水凝胶角膜接触镜材料研究进展
水凝胶角膜接触镜材料的研究进展
角膜接触镜 （ 俗称 隐形 眼镜 ， 英文 名 ｃｎ ｃ ｎ ） 一种精 ｏｔ ｔｅｓ 是 ａ ｌ 致 的眼科 医疗器械 ， 归属于高分子生物材 料领域 ， 主要用 途是矫 正视力。隐形眼镜 的发 展 主要是 其材料 的发 展 ， 关键 在 于改善
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｏ ａ ｃ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｃ ｎ ａ ｔｌ ｎ ｔ ｒａｓ ｗｅ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ． Ｔｈ ｉｔｒ ｎ ｅ ｅ ｔｄ ｖ ｌｐ ｔａ ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｏ ｏ ｔｃ ｅ ｓ ｍａｅ ｌ ｒ ｎ ｚ ｄ ｆ ｍ ｉ ｌ ｅ ｈ ｓｏ ｙ ａ ｄ ｒ ｃ ｎ ｅ ｅ ｏ —
隐形眼镜与人的眼角膜接触 ， 通过 眼镜 时会发 生折射． 光 这 决定了隐形眼镜必须具备特殊的性能 ： 生物相容性 ； 良好的 ① ②
角膜需要 多种 营养物质 以保 证其 正常 的代谢 功能 ， 氧气 是 其 中的重要部分 。只有在充分供 氧的状态下角膜 才能保持 稳定 的水合状态 。高透氧是保证镜 片材料 配戴安全性 和有效性 的关 键， 否则 就会 引起角 膜 的水 肿 。接触镜 的透 氧能 力常用 氧气 渗 透 系数 Ｄ （ ｋ 透氧 系数是氧气在 角膜接触镜 材料 中的扩散 系数 Ｄ 与溶解系数 ｋ的乘积 ， 通常 简称 为 Ｄ ｋ值 ， 与单位重 量的干燥 它 水凝胶在达到溶胀平衡 的时候所能 吸收的水分 的重 量成正 比。 ）
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水凝胶作为角膜接触镜材料的应用
本科课程论文题目 : 水凝胶作为角膜接触镜材料的应用(Hydrogels as contact lens materials applications)院（系）化学学院专业化学(师范)课程材料化学二○一三年一月水凝胶作为角膜接触镜材料的应用摘要水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而又不被溶解的交联聚合物。
这类材料吸水后柔软而富有弹性,不容易造成组织损伤, 目前被广泛地应用在生物医学领域中。
软性亲水的水凝胶材料配戴舒适,又能被赋予一定的光学性能,能很好地满足人们矫正视力和自然视觉的要求,因此成为制造角膜接触镜的一类主导材料。
本文章介绍了用作角膜接触镜的水凝胶材料;分析了材料的性能要求;综述了角膜接触镜材料的研究进展。
关键词:角膜接触镜;水凝胶;亲水性;透氧性;Hydrogels as contact lens materials applicationsAbstract The hydrogel is a swell in water and maintain large amounts of water without being dissolved in a crosslinked polymer. Such material after absorbing water is soft and elastic, not easy to cause tissue damage, and is now widely applied in the biomedical field. Comfortable to wear soft hydrophilic hydrogel material, and can be given to certain optical properties, can well meet the requirements of people corrected visual acuity and natural visual, and therefore become the dominant material of a class manufacturing contact lenses. This article describes the hydrogel material used as a contact lens; analysis of the performance requirements of the material; contact lens materials.Keywords contact lenses; the hydrogel; hydrophilic; oxygen permeability;引言隐形眼镜又称角膜接触镜,已经被广泛应用于矫正视力、眼睛美容、视力防护、眼科手术辅助治疗、治疗眼外伤、矫正红绿色盲、眼药控制释放等领域。
水凝胶的研究进展
水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团， 能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结 构的聚合物。是以水为分散介质的凝胶。 具有网状交联结构的水溶性高分子中引入 一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与 水分子结合，将水分子连接在网状内部， 而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一 种高分子网络体系，性质柔软，能保持一 定的形状，能吸收大量的水
身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的 重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第 一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相 互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有 放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的 增加比吸收的液体体积小）
（二）环境敏感性
环境敏感水凝胶
---------又称智能水凝胶，根据环境变化的 类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几 种类型：温敏水凝胶，PH敏水凝胶，盐敏 水凝胶，光敏水凝胶，电场感应水凝胶， 形状记忆水凝胶，非离子型水凝胶溶胀性 只取决于聚合物的化学成分，而与外界环 境无关。
水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
2.化学水凝胶，通过化学键交联形成 的三维网络聚合物，是永久性的。
根据合成材料分类：
1.天然高分子水凝胶
2.合成高分子水凝胶
3.天然和合成高分子杂化水凝胶
水凝胶的性质
硅水凝胶隐形眼镜材料的合成与性能研究
硅水凝胶隐形眼镜材料的合成与性能研究王延龙【摘要】以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N-乙烯基毗咯烷酮(NVP)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为单体,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过本体聚合反应合成新型硅水凝胶角膜接触镜.考察了各单体配比、反应温度等对聚合的影响.结果表明,当反应温度为90℃,反应时间为2h,V(HEMA):V(NVP):V(KH-570) =8∶ 1∶1时,合成的隐形眼镜透氧量(DK/t)达到64.0×10-9(cm3O2·cm)/(cm2·s·mmHg),含水量38％,透光率95.5％以上.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2014(043)002【总页数】3页(P316-318)【关键词】甲基丙烯酸羟乙酯;本体聚合;硅水凝胶;透氧量【作者】王延龙【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ325.7目前，市场上为大众所接受的仍是由水凝胶聚合物制备而成的软性隐形眼镜，它的透氧性与其含水量成正比，传统水凝胶的最大透氧率为40 DK。
但是，材料本身的水分会因蒸发而流失，进而吸收泪液以保持原有含水量，以至造成双眼脱水干涩，如果提高含水量则会降低材料的机械性能［1-2］。
硅水凝胶是一种具有亲水性的有机高分子材料，呈“蜂窝状”结构，可通过有机硅相和水凝胶相两种通道输送氧气，从而具有更高的氧气透过性能，可用于制造高档隐形眼镜。
硅水凝胶与传统水凝胶相比，完美的解决了高透氧性和低含水润湿性不能共存的问题。
因为硅是一种具有较好透氧能力的物质，使氧气能通过双重途径通过隐形眼镜而达到眼部。
