СИНТЕТИЧЕСКАЯ РОГОВИЧНАЯ ЛИНЗА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A61F2/14 B29D11/02 G02C7/04 

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии и предназначено для модификации структуры поверхности синтетических роговичных линз и совершенствования способа их изготовления, обеспечивающих биологическую совместимость таких линз в течение более длительного периода времени за счет снижения токсичности выделений в окружающие их биологические ткани, улучшения смачиваемости их поверхностей и сохранения их прозрачности благодаря низкой проницаемости для высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов.

Известна синтетическая роговичная линза [1] включающая основу требуемой формы для получения определенной рефракции, выполненная из прозрачного полимерного материала (силикон, гидроксиэтилметакрилат (ГЕМА) или полиуретан) и ультратонкий оптически прозрачный барьерный слой для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, расположенный на поверхности основы. Барьерный слой образован полимерными цепями из насыщенных углеводородов и углеводородов с частично замещенными атомами галогенов, сильно прошитыми дополнительными поперечными связями. Он имеет толщину от 200 до 2000 и обладает свойством долговременной гидрофильности (смачиваемости поверхности).

Известен способ, предназначенный для изготовления такой роговичной линзы [2] включающий образование основы из упомянутого полимерного материала, придание ей формы линзы для получения определенной рефракции, очистку ее поверхности и проведение плазменной полимеризации из газовой фазы одного из следующих классов соединений для образования прозрачного барьерного слоя: углеводороды, галогенизированные углеводороды, галогенизированные углеводороды и водород, углеводороды и элементарные галогены и смесь названных соединений.

Поверхности линзы используют при этом в качестве подложки. Для этого линзу размещают в середине междуэлектродного промежутка устройства для возбуждения газового разряда, заполненного указанной газовой средой при давлении около 20x10^-3 Торр. При возбуждении в этой среде электрического тлеющего ВЧ разряда в результате процесса плазменной полимеризации на поверхности линзы формируется указанный барьерный слой. В результате формирования слоя уменьшается проникновение липидов из слезной жидкости в объем линзы, что увеличивает срок ношения линзы, в течение которого она остается прозрачной. При этом сохраняется достаточная кислородная проницаемость линзы для обеспечения нормального газообмена роговицы.

Недостатками известной роговичной линзы и способа ее изготовления является то, что в формировании структуры барьерного слоя (полимерных цепей, прошитых дополнительными химическими связями) были использованы химически активные соединения, их фрагменты и другие компоненты (олигомеры), возникающие в газовом разряде в процессе плазменной полимеризации. Они создают в целом химически активную среду, сохраняющуюся частично в объеме линзы и выделяющуюся через ее поверхности в процессе эксплуатации, оказывая на окружающие линзу биологические ткани токсическое воздействие. В результате развиваются процессы отторжения и срок ношения линзы по этой причине оказывается невысоким.

Известна синтетическая роговичная линза [2] включающая основу требуемой формы для получения определенной рефракции, выполненную из прозрачного полимерного материала (2-гидроксиэтилметакрилата и метакриловой кислоты), прозрачный и барьерный слой для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, образованный полимерными цепями, прошитыми дополнительными поперечными химическими связями.

Известен способ изготовления подобной роговичной линзы [2] включающий образование основы из упомянутого полимерного материала, придание ей формы линзы с соответствующей кривизной поверхности для получения определенной рефракции, очистку поверхностей полученной линзы и воздействие на эти поверхности газообразными продуктами, полученными с помощью низкотемпературной плазмы разряда, создаваемого в газовой среде до образования указанного барьерного слоя.

В начале процесса очистки линза моется дистиллированной водой, затем абсолютным этанолом в ультразвуковой мойке. Затем при температуре 70^oC в течение 24 ч производится сушка. Для обработки поверхностей линзы газообразными продуктами ее устанавливают за разрядной областью, вниз по потоку рабочего газа (аммиака или его смеси с аргоном). В качестве продуктов, обрабатывающих поверхности линзы, выступают, например, N, H, NH, NH₂. Эти продукты инициируют химические реакции на поверхности полимера, ведущие к внедрению аминогрупп в поверхность полимера, подвергаемого обработке. В результате, в поверхностном слое и на поверхности синтетической роговичной линзы образуется барьерный слой, отличающийся по химическому составу и структуре от исходного материала линзы.

Затем выполняют ряд операций с целью удаления из материала линзы токсичных компонентов. Сначала линзу откачивают в условиях вакуума в течение 30 мин, затем в течение 4 ч выдерживают в растворе бикарбоната натрия и затем еще в течение около 12 ч в буферном растворе.

Наблюдалось улучшение смачиваемости линзы из упомянутого полимерного материала. Последнее проявлялось в способности клеток роговичного эпителия прикрепляться к поверхности линзы и расти с течением времени.

