要求1所述的方法，其特徵在於，聚矽氧烷基烷基(甲基)丙烯酸單體是甲基丙烯醯氧丙基三(三甲基甲矽烷氧基)矽烷。14.權利要求1所述的方法，其特徵在於，親水單體從下列一組物質中選擇不飽和羧酸、丙烯酸取代醇、乙烯基內醯胺、丙烯醯胺、碳酸乙烯基酯或者氨基甲酸乙烯基酯、惡唑酮類單體和上述物質的混合物。15.權利要求14所述的方法，其特徵在於，親水單體從下列一組物質中選擇甲基丙烯酸和丙烯酸、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯和2-羥基乙基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯醯胺、N，N-二甲基丙烯醯胺和上述物質的混合物。16.一種具有親水表面的、矽氧烷水凝膠接觸鏡片，其包括含矽酸酯的表面覆蓋層，該覆蓋層的特徵在於，當觀察50×50平方微米的AFM圖像時，具有嵌鑲式樣的前突平板，且平板周圍環繞有後縮的縫隙，其中，作為控制生產過程的結果，其平均縫隙的深度平均約為100-500埃，平板的覆蓋率平均約在40-99％。17.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，縫隙深度平均在150-200埃。18.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，平板覆蓋率平均在約60-99％。19.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，矽氧烷水凝膠含有30-60wt.％的一種或多種矽氧烷大單體、1-35wt.％的一種或多種聚矽氧烷基烷基(甲基)丙烯酸酯單體、以及20-40wt.％的親水單體。20.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，矽氧烷大單體是用不飽和基團在其兩端或多端封端的聚(有機矽氧烷)。21.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，矽氧烷大單體是含矽的碳酸乙烯基酯或氨基甲酸乙烯基酯，或者是具有一個或多個硬-軟-硬段的、用親水單體封端的聚氨酯-聚矽氧烷。22.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，聚矽氧烷基烷基(甲基)丙烯酸單體是甲基丙烯醯氧基丙基三(三甲基甲矽烷氧基)矽烷。23.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，親水單體從下列-組物質中選擇不飽和羧酸、丙烯酸取代醇、乙烯基內醯胺、丙烯醯胺、碳酸乙烯基酯或者氨基甲酸乙烯基酯、惡唑酮類單體和上述物質的混合物。24.權利要求16所述的接觸鏡片，其特徵在於，親水單體從下列一組物質中選擇甲基丙烯酸和丙烯酸、2-羥基乙基甲基丙烯酸酯和2-羥基乙基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺和上述物質的混合物。全文摘要本發明通過處理鏡片表面,在矽氧烷水凝膠鏡片的表面上提供了光學透明的、親水的覆蓋層,其過程包括等離子體處理、水合和熱滅菌,並控制其形成具有嵌鑲式樣的前突平板的、含矽酸酯的薄膜,而平板周圍環繞有後縮的空間或縫隙,當觀察其50×50平方微米的AFM圖像時,縫隙的峰—谷距離平均在約100—500埃,而且平板的覆蓋率平均在約40—99%。文檔編號B05D3/02GK1299387SQ9980583公開日2001年6月13日申請日期1999年4月21日優先權日1998年5月5日發明者小保羅·L·瓦林特,喬治·L·格羅比,小丹尼爾·M·阿蒙,麥可·J·穆爾黑德申請人:博士倫公司