另外，有机硅的加入，也同时起到了增强材料机械性能的作用［3］。
因此，对于长时间佩戴隐形眼镜者及容易眼干者，硅水凝胶隐形眼镜有着巨大的优势。
当前对于高透氧性硅水凝胶材料的研究已经发展了三代，多数上市的产品为国外品牌，例如视康、博士伦、强生等，且产品价格较高。
水凝胶的研究进展
水凝胶的研究进展俊机哥哥0913010407(广西师范学院化学与生命科学学院09高分班)摘要:本文对水凝胶的制备方法、性质及其应用进行了简单的介绍。
关于水凝胶的制备，我们在文章的介绍了三种方法：单体聚合并交联、聚合物交联、载体的接枝共聚。
关键字: 水凝胶制备性质应用生物医学前言水凝胶这个词最早出现于1960年，当时是由捷克的Wicherle和Lim研制的聚强乙基丙烯酸甲酯。
它本身是硬的高聚物，但它汲取水分后就变成具有弹性的凝胶，故称水凝胶。
水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，在水中能够汲取大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶化。
水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。
由于其具有三维网络结构，故相对分子质量很高，其交联网络结构主要由化学键、氢键或范德华力等组成。
溶胀时溶液可以扩散进入交联键之间的空间内，交联密度越大，三维网络间的空问就越小，水凝胶在溶胀时汲取的水分也就越少。
由于水凝胶外表不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；其它，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反响。
因此，水凝胶被作为优良的生物医学材料得到广泛应用2。
例如，PVP水凝胶可作为眼科手术中黏弹物质及人工玻璃体材料。
PVA水凝胶可用于关节重建、人工软骨、人工喉及人工玻璃体。
PVA 是第一个被广泛使用在移植方面的水凝胶。
水凝胶已被用做鼻子、面部、缺唇修补、替代耳鼓膜等方面。
水凝胶用做人工软骨、腱以及主动脉接枝不久将被商业化。
其它，水凝胶在日用品，工业用品，农业、土建等领域也有广泛应用。
1 水凝胶的制备1. 1 单体聚合并交联合成水凝胶的单体很多,大致分为中性、酸性、碱性3 种,表1 列出了局部单体及交联剂。
表1水凝胶制备中常用的单体和交联剂水凝胶可以由一种或多种单体采纳电离辐射、紫外照耀或化学引发聚合并交联而得。
一般来说,在形成水凝胶过程中需要参加少量的交联剂。
水凝胶研究进展综述
水凝胶研究进展综述
以下是关于水凝胶研究的一些综述性的进展：
水凝胶是一类高度吸水性的材料，其网络结构能够保持大量的水分，并且可以在不失去结构稳定性的情况下释放水分。
这使得水凝胶在许多领域，包括生物医学、药物传递、生物传感、柔性电子学、农业等方面都有着广泛的应用。
以下是一些水凝胶研究领域的进展：
1.合成方法：
•不断有新的合成方法被提出，以实现对水凝胶结构和性质的精确控制。
这包括自组装方法、模板法、交联聚合法等。
2.生物医学应用：
•水凝胶在生物医学领域的应用备受关注。
例如，水凝胶可以用于药物传递、组织工程、创伤敷料、生物传感器等方
面。
其生物相容性和可调节的物理化学性质使得其在医学
领域有着广泛的潜力。
3.柔性电子学：
•水凝胶因其柔软、透明、高吸水性等特性，在柔性电子学领域也得到了广泛关注。
例如，可在水凝胶基底上制备柔
性传感器、可穿戴电子设备等。
4.环境应用：
•在环境保护和农业领域，水凝胶也发挥着作用。
其可以用于水资源的调控、土壤保湿、植物生长的改良等。
5.智能响应性：
•研究者们通过引入响应性物质，使得水凝胶可以对外界刺激（如温度、pH、光照等）做出智能响应。
这为一些可控
释放和刺激响应性的应用提供了新的可能性。
这些领域的研究取得了显著的进展，不断有新的水凝胶材料、结构设计和应用方法涌现。
在不同学科领域的交叉合作下，水凝胶将有望在更多领域发挥其优越性能。
需要注意的是，研究进展可能会随着时间的推移而有所更新，因此建议查阅最新的文献和综述以获取最新信息。
共聚物水凝胶接触镜材料的研究_黎新明
第20卷第2期高分子材料科学与工程V o l.20,No.2 2004年3月POLYM ER M ATERIALS SCIENCE AN D EN GIN EERING M ar.2004共聚物水凝胶接触镜材料的研究黎新明1,崔英德1,蔡立彬2(1.仲恺农业技术学院,广东广州510225; 2.西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072)摘要:以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,N-乙烯基吡咯烷酮(N V P)、甲基丙烯酸U-羟乙酯(HEM A)以及甲基丙烯酸酯共聚,制备水凝胶接触镜材料,并研究了该水凝胶的溶胀性能。
实验发现,不添加交联剂的情况下,共聚产物即可形成具有交联结构的水凝胶;随NV P含量的增大,水凝胶的平衡溶胀度也增大;少量甲基丙烯酸酯的加入,可较小幅度地降低共聚物水凝胶的平衡溶胀度;T G分析表明,N V P与HEM A二元共聚物水凝胶中的自由水容易脱水,而添加甲基丙烯酸酯可增强水凝胶的抗脱水性能,以甲基丙烯酸乙酯较为明显。
关键词:N-乙烯基吡咯烷酮;甲基丙烯酸U-羟乙酯;水凝胶;角膜接触镜中图分类号:T Q325.7 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2004)02-0191-04 角膜接触镜俗称“隐形眼镜”,近年来在我国发展迅速。
角膜接触镜的制造材料,包括硬性不透气材料、硬性透气性材料、软性非亲水性材料以及水凝胶材料[1]。
其中,采用水凝胶材料制造的角膜接触镜具有配戴舒适、透氧性好、可辅助治疗眼疾等优点,成为主要的角膜接触镜制造材料。
研究发现,水凝胶角膜接触镜材料的透氧能力与其含水量成正比[2],并且与水凝胶中水的存在状态有关[3]。
故在保证材料强度的条件下提高其含水量,有助于提高材料的透氧能力。
NV P是一种重要的乙烯基化合物,具有良好的水溶性、生理相容性等性能[4]。
本研究拟将HEM A与水溶性单体NV P及非亲水性甲基丙烯酸酯共聚,制备适合作为角膜接触镜材料的水凝胶,并研究这种水凝胶材料的溶胀性能。
水凝胶角膜接触镜材料及其应用
2、运动光学
2、运动光学
水凝胶角膜接触镜材料在运动光学领域也有着广泛的应用。这种材料能够为 运动员提供更好的视觉效果和更舒适的佩戴体验。在佩戴水凝胶角膜接触镜时， 运动员可以更好地适应不同的光线条件，减少眼部疲劳和眼症状的发生，提高 比赛表现。
1、佩戴步骤
1、佩戴步骤
在佩戴水凝胶角膜接触镜之前，需要彻底清洁双手，并将镜片从镜盒中取出。 然后，将镜片放在食指尖上，滴入适量润眼液，用另一只手指将镜片轻轻推入眼 内。在佩戴好镜片后，可以轻眨几下眼睛，确保镜片位置正确且舒适。
研究结果
研究结果
通过对比实验发现，采用辐射交联法制备的水凝胶具有更佳的物理性能和化 学稳定性，其药物释放速率和生物相容性也得到显著改善。此外，我们发现添加 离子交换膜能够提高水凝胶的药物离子化程度，从而更好地透过角膜屏障，提高 药物的利用效率。
结论
结论
本研究通过对基于角膜接触镜的眼药缓释水凝胶材料的制备方法和性能评估 进行详细研究，发现辐射交联法制备的水凝胶具有更佳的性能。同时，我们发现 添加离子交换膜能够提高水凝胶的药物利用效率。然而，本研究仍存在一定的不 足之处，例如未对不同药物在不同制备条件下的释放效果进行深入研究，未来我 们将继续针对该领域进行深入研究，为眼药缓释水凝胶材料的制备和应用提供更 多理论依据。
研究现状
研究现状
目前，基于角膜接触镜的眼药缓释水凝胶材料主要包括聚合物水凝胶、纳米 水凝胶和离子交换膜等。其中，聚合物水凝胶是最常用的材料之一，其具有良好 的生物相容性和化学稳定性，能够缓慢释放药物并保护角膜。制备聚合物水凝胶 的方法包括物理交联法、化学交联法和辐射交联法等。而纳米水凝胶作为一种新 型材料，具有更高的药物负载能力和更佳的生物相容性。
水凝胶作为眼部药物控释系统载体的研究进展