Недостатком известной роговичной линзы и способа ее изготовления является использование в построении структуры барьерного слоя токсичных и химических активных компонентов, сохраняющихся в объеме линзы и выделяющихся через ее поверхности в процессе эксплуатации, вызывая развитие процессов отторжения. Это приводит к уменьшению периода сохранения биологической совместимости. Попытки уменьшения содержания таких компонентов, например, путем увеличения времени откачки в вакууме, ведет к неоправданному удлинению сроков изготовления линзы в целом. В рассматриваемом способе требуется проведение дополнительных стадий обработки для снижения токсичности линз. Полное время обработки составляет почти двое суток, что связано с выполнением значительного количества операций, но и оно не гарантирует полного удаления токсичных компонентов, ввиду принципиальных физических ограничений.

Технический результат изобретения заключается в том, чтобы при создании указанного барьерного слоя в качестве его "строительного материала" использовались малотоксичные, слабоактивные соединения и компоненты при сохранении, в общем, структуры и свойств указанного слоя, что обеспечит биологическую совместимость синтетических роговичных линз в течение более длительного периода времени за счет снижения токсичности выделяемых компонентов в окружающие их биологические ткани, улучшения смачиваемости их поверхностей при сохранении необходимой газо- и влагопроницаемости и сохранение их прозрачности, благодаря низкой проницаемости для высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов.

Технический результат достигается тем, что в синтетической роговичной линзе, включающей основу требуемой формы для получения определенной рефракции, выполненную из прозрачного полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью, и прозрачный барьерный слой, образованный полимерными цепями, прошитыми дополнительными поперечными связями для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, согласно изобретению, барьерный слой расположен в приповерхностном слое основы линзы, а для его образования использованы, главным образом, ее полимерные цепи и фрагменты этих цепей.

Основа может быть выполнена из силикона, гидрооксиэтилметакрилата (ГЕМА) или гидрогеля.

Технический результат изобретения достигается также и тем, что в способе изготовления синтетической роговичной линзы, включающем изготовление основы из прозрачного полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью, придание основе требуемой формы для получения определенной рефракции, очистку поверхностей полученной линзы и воздействие на эти поверхности низкотемпературной плазмой разряда, создаваемого в газовой среде, до образования прозрачного барьерного слоя из полимерных цепей, прошитых дополнительными поперечными связями для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, согласно изобретению, низкотемпературную плазму создают в среде инертного газа, а для образования барьерного слоя в приповерхностном слое основы, главным образом, из ее полимерных цепей и фрагментов этих полимерных цепей ее располагают непосредственно в области разряда.

Воздействие плазмы на поверхность производят в течение времени, большего характерного времени проникновения продуктов воздействия плазмы в материал основы на заданную глубину, необходимую для создания барьерного слоя заданной толщины, но не превышающего характерного времени развития процесса разрушения плазменной приповерхностного слоя при заданных давлении газа и мощности разряда.

В качестве инертного газа используют аргон. Давление газа устанавливают в диапазоне 0,1 1 Торр. При использовании в качестве материала основы силикона для образования барьерного слоя воздействие плазмы на поверхность производят в течение времени от 1 до 10 мин в среде аргона при давлении порядка 0,5 Торр и мощности разряда 80 120 Вт.

Разряд является высокочастотным разрядом емкостного типа.

Способ может быть осуществлен следующим образом.

Изготавливают основу из силикона или другого прозрачного полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влогопроницаемостью. Придают основе требуемую форму для получения определенной рефракции. Производят очистку поверхностей полученной линзы, а затем располагают линзу непосредственно в области разряда в газовой среде в междуэлектродном промежутке плазмохимического реактора в средней его части. Вакуумируют плазмохимический реактор и заполняют его инертным газом (агроном) до давления 0,1 1,0 Торр и организуют его прокачку через область разряда (междуэлектродный промежуток) с расходом 10 100 см³(н.у.)/мин. Возбуждают в инертном газе в междуэлектродном промежутке высокочастотный разряд емкостного типа. Подвергают поверхности линзы воздействию низкотемпературной плазмой разряда в инертном газе, причем воздействие осуществляют в течение времени, достаточного для образования в приповерхностном слое основы линзы прозрачного барьерного слоя из ее полимерных цепей, прошитых дополнительными поперечными связями с использованием фрагментов и компонентов этих цепей, созданных воздействием плазмы. Время воздействия плазмы устанавливают экспериментально для заданного материала, давления и мощности разряда образовании указанного барьерного слоя, предназначенного для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, судят по его толщине. По завершению обработки поверхностей плазмой линзу извлекают из реактора и вносят в среду атмосферного воздуха, чем завершается изготовление синтетической роговичной линзы, имеющей барьерный слой, расположенный в приповерхностном слое основе.