D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．２０９６－６１１３．２０２１．０１．０２６引用格式:王㊀争,梁㊀亮,陈玢琳．水凝胶作为眼部药物控释系统载体的研究进展[J ]．巴楚医学,２０２１,４(１):１１５Ｇ１１９．基金项目:国家自然科学基金项目(N o :８１７７０９２０)作者简介:王㊀争,女,硕士在读,主要从事眼科疾病研究.E Ｇm a i l :１０３３５６３９７０＠q q．c o m 通讯作者:梁㊀亮,男,博士,教授㊁主任医师,主要从事眼科疾病研究.E Ｇm a i l :l i a n g l i a n g４１９５１９＠１６３．c o m 水凝胶作为眼部药物控释系统载体的研究进展王㊀争㊀梁㊀亮㊀陈玢琳(三峡大学第一临床医学院[宜昌市中心人民医院]眼科&三峡大学眼科研究所,湖北宜昌㊀４４３００３)摘要:水凝胶具有良好的生物相容性㊁可降解性㊁生物粘附性㊁智能性和缓释功能,载药的水凝胶可以延长药物在眼部的停留时间,提高生物利用度,减少给药次数,是一种理想的眼部药物控释系统的载体.本文论述了目前应用于眼部的水凝胶控释系统的不同类型及其国内外研究进展,以期为水凝胶在眼部的深入研究与开发应用提供思路.关键词:眼部;㊀水凝胶;㊀控释系统;㊀药物递送中图分类号:R ４５３㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:２０９６Ｇ６１１３(２０２１)０１Ｇ０１１５Ｇ０５㊀㊀药物在眼病的预防㊁诊断和治疗中起着重要作用.由于眼睛在解剖上的复杂性和生理上的特殊性,在全身给药后,仅有１％~２％可到达靶部位,因此眼科常采用局部给药[１].滴眼剂给药时,经眼外排出㊁眼内清除㊁组织结合或灭活作用后,药物在眼部的生物利用度不足５％[２].对于年龄相关性黄斑变性㊁视网膜血管疾病和青光眼视神经病变等眼底疾病,需要通过玻璃体注射将药物输送至眼后段,而玻璃体内的药物半衰期较短,往往需要反复注射,给患者带来不便的同时,还提高了眼内炎㊁视网膜脱离㊁眼内出血和高眼压等并发症的发生概率.因此,提高药物生物利用度和降低药物副作用是眼部药物递送的研究重点,其中构建药物控释系统是解决这一问题的有效途径.眼部药物控释系统是将药物与活性载体制成控释剂,通过活性载体与药物的有机结合与分离,维持局部药物浓度[３].眼部药物控释系统的发展促进了活性载体用于眼部给药的研究进展.近年来,许多生物材料如纳米胶束㊁纳米粒子㊁脂质体㊁植入物㊁隐形眼镜㊁纳米悬浮液㊁微针和水凝胶等新型药物传递系统逐步被报道有助于眼部的药物利用[４].其中,水凝胶因其优越的生物相容性㊁可降解性㊁智能调控性等成为眼部药物递送中的研究热点.本文将论述应用于眼部不同种类的水凝胶控释系统的国内外研究进展,并对其分析,以期为水凝胶在眼部药物递送上的进一步开发和应用提供新思路.１㊀眼部的药物递送由于泪液引流㊁角膜清除的生理屏障及代谢酶降解作用,药物在眼部的利用度较低.为了解决这一问题,研究人员设计合成了许多药物递送载体,主要有脂质体㊁纳米粒㊁微球㊁眼部植入剂等.脂质体和纳米粒具有增加角膜通透性㊁缓释和降低毒性反应等优点,但存在热力学性质不稳定㊁不能长期保存㊁包封率低㊁难灭菌和无法规模生产的不足,尚未得到广泛应用[５].微球稳定性较好,释药速率稳定,但过大的粒径可能会干扰光路,降低患者耐受性,且无菌微球的大规模生产成本较高[６].此外,眼部植入剂也会出现个别患者有眼部异物感㊁固体植入剂可能在眼部移动和操作相对复杂的问题[７].随着手术技术㊁治疗方法及材料科学的进步和发展,水凝胶给药系统被开发出来,旨在克服眼部药物递送的种种障碍,提高疗效㊁降低毒副作用.２㊀眼部水凝胶概述水凝胶的本质是一种能在水中溶胀而不溶解的亲水性三维网络结构高分子聚合物,在软性角膜接触镜㊁细胞和酶的固定㊁药物递送㊁组织工程等生物医学领域有着广泛应用[８Ｇ１１].水凝胶在药物递送中,可根５１１ 巴楚医学㊀２０２１年第４卷第１期㊀B A C H U M E D I C A L J O U R N A L ,２０２１,V o l ４,N o １据外界环境改变凝胶结构起到控制药物释放的作用,具有靶向性㊁高生物利用度和高安全性等优点.因此,集吸水㊁保湿㊁缓释㊁柔软㊁良好的生物相容性以及智能可调控性于一身的水凝胶在眼部的应用受到越来越多的关注.而根据眼部疾病治疗方法和药物理化性质的不同,所合成的水凝胶的材料和性能也各不相同.３㊀眼部水凝胶种类３．１㊀温度敏感型水凝胶温度敏感型水凝胶存在着一个最低临界相变温度(l o w e r c r i t i c a l s o l u t i o n t e m p e r a t u r e,L C S T),当温度低于L C S T时,水凝胶为澄清透明的水溶液;当温度高于L C S T时,水凝胶呈现凝胶状态[１２].在用于眼表给药时,滴眼液给药精准方便,给药后可以在生理条件下立即凝胶化而不会模糊视力,形成的凝胶具有较高的粘附性,可延长眼表滞留时间.K o n g等[１３]将荧光素钠加入到左氧氟沙星的温度敏感型水凝胶体系中,结果发现,根据水凝胶的配方不同可将角膜滞留时间从３０m i n延长至９h.梁楠[１４]将泊洛沙姆联合复合羧甲基化壳聚糖制备了温度敏感水凝胶,装载双氯芬酸钠后滴入兔眼,与溶液型滴眼剂相比,凝胶滴眼剂的眼表滞留时间增加了３倍以上,房水中药物浓度在各个时间点均明显升高.M o h a mm e d等[１５]利用壳聚糖的抗菌性,制成了一种抗菌型温度敏感型水凝胶,并加入抗生素后联合抗菌,与普通抗生素滴眼剂相比,在兔眼细菌性角膜炎模型中具有更好的治疗效果.以上研究证明,温度敏感型水凝胶装载药物,一方面可延长药物作用时间,另一方面有助于提高药物作用.同样的,温度敏感型水凝胶也被应用于玻璃体注药治疗眼内疾病.A w w a d等[１６]将透明质酸与温敏高分子交联制成了一种可在眼内降解的温度敏感型水凝胶,装载治疗老年性黄斑病变的蛋白性药物英夫利昔单抗和贝伐单抗,在保留蛋白质三级结构的情况下,体外实现了长达５０d的抗体缓释.该研究证明,将药物包裹在具有纳米复合体系的温度敏感型水凝胶中,可以避免药物在眼内被酶降解,同时凝胶基质增加了额外扩散阻力,可实现药物在玻璃体内的长期零级动力学释放.维甲酸㊁曲安奈德㊁抗V E G F药物均已被装载于温度敏感型纳米复合材料水凝胶中,并且取得了较好的控释效果[１７Ｇ１９].温敏聚合物泊洛沙姆对角膜的刺激性较小,在温度敏感型水凝胶中应用最广泛.但泊洛沙姆生物黏附性一般㊁胶凝浓度大㊁强度低㊁溶蚀性快.为了适应眼部的药物递送,有研究者加入了如聚卡波非,增强其生物黏附力和流变学性能[２０].另有研究者开发了泊洛沙姆Ｇ聚丙烯接枝共聚物,使其能在较低的聚合物浓度下(１％~５％)形成凝胶,解决了高浓度泊洛沙姆的高渗透压引起的眼部不适[２１].但仍存在着胶凝过程中相转变速度较慢引起药物流失的问题.因此,改善凝胶的胶凝性质及相转变速度,是温度敏感型水凝胶新的研究方向之一.３．２㊀p H敏感型水凝胶p H敏感型原位胶凝体系由含酸性或碱性基团的p H敏感聚合物组成,聚合物会随着周围环境中p H的改变而发生转化.与温度敏感性水凝胶相似,应用于眼部的p H敏感型水凝胶被设计成具有在非生理条件下为流动的液态,与泪液接触(p H值为７．２~７．４)后转化成凝胶态的理化性质.赵玉娜等[２２]以卡波姆为凝胶基质㊁羟丙甲基纤维素为增稠剂制备了在非生理条件下(p H４．０)为流动的液态,生理条件下(p H７．４)胶凝成为半固态的p H敏感型氯霉素水凝胶滴眼剂,８h体外释药达到８０％,１２h 释放完全.该研究证明,p H敏感型水凝胶具有药物缓释功能,并可完全将药物释放至眼内.魟鱼软骨多糖(r a y c a r t i l a g e g l y c o s a m i n o g l y c a n s,R C G)是从魟鱼软骨中分离纯化得到的单一多糖,研究证明R C G 滴眼液能够抑制角膜组织血管内皮生长因子(v a s c u l a r e n d o t h e l i a l g r o w t h f a c t o r,V E G F)的表达,对大鼠角膜新生血管的形成具有显著的抑制作用[２３].郭斌等[２４]将R C G装载于p H敏感型水凝胶中,滴入兔眼后对不同组织的药代动力学进行分析,发现R C G在角膜中的分布远高于虹膜㊁房水和玻璃体,可充分发挥其在角膜的治疗作用.并发现当R C G的载药量超过５０m g/m L时,能明显的抑制兔眼角膜新生血管生成.该研究证明p H敏感性水凝胶具有较好的生物相容性,可高效地将药物递送至角膜.常用的p H敏感型眼用凝胶的基质主要是聚丙烯酸类,其中以卡波普系列应用最多.卡波普分子中含有大量羧基,在泪液中羧基团解离,静电斥力可使分子链膨胀,聚合物黏度急剧增大[２５].然而胶凝浓度过大具有一定的毒性,不易被中和.因此在制备眼部水凝胶控释系统中,常与羟丙基甲基纤维素合用,可一定程度降低卡波普浓度,减少眼部刺激性.因此,加大对凝胶基质的开发力度,确保凝胶的安全无毒是目前p H敏感型眼用凝胶需要克服的问题.３．３㊀离子敏感型水凝胶离子敏感型水凝胶可与生理条件下的离子交联,６１１ 巴楚医学㊀２０２１年第４卷第１期㊀B A C H U M E D I C A L J O U R N A L,２０２１,V o l ４,N o １发生溶胶与凝胶转变.由于泪液中含有N a＋㊁K＋㊁M g２＋及C a２＋等离子,因此通过离子活化水凝胶同样适用于眼部给药.研究发现,使用环糊精来增加抗真菌药物益康唑的溶解度,制成的离子敏感型水凝胶在体外能持续释放药物６h[２６].他们发现凝胶制剂可使益康唑的角膜清除率明显降低,且不影响药物在鼠眼的角膜渗透率.双糖体是由非离子表面活性剂和胆盐组成的双层囊泡,囊泡中的两亲性胆盐可通过黏膜细胞膜的脂质层,增强药物的黏膜渗透性,已应用于皮肤和肠道药物递送[２７,２８].J a n g a等[２９]首次将双糖体应用于眼部,加入０．３％w/v的结冷胶装载那他霉素(n a t a m y c i n,N T)制成离子敏感型水凝胶,在滴入兔眼６h后,除玻璃体外,角膜㊁房水㊁虹膜睫状体㊁巩膜㊁视网膜㊁脉络膜组织的药物平均剂量归一化水平均高于那他霉素溶液组.其机制与凝胶状态与角膜黏附性更强有关,且双糖体赋予了水凝胶缓释系统更强的角膜渗透性,从而确保了更长的停留时间和更高的眼内药物浓度.结冷胶是眼用离子敏感凝胶最常用的基质之一,阴离子型去乙酰结冷胶的羰基可与泪液中阳离子络合,形成稳定双螺旋的链间氢键.每２条双螺旋又逆向聚集构成三维凝胶网络结构[３０].马来酸噻吗洛尔长效眼用制剂T i m o p t i cX E 中含有去乙酰结冷胶,已被应用于开角型㊁闭角型青光眼,以及继发性青光眼和其他高眼压症的临床治疗.但由于其价格昂贵,目前国内临床应用不多.因此,简化合成过程,节省材料费用,是离子敏感型水凝胶在应用与推广中需优化的地方.３．４㊀光敏水凝胶光敏水凝胶中含有光致变色基团,因此可通过调节光源信号,使基团发生光反应(异构化㊁裂解或二聚化等),将光信号转换为化学信号,使水凝胶发生相变.与p H㊁温度等刺激相比,光刺激的时间和空间具有高度的可控性,可远程且无创地控制治疗药物在局部的释放量[３１].因此有研究者设想,通过人为调控透射入眼后节的光线控制药物释放,为眼内疾病的治疗提供一种新途径.S t u a r t等[３２]将蛋白质微粒包裹在可光固化的水凝胶中,该系统在体外可释放贝伐单抗达９０d.L i u等[３３]将一种可作为抑制胶原合成靶点的多肽疏水性喜树碱,包封在光交联水凝胶中制成微针,在体外能持续释放达２０h,并且能有效抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞I型胶原的表达,表明该缓释系统在治疗青光眼滤过术后瘢痕上具有潜在价值.作为在玻璃体内实现交联的光敏水凝胶,交联时间过长可导致药物或药物前体在玻璃体内提前释放.T y a g i等[３４]研发了一种光激活的水凝胶系统,脉络膜注射装有游离贝伐单抗的光激活水凝胶前体后,通过调控光照时间来控制药物释放.该研究发现,光激活的水凝胶系统可持续释放抗体４个月.然而在光交联初期存在突释现象,不同光照时间初始突释量不等.光交联时间为１０m i n时,突释量最低为２１％[３４].另外,光敏水凝胶中的光敏剂吸收光能后能产生自由基㊁阳离子等,从而引发单体聚合交联固化形成凝胶.这些自由基可能会对附近的组织造成一定的毒性.同时,紫外线照射可能会影响蛋白质类药物的稳定性.因此,光敏水凝胶作为一种新型眼部水凝胶,虽具有定点㊁定时㊁定量释放的特点,但仍存在许多问题有待进一步解决.３．５㊀超分子水凝胶超分子水凝胶是一种由小分子化合物通过自组装,形成的有序结构水凝胶[３５].与聚合物水凝胶中的交联不同,超分子水凝胶之间的纳米纤维通过非共价键交联,具有刺激响应性㊁结合可逆性㊁交联可调节性㊁生物相容性和仿生学特性等优点[３６].Z h a n g 等[３７]针对地塞米松(d e x a m e t h a s o n e,D e x)水溶性较差的问题,加入琥珀酸后改性制成前药,得到水溶性良好的琥珀酸地塞米松偶联物(s u c c i n a t e dd e x a mＧe t h a s o n e,D e xＧS A),制成D e xＧS A的超分子水凝胶滴眼液.在体外释放中发现,前药D e xＧS A在５d内几乎全部从水凝胶中释放出来,并能快速在磷酸盐缓冲液中转化为母药D e x,同时药物的释放速率也可以通过水凝胶的p H进行调节.在兔眼房水的生物利用度检测上,D e x凝胶剂是D e x水溶液的５．６倍.同样地,曲安奈德与琥珀酸耦连后装载在超分子水凝胶中,形成可注射的琥珀酸曲安奈德凝胶制剂[３８].在体外,几乎１００％的曲安奈德可缓释达３d.在鼠眼中,琥珀酸曲安奈德凝胶剂在６h内穿透巩膜的药物量是市售曲安奈德混悬液的２５倍,且整个实验过程中,注射凝胶后的视网膜没有出现明显形态学异常改变,而琥珀酸曲安奈德混悬液在注射１d后视网膜形态即有明显改变.证明琥珀酸曲安奈德水凝胶在眼后段具有较好的安全性和生物相容性,在治疗眼后段炎症如葡萄膜炎上具有明显优势.值得注意的是,这两种超分子水凝胶具有触变性,即在生理眨眼或通过注射器针头引起的剪切作用下可以发生凝胶Ｇ溶胶状态转变,十分适合眼部药物递送.近几年来,氨基酸超分子水凝胶成为了最流行的超分子水凝胶构建体系之一.与其他小型有机分子相比,使用统一的生命单位更适合于生物医学.２２个天然氨基酸与非天然氨基酸为产生自组装肽提供７１１巴楚医学㊀２０２１年第４卷第１期㊀B A C H U M E D I C A L J O U R N A L,２０２１,V o l ４,N o １了巨大的分子空间,固相肽合成的开发和肽合成仪的商业化大大减少了肽合成的负担.在肽链的构建中,改变手性结构㊁多肽骨架折叠方式㊁修饰终端和侧链为生物医学和临床实践的发展提供了更多可能[３９].４㊀总结与展望安全㊁稳定㊁高效的药物递送一直是眼部用药的研究方向,水凝胶作为眼部药物控释系统的载体,具有延长药物眼部滞留时间㊁提高生物利用度㊁减少给药频率等方面优势.尽管关于眼部水凝胶的研究取得了一定的成果,但也观察到许多问题,如温度敏感型凝胶所使用的聚合物泊洛沙姆的长期应用,需要考虑对角膜和其他眼组织的安全性.此外,p H敏感型的卡波姆胶凝浓度高,且不随剪切力改变,即在眨眼和不眨眼时保持同样粘度,因此浓度过高时眨眼会感到疼痛.虽然离子敏感型的结冷胶在０．１％的浓度下即可发生胶凝,但它在眼内所形成的硬凝胶难以再被泪液溶蚀,可能带来异物感等.因此,应加大对凝胶剂基质材料研发力度,包括更多新辅料的合成以及其安全性评价.同时,引进纳米技术㊁分子印迹等优化水凝胶的性能,实现对释放速率的调控,以满足不同的药物特性和疾病治疗要求.随着凝胶基质的不断完善和技术瓶颈的克服,水凝胶将成为一种极具潜力的药物递送载体.参考文献:[１]㊀U r t t iA．C h a l l e n g e s a n d o b s t a c l e s o f o c u l a r p h a r m a c o k iＧn e t i c s a n d d r u g d e l i v e r y[J]．A d vD r u g D e l i vR e v,２００６,５８(１１):１１３１Ｇ１１３５．[２]㊀J o s e p hR R,V e n k a t r a m a nSS．D r u g d e l i v e r y t ot h ee y e:w h a t b e n ef i t s d on a n o c a r r i e r s o f f e r[J]．N a n o m e d iＧc i n e,２０１７,１２(６):６８３Ｇ７０２．[３]㊀陈㊀侠,谢㊀琳．药物缓释系统在青光眼治疗中的应用[J]．国际眼科杂志,２０１２,１２(２):２６０Ｇ２６３．[４]㊀C h a n g D,P a r kK,F a m i l iA．H y d r o g e l s f o r s u s t a i n e dd e l i v e r y o f b i o l o g i c s t o t h e b a c k o f t h e e y e[J]．D r u g D i sＧc o vT od a y,２０１９,２４(８):１４７０Ｇ１４８２．[５]㊀L a iS,W e iY,W u Q,e ta l．L i p o s o m e sf o re f f e c t i v ed r u g de l i v e r y t ot h e o c u l a r p 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a l s[J]．C h e m R e v,２０１５,１１５(２４):１３１６５Ｇ１３３０７．[３７]Z h a n g Z,Y uJ,Z h o uY,e t a l．S u p r a m o l e c u l a rn a n o f iＧb e r s o fd e x a m e t h a s o n ed e r i v a t i v e s t of o r m h y d r o g e l f o rt o p i c a l o c u l a r d r u g d e l i v e r y[J]．C o l l o i d s S u r f BB i o i n t e rＧf a c e s,２０１８,１６４:４３６Ｇ４４３．[３８]L iX,W a n g Y,Y a n g C,e t a l．S u p r a m o l e c u l a rn a n o f iＧb e r s o f t r i a mc i n o l o n ea c e t o n id ef o ru ve i t i st h e r a p y[J]．N a n o s c a l e,２０１４,６(２３):１４４８８Ｇ１４４９４．[３９]李㊀旋,蒋㊀瑶,谢千秋,等．超分子水凝胶材料研究进展[J]．应用化工,２０１９,４８(５):１１４０Ｇ１１４５．[收稿日期㊀２０２０Ｇ０６Ｇ０５]９１１巴楚医学㊀２０２１年第４卷第１期㊀B A C H U M E D I C A L J O U R N A L,２０２１,V o l ４,N o １。
壳聚糖基水凝胶在眼科领域的应用进展