Пример осуществления изобретения. При реализации изобретения используют основу, выполненную из гидрогеля, силикона, полиэтилметакрилата (ГЕМА), полиуретана или другого полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью. Указанные материалы, как правило, являются вполне удовлетворительными по влагопроницаемости. Этой основе придают требуемую форму для получения определенной рефракции. Она может быть различной, в зависимости от назначения. При использовании в качестве контактных линз, основа имеет форму диска диаметром 8 10 мм с кривизной поверхности, необходимой для получения определенной рефракции и толщиной около 1 мм.

При кератопластике основа имеет форму, плоских полуколец толщиной около 1 мм. Для придания основе указанных и других форм используют один из известных способов обработки подобных материалов.

Перед дальнейшим использованием производят очистку поверхности. Затем основу помещают в плазмохимический реактор непосредственно в область разряда. Для этого линзу подвешивают с помощью 30 мкм молибденовой проволоки так, чтобы она располагалась в междуэлектродном промежутке между плоскими охлаждаемыми водой электродами, установленными вертикально, в средней их части. Внутреннюю полость реактора откачивают до давления менее 0,1 Торр и затем заполняют инертным газом (аргоном) до давления 0,2 1 Торр, организуя расход рабочего газа на уровне 10 100 см³(н.у.)/мин.

Указанный диапазон рабочих давлений связан с тем, что при давлении более 1 Торр происходит излишний нагрев образца, приводящий к нарушению структуры материала основы. Это увеличивает в последующем выделение олигомеров из объема линзы, ограничивая время сохранения ее биологической совместимости с окружающими тканями.

При давлении меньше 0,2 Торр наблюдаются излишне высокие поток и энергия ионов, воздействующих на поверхность синтетической роговичной линзы, что приводит к разрушению структуры образуемого барьерного слоя.

Затем в газовой среде возбуждают высокочастотный разряд емкостного типа частотой 13,56 МГц, организованный между плоскими водоохлаждаемыми электродами площадью около 100 см² при расстоянии 20 мм между ними, в котором поверхности линзы подвергают воздействию низкотемпературной аргоновой плазмы в течение времени, достаточного для образования в приповерхностном слое основы линзы барьерного слоя. При использовании в качестве материала основы силикона для образования барьерного слоя воздействие плазмы на поверхность производят в течение времени от 1 до 10 мин при давлении 0,5 Торр и мощности разряда 80 120 Вт.

При обработке свыше 10 мин начинается развитие процесса разрушения приповерхностного слоя.

При времени воздействия менее 1 мин продукты воздействия плазмы на материал основы не проникают на глубину, необходимую для создания барьерного слоя требуемой толщины .

Барьерный слой образуется из полимерных цепей материала линзы, а также фрагментов и иных компонентов этих цепей, созданных воздействием плазмы на поверхности линзы. Толщина его составляет , в зависимости от времени воздействия параметров разряда (давление, мощность), и может быть определена, например, методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Барьерный слой такой толщины и структуры (полимерные цепи, прошитые дополнительными поперечными связями) уменьшает токсическое влияние линзы на роговицу. Кроме того, он уменьшает проникновение липидов и белков из слезной жидкости в материал синтетической роговичной линзы, но сохраняет проницаемость линзы для низкомолекулярных соединений (кислорода, воды и др.), обеспечивающих процессы жизнедеятельности в роговице. Полученный барьерный слой имеет свойство долговременно гидрофильности (смачиваемости) и практически нетоксичен в связи с тем, что слой сформирован, главным образом, из материала основы, широко используемого для изготовления синтетических роговичных линз.

Для нахождения оптимального времени воздействия плазмы достаточно обработать в фиксированных экспериментальных условиях несколько(5 10) образцов с различной длительностью воздействия и затем провести измерение толщины барьерных слоев в приповерхностном слое этих образцов.

Режим (давление инертного газа, мощность разряда) и время воздействия вибирают такими, которые обеспечивают оптимальную толщину барьерного слоя (порядка нескольких сотен ангстрем).

После окончания обработки линзу достают из реактора и вносят в атмосферу (атмосферный воздух); она готова к дальнейшему использованию. А после окончания обработки синтетических линз из гидрогеля их вносят в атмосферу воздуха, а затем помещают в физиологический раствор для хранения и дальнейшего использования.

Полное время, необходимое для выполнения операций способа, не превышает 15 мин.