壳聚糖基水凝胶在眼科领域的应用进展作者：乔雪松韩宝芹来源：《科教导刊·电子版》2017年第09期摘要壳聚糖作为一种具有优良生物学性质的天然粘多糖，在生物医药领域有广泛地应用，是一种非常具有潜力的生物医用材料。
本文就壳聚糖及其衍生物基水凝胶在生物医药领域及其在眼科领域的应用进展做一简要介绍。
关键词壳聚糖水凝胶眼科中图分类号：R318 文献标识码：A1壳聚糖及其衍生物甲壳素（Chitin）又称几丁质，是一种自然界中分布非常广泛的氨基多糖，是由乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单体通过€%[-1 ， 4糖苷键聚合而成，甲壳素大量存在于节肢动物虾、蟹、昆虫等的外骨骼中，还存在于某些菌类、藻类的细胞壁中，其在自然界具有巨大的存量。
壳聚糖（Chitosan）是甲壳素在碱性条件下加热或者通过酶解作用实现脱乙酰化得到的豍，也是唯一天然存在的碱性粘多糖。
壳聚糖在体内具有优良的生物相容性，被广泛应用于医药、食品、生物材料等领域。
壳聚糖不溶于水，可通过化学合成对壳聚糖进行改性来改善其溶解性，拓宽壳聚糖的应用范围。
羧甲基壳聚糖（CMCTS）和羟乙基壳聚糖（HECTS）是两种研究最为广泛的壳聚糖衍生物。
2壳聚糖基水凝胶壳聚糖基水凝胶是以壳聚糖或其改性衍生物为基质材料，通过交联作用改变壳聚糖分子内结构，形成的三维网状凝胶物质。
根据壳聚糖衍生物具有的不同性质可以通过pH、温度、光的改变来进行交联反应，不同的交联手段是与其分子中所含有的敏感性基团相对应的，因此可把壳聚糖基水凝胶大体分为：pH敏感性壳聚糖水凝胶、温敏性壳聚糖水凝胶和光敏性壳聚糖水凝胶。
2.1壳聚糖基水凝胶在眼科领域的应用2.1.1眼内药物载体载药微球是目前药物缓释研究的一个热点，微球载药具有较高的包封率，可增强药物的缓释时间。
Katiyar豎等利用原位成胶的壳聚糖纳米微粒搭载多佐胺的方法，来提高多佐胺对青光眼治疗的生物药效性和疗效。
微球大小为164nm，载药的包封率和载药量最高可达到98.1%和19.7%。
可注射水凝胶治疗眼科疾病的研究进展
4、玻璃体疾病治疗
玻璃体是眼球内的一个重要结构，许多眼底疾病都涉及到玻璃体的变化。可注 射水凝胶可以作为药物载体，将药物准确地传递到玻璃体，提高治疗效果。例 如，含有抗新生血管生成药物的水凝胶可以抑制眼底新生血管的形成和发展， 对糖尿病视网膜病变等疾病具有积极的治疗作用。
5、细胞移植领域
细胞移植是一种新兴的眼科治疗方法，可以促进角膜愈合、恢复视力。可注射 水凝胶可以作为细胞的载体，保护细胞在体内存活和增殖。例如，含有角膜上 皮细胞的水凝胶可以促进角膜伤口的愈合和视力的恢复；含有视网膜色素上皮 细胞的水凝胶可以改善视网膜色素上皮的代谢功能，提高视力和减少并发症的 发生。
3、白内障治疗
白内障是眼科疾病中的一种常见致盲因素。可注射水凝胶作为药物载体，可以 有效地将药物传递到晶状体，提高药物的利用度和疗效。例如，含有抗白内障 药物的水凝胶可以持续释放药物成分，抑制晶状体蛋白质的变性，延缓白内障 的发展。同时，水凝胶还可以作为人工晶状体的粘弹剂和植入物，提高手术效 果。
应用研究
1、眼科手术应用
可注射水凝胶在眼科手术中主要作为粘弹剂和填充剂，可以保护角膜内皮细胞， 减少手术创伤和术后并发症。例如，在白内障手术中，可注射水凝胶可以作为 人工晶状体的植入物，起到支撑和保护作用，同时减少术后炎症和并发症的发 生率。在视网膜脱离手术中，可注射水凝胶可以作为填充剂，有效封闭视网膜 裂孔，提高手术效果。
2、眼表疾病治疗
眼表疾病是眼科疾病的常见类型，如干眼症、角膜溃疡等。可注射水凝胶可以 通过药物控制释放治疗眼表疾病。例如，含有抗生素的水凝胶可以作为眼表的 长期药物载体，缓慢释放药物成分，提高局部药物浓度，有效杀灭病菌，促进 角膜愈合。含有生长因子的水凝胶可以促进角膜上皮细胞的再生，改善干眼症 状。
高含水率非离子型水凝胶角膜接触镜材料的合成及性能研究
仲恺农业技术学院学报 ，０３ ：５ ０２０ ２ （）２ ～３ ，Ｏ７
Ｊｕ ／ｆＺ ｏｇａ ｎ ｅ ￣ ｏｍａ ｏ ｈｎｋ／Ｕ／ ｒ ｙｏ ｇ ｖｓ ｆ ａｄＴｃａ／ ｎ ｅ ｏ ￣＂ ｈ ｏ
文章编号 ：０６ ｒ ４ ２０ ）３ Ｏ５ ６ １０ 一ｃ７ （０ｒ ０ 一Ｏ２ ～０ ７ ７
直接 附着在 角膜 的泪液层 表面 ，并 能与 人 眼生 理 相 容 ，最 终 达 到矫 正视 力 、美 容 或 治疗 的 目的 ．角膜 接
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触镜 的制造材料 ，包 括硬性 不透 气 性材 料 、硬 性 透 气性 材 料 、软性 非 亲 水性 材 料 （ 又称 为 弹性 材料 ） 以
及 软性亲水 性材 料 （ 即水凝胶 材 料 ） 由于 采 用 水 凝 胶 材 料 制成 的 角膜 接 触 镜 配戴 适 应 期 短 ，舒 适 感 ｕ． Ｊ 强 ，验配 技术也 较透 气性硬 镜简 单 ，因此 深受 广 大患 者 欢 迎 ．随着 近 年来 相 关 技 术 的迅 速 发展 ，各种 彩 色隐形 眼镜 更是受 到 年轻一 族 的青 睐 Ｊ ．由 于角 膜 是 眼球 表 面 的一 层 透 明薄 膜 ，是 人 体 中唯 一 没有 血 管
分 布的组织 ，角膜 代谢 所需 的氧 ，８ ％要 从体 外空 气 中吸收 ，配戴软 性角 膜接触 镜后 ，角膜 主要通 过镜 片 ０
边缘 泪液 的排吸交 换 和直接透 过镜 片 获取 氧 气 Ｊ ，而水 凝 胶 材料 的透 氧性 能 与其 含 水 率成 正 比关 系 ，故
中图分类号 ： ３７３ Ｑ １．
文献标识码 ：Ａ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｙ ｈ ｓｓａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆｔ ｅ ｎ ｎ—ｏ ｉ ｙ ｒ ｇ ｌ ｔ ｄ ｎ ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｎ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｈ ｏ ｉ ｎｃ ｈ ｄ ｏ ｅ ｆ ｒｃ ｎｔｃ ｅ ｓｗｉｈ ｈ ｇ ｔｒｃ ｎｔｎ ｓ ｏ ｏ ａ ｔｌｎ ｔ ｉ ｈ ｗａ ｅ ｏ ｅ ｔ
水凝胶软隐形眼镜材料研究进展
水凝胶软隐形眼镜材料研究进展摘要：介绍了用作软隐形眼镜（SCL）的水凝胶材料；介绍了材料的性能要求；综述了用于SCL水凝胶材料新研究进展，包括互穿网络水凝胶、药物控制释放水凝胶及改性硅水凝胶。
关键词：水凝胶；软隐形眼镜Research Progress on Hydrogel Soft Contact LensMaterialsAbstract:The application of hydrogel in Soft Contact Lens ( SCL ) was introduced. The properties of materials for SCL were also introduced.And the research development of SCL was reviewed, including interpenetrating polymer network hydrogel,drug controlled-release hydrogel and modified silicone hydrogel. Keywords: hydrogel; soft contact lens0引言水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而又不被溶解的交联聚合物，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，并能被赋予一定的光学性能，因此成为制造软隐形眼镜（SCL）的首选材料。
1软隐形眼镜水凝胶材料最早的软隐形眼镜由HEMA材料制成，含水量在30%左右，这种材料柔软、具有一定的力学强度，生物相容性好，但透光性及透氧性不理想。
目前市售的隐形眼镜材料仍然是以PHEMA为首的丙烯酸衍生物及其与其他几种单体的共聚物,以及含水量高的聚N-乙烯基吡咯烷酮( PNVP) 及其衍生物[1]。
2水凝胶软隐形眼镜材料性能要求软质隐形眼镜与人的眼角膜接触,当光通过眼镜时要发生折射. 这决定了软质隐形眼镜必须具备这些条件:a生物相容性；b良好的光学性能；c 透氧性能；d 对蛋白质及酯类吸附较少；e亲水性及保湿性；f一定的机械强度和弹性模量。
水凝胶的研究进展讲解
应用实例
①天然高强度水凝胶
②丰胸充填物
目前，一些成年女性为了提升个人女性魅力而选 择手术丰胸。手术丰胸，是对胸部填充硅胶等制 品达到丰胸目的。
③史宏伟等报道了用医用聚丙烯酰胺水凝 胶注射法治疗眼睑凹陷畸形的研究，临床 治疗眼球摘除术后眼睑凹陷23例，疗效良 好。
3.人工玻璃体
人眼正常的玻璃体为凝胶状，主要成分是 水，凝胶的基质为胶原和透明质酸。玻璃 体浑浊和视网膜脱落都可以引起视力下降 甚至失明。
温（热）敏水凝胶
--------热敏的水凝胶作为原位的药物传递
pH敏感水凝胶
------- pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与 收缩随环境pH的变化而发生变化。 这些水 凝胶的溶胀性可随外界pH的变化发生极大 的、甚至不连续的 改变。
电解质敏感水凝胶
--------这类水凝胶对溶胀度的影响主要是 阴离子部分，离子化水凝胶的溶胀行为与 收缩行为与离子运动密切相关。阴离子型 水凝胶平衡溶胀随pH增大而增大；阳离子
水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
材料特点：它是一类具有亲水基团能被水 溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水 可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透 扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分 的人体组织，具有较好的生物相溶性。此 外，聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不 吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下 能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和 柔软度，适合人体组织结构。
2023年水凝胶分析报告
2023年水凝胶分析报告一、引言水凝胶是一种具有三维网络结构的水基聚合物，由于其出色的生物相容性和水溶性，被广泛应用于医药、生物工程、环保等诸多领域。
2023年，水凝胶市场持续扩大，其分析技术也取得了显著进展。
本报告将详细分析2023年水凝胶分析技术的发展趋势，并通过实例分析给出明确的观点。
二、水凝胶分析技术1.红外光谱法红外光谱法是一种常用的分析水凝胶成分的技术。
通过红外光谱图，可以清晰地看出水凝胶中各成分的化学结构及相对含量。
2023年，红外光谱法的应用得到了进一步拓展，如在测定水凝胶中水分含量方面取得了新的进展。
2.扫描电子显微镜法扫描电子显微镜法是一种观察水凝胶微观结构的重要手段。
通过该技术，可以清晰地观察到水凝胶的三维网络结构以及不同处理条件对其微观结构的影响。
2023年，扫描电子显微镜法的应用进一步深化，如在观察水凝胶与细胞之间的相互作用方面取得了新的突破。
三、实例分析以一种常见的药用纳米水凝胶为例，该水凝胶由聚乙烯醇和羧甲基壳聚糖通过化学交联法制备而成。
通过红外光谱法和扫描电子显微镜法分析，可得出以下结论：3.红外光谱法显示，该水凝胶主要由聚乙烯醇和羧甲基壳聚糖构成，且两者之间的化学键合已经完成；4.扫描电子显微镜法观察到，该水凝胶具有较为均匀的纳米尺度结构，这种结构有利于药物的有效释放和靶向输送。
四、结论通过上述分析，我们可以看到2023年水凝胶分析技术在红外光谱法、扫描电子显微镜法等方面取得了显著进展，这些技术在水凝胶的成分分析、结构观察等方面发挥着重要作用。
同时，通过实例分析，我们可以明确看到水凝胶分析技术在指导药物研发、优化药物释放等方面的实际应用价值。
五、展望随着科技的不断进步，未来水凝胶分析技术将会有更多的发展机遇和挑战。
例如，新兴的纳米技术将会为水凝胶的分析带来新的可能，如纳米成像技术可能会用于更精细地观察水凝胶的微观结构；同时，新的数据处理方法也可能会为水凝胶的成分分析和结构解析提供更准确的数据支持。
高含水率非离子型水凝胶角膜接触镜材料的合成及性能研究
仲恺农业技术学院学报,20(3):25~30,2007Jou r na l o f Zhongkai University o f Agriculture an d Technology文章编号:1006-0774(2007)03-0025-06收稿日期:2007-01-12基金项目:广东省自然科学基金(5300978)资助项目.作者简介:鲁 红(1971-),女,山东淄博人,实验师,硕士.高含水率非离子型水凝胶角膜接触镜材料的合成及性能研究鲁 红,崔英德,黎新明,廖列文,尹国强(仲恺农业技术学院化学与化工系,广东广州510225)摘要:以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸 -羟乙酯(HEMA)为主要原料,采用适宜的制备工艺,得到一种高含水率、非离子型交联共聚水凝胶角膜接触镜材料,对影响其平衡溶胀率的各种因素、透光率、饱和含水率、力学强度等进行了研究.结果表明,所得膜材料的透光率、饱和含水率、力学强度均能很好满足水凝胶角膜接触镜的要求.关键词:丙烯酰胺(AM );甲基丙烯酸 -羟乙酯(HE MA);角膜接触镜;水凝胶中图分类号:Q317 3 文献标识码:AS tudy on synthesis and properties of the non ionic hydrogelfor contact lens with high water contentsLU Hong,C UI Ying de,LI Xin ming,LI AO Lie wen,YIN Guo qiang(Department of Chemi stry and Chemical Engineering,Zhongkai Universi ty of Agriculture and Technology,Guangzhou 510225,China)Abstract:With AM and HEMA as main raw materials,the non ionic hydrogel for contact lens with high water content was prepared by copolymerizatio.The influence factors of equilibrium swelling ratio,the transparency,the equilibrium wa ter content,and the mechanical strength of the contact lens were investigated.The results showed that the performances of the transparency,the equilibrium water content and the mechanical strength satisfied the require ment of hydrogel for contact lens.Key words:acrylamide (AM);hydroxyethulmethacrylate (HE MA);c ontact lens;hydrogel角膜接触镜俗称 隐形眼镜 ,是根据人眼角膜的形态,以无色或染色的透明材料制成镜片、使用时直接附着在角膜的泪液层表面,并能与人眼生理相容,最终达到矫正视力、美容或治疗的目的.角膜接触镜的制造材料,包括硬性不透气性材料、硬性透气性材料、软性非亲水性材料(又称为弹性材料)以及软性亲水性材料(即水凝胶材料)[1].由于采用水凝胶材料制成的角膜接触镜配戴适应期短,舒适感强,验配技术也较透气性硬镜简单,因此深受广大患者欢迎.随着近年来相关技术的迅速发展,各种彩色隐形眼镜更是受到年轻一族的青睐[2].由于角膜是眼球表面的一层透明薄膜,是人体中唯一没有血管分布的组织,角膜代谢所需的氧,80%要从体外空气中吸收,配戴软性角膜接触镜后,角膜主要通过镜片边缘泪液的排吸交换和直接透过镜片获取氧气[3],而水凝胶材料的透氧性能与其含水率成正比关系,故含水率是水凝胶角膜接触镜的一个重要衡量指标参数.根据美国FDA 制定的隐形眼镜行业规范[4],含水率大于50%为高含水率隐形眼镜,而非离子型材质对蛋白质的吸附能力较低[5],高含水率、非离子型材质的隐形眼镜颇受市场的青睐.作者利用甲基丙烯酸 -羟乙酯(HE MA)和丙烯酰胺(AM)为原料,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,通过特殊工艺合成了高含水率、非离子型水凝胶角膜接触镜材料,并对其性能和结构进行了表征.1 试验部分1 1 原料与仪器甲基丙烯酸 -羟乙酯(HE MA),Acrosorganin公司生产,广州市医药公司化学试剂玻璃仪器批发部分装,直接使用;过氧化苯甲酰(BPO),食品级,广州真尔诚公司生产,直接使用;丙烯酰胺(AM),上海试剂一厂生产,分析纯;PHS 3C酸度计,上海雷磁仪器厂生产;721型分光光度计,北京普析通用仪器有限公司生产;VEC TOR型红外光谱仪,德国B RUKER OPTICS生产;XLL 100A型拉力试验机,广州诚验仪器厂生产;MYA I S数字阿贝折射仪,上海精密科学仪器有限公司(物理光学仪器厂)生产;XL30ESEM 扫描电镜,荷兰Philips公司生产.1 2 合成方法以B PO为引发剂(用量为反应单体总量的0 2%),按不同摩尔比制备系列AM/HEMA共聚物水凝胶膜.把定量单体和BPO置于三角锥型瓶中,室温下用电动磁力搅拌器搅拌10~15min,混合均匀后过滤,将滤液倒入可密封的小塑料袋中进行热水浴,利用水浴中水的温度及压力将塑料袋中的气体挤出后密封,然后将其放入玻璃模具中压片,再将模具于70!恒温水浴中加热反应24h.脱膜后,选取厚度为0 25 (∀0 005)mm的聚合物,将其剪成直径为1 5cm的圆片,然后在室温下将这些圆片用蒸馏水浸泡7d,每隔12h换一次水,以除去残留的单体和未交联的大分子.最后将其放入60!的干燥箱中干燥至恒重,放入塑料袋中密封备用.1 3 性能测试1 3 1平衡溶胀率的测定 将已知质量为W1(g)的绝干样品分别放入不同pH、不同离子强度、不同温度的溶液中浸泡,达溶胀平衡后取出,用滤纸拭去其表面水分,称其质量为W2(g),按下式计算水凝胶膜材料的平衡溶胀率:SR=W2-W1W2#100%(当溶液为蒸馏水时SR即为饱和含水率EWC)不同pH值溶液的配制:先配制浓度为0 1mol/L的盐酸溶液,再用0 1mol/L的氢氧化钠溶液滴定.在滴定的同时用PHS 3C酸度计测量溶液的pH值.由于交联共聚物侧链中存在大量酰胺基,在碱性条件下易发生水解放出氨气,导致共聚物结构变化,故本试验只考察凝胶材料SR在pH1~8之间的变化.不同离子强度溶液的配制:将不同质量的氯化钠溶于蒸馏水配制而成.1 32 光学性能测试 将按不同摩尔配比的共聚物水凝胶膜用生理盐水溶胀饱和后,置于样品池,以生理盐水为参比,采用721型分光光度计在400~700nm波长范围内测量其透光率.另外再在25!条件下用阿贝折射仪测量其折射率.1 3 3 力学强度测试 将样品用生理盐水溶胀至饱和后,裁剪为长250mm、相同形状的长条形,室温下采用XLL 100A型拉力试验机进行样品力学强度测试,拉伸速度为300mm/min[6].1 4 结构表征1 4 1 红外光谱分析 众所周知,聚丙烯酰胺中的残留单体对人体有致癌作用,但要想对水凝胶产品中AM单体残留量作准确定量分析仍很困难.考虑到本试验只是对AM用于水凝胶角膜接触镜材料的成型性进行研究,并不涉及应用研究,所以只对样品通过红外光谱测试作简单定性分析.而且将所得样品与蒸馏水进行多次质交换后,膜中已几乎没有AM残留物存在.用德国VEC TOR型红外光谱仪,用液膜法对未反应单体混合液进行表征,以KBr压片法对干燥的水凝胶的结构进行表征.1 42 材料横断面形态 将n(AM)∃n(HEMA)=1∃5,n(AM)∃n(HE MA)=1∃1的两种干凝胶横断26仲恺农业技术学院学报第20卷面进行喷金处理后,采用XL30ESE M 扫描电镜进行观察.2 结果与讨论2 1 影响水凝胶膜平衡溶胀率的因素2 1 1单体配比 由于本试验涉及的水凝胶为医用材料,故试验溶剂以生理盐水(0 9%NaCl)和蒸馏水进行比较.结果表明,随着AM 单体含量的增加,共聚物水凝胶在蒸馏水和生理盐水中的平衡溶胀率均快速增加,当AM 与HE MA 的摩尔比达4∃5之后,速度增加变得较为缓慢;且共聚物水凝胶在蒸馏水和生理盐水中的平衡溶胀率相差不大(图1).根据国家标准GB/1147.2-1989[7]分类,本试验所合成的共聚物水凝胶角膜接触镜材料,属于中、高含水率的水凝胶接触镜材料,其饱和含水率处于47%~74%之间.另外,在试验过程中还发现,室温下当两者摩尔比达到1∃1时AM 在HE MA 中的溶解度达饱和.2 1 2 pH 值 当pH 值在1~4之间时,随着pH 的降低水凝胶膜的SR 逐渐增大,而pH 值在4~7之间时水凝胶的SR 几乎没有变化;而且随着AM 单体含量的增加,相应水凝胶膜平衡溶胀率的增加幅度变小(图2).这是由于酸性条件下,随着酸性的增强共聚物中HE MA 聚合单元支链酯化水解程度变大,水凝胶向电解质凝胶转变,由于静电斥力作用,水凝胶网络结构进一步扩张,导致SR 有增大的趋势,但由于聚合物结构单元中的酰胺在酸性条件下易产生环亚胺结构[8],而环亚胺结构是疏水基团有导致SR 减小的趋势,所以当pH 值小于4时,随着酸性的增强水凝胶膜的SR 逐渐增大,而随着丙烯酰胺单体含量的增加相应水凝胶平衡溶胀率的增加幅度却变小的缘故.据文献[9]报道,正常视力下人眼泪液的pH 在6 2~7 2之间,并且视力越低,泪液的pH 也越低.由此可见,本试验合成的凝胶膜材料作为角膜接触镜使用时更有利于保持性能的稳定性.图1 AM 浓度对水凝胶平衡溶胀率的影响Fi g 1 Influence of AM C oncentration on equilibriu m swelling ratio of the hydrogel 图2 p H 值对平衡溶胀率的影响Fig 2 Effect of pH value on equilibrium s welling ratio 2 1 3 离子强度 离子强度对水凝胶平衡溶胀率的影响见图3.由图可见,水凝胶在较低离子强度下具有较高的平衡溶胀率,这说明凝胶网络具有较好的可扩展性,其交联密度不可能太大;离子强度在10-5~0 15mol/L 的范围内,3个样品的平衡溶胀率均没有多大的变化,这可能是因为该水凝胶是非聚电解质水凝胶,离子强度对凝胶膨胀性能的影响不大;当离子强度高于0 15mol/L 时,随着盐含量的升高,平衡溶胀率降低,这可能是由于吸水凝胶和外部盐溶液之间的渗透压随着外部盐溶液中离子强度的增大而减少,而渗透压减小,外部的水分子就无法通过渗透作用进入吸水网络所致,因此该水凝胶平衡溶胀率也就下降.总的来看离子强度对凝胶平衡溶胀率的影响不大,有利于作为角膜接触镜材料在使用时保持性能的稳定性.2 1 4 温度 随着温度的升高水凝胶的饱和含水率下降,但变化值不大,其最低临界溶解温度(Lower critical solution teperature,LC ST)或相转变温度不明显(图4),说明本试验水凝胶对温度有一定的敏感性,但敏感性较弱,这更有利于作为角膜接触镜材料在使用时保持性能的稳定性.2 2 光学性能试验发现,改变反应单体的摩尔比、控制一定的制备条件,所得到的无色透明水凝胶在不同波长下27第3期鲁 红,等:高含水率非离子型水凝胶角膜接触镜材料的合成及性能研究的透光率均超过94%,最高达98 3%(表1),超过湿体不着色软性接触镜透光率大于92%的国家标准[7];其折射率均在1 37左右,上下偏差不超过∀0 01(表1),且折射率不因传播方向的改变而发生变化,表现出光学各向同性,宏观上没有产生双折射现象,只有一个折射率,证实水凝胶材料链段结构为无规分布的无定形高聚物分子链段[10].因此本试验合成的水凝胶其光学性能满足角膜接触镜材料的要求.图3 离子强度对平衡溶胀率的影响Fig3 Effect of ionic strength on eq uilibrium swellingratio图4 温度对平衡溶胀率的影响Fig.4 Influence of temperature on equilibrium swellingratio表1 水凝胶膜的光学性能T able1 Optical properties of the hydrogel fil m 水凝胶Hydrogeln(AM)∃n(HE MA)1∃101∃52∃53∃5 3.5∃54∃55∃5透光率T ransparency/%98.397.697.396.596.295.094.0折射率Refractivity/%1.37 1.38 1.38 1.37 1.37 1.36 1.36图5 AM浓度对水凝胶膜强度的影响Fig.5 Influence of AM concentration on strength of the hydrogel film2 3 力学强度随着AM单体含量的增加,水凝胶膜的拉伸强度有较大幅度增加,最高可达1089kPa,断裂伸长率也成增长趋势(图5),表明所得膜材料是具有一定强度的弹性体.其可能是由于:%本试验除了有微量的二甲基丙烯酸乙二醇酯交联剂外(HEMA原料中的副产物),并未再加入其他任何交联剂,故所得水凝胶膜的化学交联度较小,其韧性较强所致.&随着AM含量的增加,交联共聚物链段上侧基∋CONH2数量增多,达溶胀饱和的水凝胶膜的氢键作用增强所致.(也可能与交联共聚物的微观结构、水凝胶中水的存在状态及不同状态水的含量有关.具体原因还有待于进一步研究.根据软性亲水接触镜国家标准[7],所得膜材料能满足水凝胶角膜接触镜对材料强度的要求.2 4 结构表征2 4 1红外光谱解析分别测定反应单体混合物以及共聚产物的红外光谱,结果如图6所示.一般1600~1675cm-1处的弱吸收峰是C=C键存在的特征峰,但在本体系中由于其与C=O的伸缩振动峰1900~1600cm-1叠加,不能作为烯键是否存在的凭证.从指纹区来看,R2C=C类型的碳-碳双键,其指纹区的典型吸收峰是890c m-1附近的强吸收峰,但由于临近羰基的共轭效应,使其吸收峰移至815c m-1低频处,反应产物中此峰完全消失,可定性说明反应完全.酰胺)峰原本位于1650cm-1附近,由于HE MA的溶剂作用移至1714cm-1处,酰胺∗峰原本位于1515~1670cm-1处,移至1680cm-1处,3420cm-1附近的吸收峰为胺中的N-H键或O-H键的伸缩振动吸收峰.2 4 2 微观结构表征28仲恺农业技术学院学报第20卷图7是空白样HEMA 交联均聚物横断面的SE M 照片;图8为n (AM)∃n (HE MA)=1∃5交联共聚物横断面的SE M 照片;图9为n (AM)∃n (HEMA)=1∃1交联共聚物横断面的SE M 照片.