Предварительные эксперименты показали, что создаваемый барьерный слой, выполняет функцию по задержке высокомолекулярных соединений. Использование нейтрального газа является принципиальным в способе, т.к. позволяет сформировать барьерный слой, главным образом, из полимерных цепей основы и ее фрагментов. Использование для создания разряда иной среды, кроме нейтральной, в частности, разреженного воздуха или кислорода, может привести в течение требуемых сроков обработки поверхностного слоя линзы не к созданию барьерного слоя линзы, а, напротив, к полному разрушению приповерхностного слоя из-за высокой активности содержащегося в такой среде кислорода и его способности осуществлять плазмохимическое травление полимеров с высокой скоростью. Кроме того, проведение обработки в реальной воздушной атмосфере может также привести к увеличению содержания токсичных компонентов, являющихся возможными примесями воздуха.

Полученный новым способом барьерный слой обладает свойством долговременной гидрофильности.

Это позволяет использовать изобретение не только для увеличения срока ношения контактных синтетических роговичных линз, но и для обеспечения применения синтетических роговичных линз в кератопластике при проведении операций вживления линзы или корректирующих элементов линзы внутрь роговицы. Причем процесс модификации структуры поверхностей линзы осуществляется в течение весьма непродолжительного времени. Это дает возможность сократить сроки изготовления линз, и тем самым, удовлетворить возрастающие потребности в синтетических линзах улучшенного качества.

Изобретение может в перспективе быть использовано при создании искусственной роговицы, что является крайне актуальной задачей.

Использование: для модификации структуры поверхности синтетических роговичных линз и совершенствования способа их изготовления, обеспечивающих биологическую совместимость таких линз в течение более длительного периода времени за счет снижения токсичности выделений в окружающие их биологические ткани, улучшения смачиваемости их поверхностей и сохранения их прозрачности благодаря низкой проницаемости для высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов. Сущность изобретения: синтетическая роговичная линза включает основу требуемой формы для получения определенной рефракции, выполненную из прозрачного полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью, и прозрачный барьерный слой, образованный полимерными цепями, прошитыми дополнительными поперечными связями для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов. Барьерный слой расположен в приповерхностном слое основы, а для его образования использованы, главным образом, ее полимерные цепи и фрагменты этих цепей. При изготовлении линзы на поверхности основы воздействуют с помощью низкотемпературной плазмы разряда, создаваемого в газовой среде, до образования барьерного слоя из полимерных цепей, прошитых дополнительными поперечными связями для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов. Низкотемпературную плазму создают в среде инертного газа, а для образования указанного барьерного слоя в приповерхностном слое основы, главным образом из ее полимерных цепей и фрагментов этих цепей, ее располагают непосредственно в области разряда. 2 с. и 9 з.п. ф-лы.

1. Синтетическая роговичная линза, включающая основу требуемой формы для получения определенной рефракции, выполненную из прозрачного полимерного материала с соответствующими роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью, и прозрачный барьерный слой, образованный полимерными цепями, прошитыми дополнительными поперечными связями для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, отличающаяся тем, что барьерный слой расположен в приповерхностном слое основы, а для его образования использованы, главным образом, ее полимерные цепи и фрагменты этих цепей. 2. Линза по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала основы использован силикон. 3. Линза по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала основы использован гидрогель. 4. Линза по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала основы использован гидроксиэтилметакрилат (ГЕМА). 5. Линза по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала основы использован полиметилметакрилат. 6. Способ изготовления синтетической роговичной линзы, включающий изготовление основы из прозрачного полимерного материала с соответствующей роговичному имплантату газо- и влагопроницаемостью, придание основе требуемой формы для получения определенной рефракции, очистку поверхностей полученной линзы и воздействие на эти поверхности низкотемпературной плазмой разряда, создаваемого в газовой среде, до образования прозрачного барьерного слоя из полимерных цепей, прошитых дополнительными поперечными связями, для задержки проникновения высокомолекулярных соединений и/или их фрагментов, отличающийся тем, что низкотемпературную плазму создают в среде инертного газа, а для образования барьерного слоя в приповерхностном слое основы, главным образом, из ее полимерных цепей и фрагментов этих цепей ее располагают непосредственно в области разряда. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что воздействие плазмы на поверхность производят в течение времени, большего характерного времени проникновения продуктов воздействия плазмы в материал основы на заданную глубину, необходимую для создания барьерного слоя заданной толщины, но не превышающего характерного времени развития процесса разрушения плазмой приповерхностного слоя при заданных давлении газа и мощности разряда. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют аргон. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что давление газа устанавливают в диапазоне 0,2 1 Торр. 10. Способ по пп.7 9, отличающийся тем, что при использовании в качестве материала основы силикона для образования барьерного слоя воздействие плазмы на поверхность производят в течение 1 10 мин при давлении порядка 0,5 Торр и мощности разряда 80 120 Вт. 11. Способ по пп.6 10, отличающийся тем, что разряд является высокочастотным разрядом емкостного типа.