由图可见:均聚物的干凝胶横断面结构高度均一,交联密度分布均匀,看不出网络结构的存在,可以推测其网状结构细密而均匀.随着AM 的加入,断裂面开始出现突起,且AM 的量越多突起越明显,水凝胶的网络结构越明显.其原因可能是由于:%交联共聚物链段上存在大量的侧基∋CONH 2,在其链段内和链段间易形成大量的氢键,增强了链段之间的相互作用力,结果数股PAM 链段束在一起,形成 粗的骨架 ,即网络[11];&AM 是亲水性单体,随着AM 摩尔分率的增大交联共聚物链段的亲水基团也增加,在水溶液中的平衡溶胀率也增大,溶胀达平衡时交联网络在三维空间的伸展程度增大,形成的网孔也增大,当失水变为干凝胶时造成的局部塌陷也越明显.更深层次的原因还有待于进一步研究.随着AM 摩尔分率的增大,形成的骨架越粗,网络结构也越明显,这一点进一步印证了其力学强度的变化规律.29第3期鲁 红,等:高含水率非离子型水凝胶角膜接触镜材料的合成及性能研究30仲恺农业技术学院学报第20卷3 结论本试验利用AM和HE MA为原料,以BPO为引发剂,采用本体聚合方式,当引发剂用量为反应单体总量的0 2%,反应温度为70!,反应时间24h,通过调节单体配比,制备出了含水率高达74%的高含水率、非离子型水凝胶角膜接触镜材料.经结构表征及性能测试表明:AM/HE MA交联共聚水凝胶膜的溶胀速度较快;当pH值介于4~7之间时水凝胶的SR几乎没有变化,而pH值在1~4之间时,随着pH值的减小水凝胶膜的SR逐渐增大;水凝胶对离子强度的变化不敏感,对温度的敏感性也较弱;将所得产物多次与蒸馏水进行质交换后,膜材料中已几乎没有AM残留单体存在,并且其透光率、力学强度、饱和含水率均能很好满足水凝胶角膜接触镜对制备材料的要求.参考文献:[1] 郑荣领,周电根.角膜接触镜材料研究进展[J].国外医学眼科分册,1999,23(4):225 229.[2] FIONA.时尚潮流的新宠∋∋∋清朗彩色隐形眼镜[J].中国眼镜科技杂志,2004(12):87 88.[3] 袁启明.隐形眼镜的近忧远虑[J].医疗保健器具,1999(6):26 28.[4] 张勤.隐形眼镜材料入门[J].中国眼镜科技杂志,2004(11):90-91.[5] 沈清.非离子材质-抛弃型隐形眼镜材料的首选[J].中国眼镜科技杂志,2002(2):50 51.[6] 吕维忠,涂伟萍,陈焕钦.水性聚氨酯胶膜断裂伸长率的影响因素研究[J].皮革化工,2002,19(2):2.[7] 国家技术监督局.GB/1147.2-1989软件亲水接触镜[S].北京:中国标准出版社,1989.[8] 朱麟勇,常志英,李明宇,等.部分水解法制备高分子量水溶性(丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)三元共聚物[J].高分子学报,2000(3):315 318.[9] 汤汉军.中小学生泪液pH值与视力低下关系初探[J].中国学校卫生,1998(2):141.[10]焦 剑,雷渭媛.高聚物结构、性能与测试[M].北京:化学工业出版社,2003:668.[11]单 军,刘占军.辐射合成聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠及其共聚物水凝胶微观结构的扫描电镜研究[J].高等学校化学学报,1995,16(9):1467 1470.+责任编辑 徐 妍,。
有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究的开题报告
有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究的开题报告题目：有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究一、研究背景和目的随着科技的不断发展，人们对于角膜接触镜的需求越来越高，尤其是在视力矫正和角膜疾病治疗方面。
目前，市场上大部分的角膜接触镜材料都是由有机聚合物制成的，这种材料具有良好的透氧性和水合性，但是其机械强度较差，容易发生断裂、破损等问题，且耐用性不佳。
因此，有必要研究一种具有良好的透氧性、机械强度和水合性的角膜接触镜材料。
有机硅改性水凝胶材料具有这些特性，并且在医学领域中已有广泛应用，因此将其应用于角膜接触镜材料中具有一定的可行性和应用价值。
本研究旨在探究有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的制备方法和材料性能，并进行相关的应用研究。
二、研究内容和方法1.有机硅改性水凝胶的制备方法：采用溶液共聚法，以2-羟乙基甲基丙烯酸酯、甲基硅氧烷、氢氧化钠、丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠等为原料，通过一定的反应条件制备出有机硅改性水凝胶。
2.材料性能测试：利用扫描电镜、红外光谱等测试方法对有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的形貌和结构进行分析；利用透氧性、抗张强度、耐磨性等性能测试方法对材料性能进行评价。
3.应用研究：采用得到的有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料制成角膜接触镜，进行医用耐用性测试，观察其透明度、透氧性、生物相容性等指标。
三、预期成果和意义1.成功制备出有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料，并对其进行性能测试，得到相关数据。
2.应用研究阶段，获得具有良好透氧性、机械强度和水合性的角膜接触镜，为角膜疾病治疗和视力矫正提供更好的选择。
3.对于有机硅改性水凝胶材料的制备方法和应用研究提供一定的参考和借鉴价值。
四、进度安排第一年：有机硅改性水凝胶的制备方法和材料性能测试第二年：应用研究阶段，制备角膜接触镜并进行相关测试第三年：数据分析、论文撰写和毕业论文答辩五、预算安排预算主要用于化学试剂、仪器设备购置、材料制备和应用研究测试等方面，共计50万元。
有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究的开题报告
有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究的开题报告题目：有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的研究一、研究背景目前，角膜接触镜作为一种非手术性矫正屈光不正的方法，已经成为一种广泛应用的医疗器械。
随着人们对健康的关注日益提高，对角膜接触镜材料的安全性、透氧性和舒适性也提出了更高的要求。
而有机硅化合物因其特殊的结构和性质，被广泛应用于医用材料的改性。
因此，本研究旨在探究有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的制备工艺和性能优化，为角膜接触镜的研发提供一定的理论和实践依据。
二、研究内容和方法（一）研究内容本研究将围绕有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的制备和性能优化展开，主要包括以下几个方面的内容：1、有机硅化合物与水凝胶材料的改性反应机理和特性研究。
2、有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的制备工艺优化，包括材料配比、交联剂种类和用量等方面的优化。
3、有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的性能测试与评价，包括材料水溶性、机械强度、透氧性、抗菌性和耐磨性等方面的测试。
4、有机硅改性水凝胶角膜接触镜材料的临床应用研究，包括对材料的生物相容性、舒适性和镜片质量等方面的评估。
（二）研究方法本研究将采用实验室合成、材料测试和临床应用等多种研究方法来完成上述工作。
1、实验室合成：使用合成化学方法，探究有机硅化合物与水凝胶材料的相容性，确定合适的改性反应条件，制备具有一定改性程度的有机硅改性水凝胶材料。
2、材料测试：对所制备的角膜接触镜材料进行各项性能测试，包括材料的物理化学性质、透氧性、力学性能等方面的测试，验证该材料作为角膜接触镜材料的可行性。
3、临床应用：将所制备的角膜接触镜材料进行临床应用，接受使用者的反馈和对材料生物相容性、舒适性和镜片质量方面的评估。
三、研究意义本研究的完成，将为角膜接触镜材料的研发提供一种新思路与方法。
有机硅改性可通过引入有机硅化合物，改变水凝胶材料的物理化学性质，从而实现对角膜接触镜材料功能的升级，具有广阔的应用前景和市场价值。
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水凝胶角膜接触镜材料研究进展汤 琦,于俊荣,陈 蕾,诸 静,胡祖明(东华大学材料科学与工程学院,上海201620)摘要 以角膜接触镜材料的基本要求为出发点,在相关文献和专利的基础上综述了目前软性亲水的水凝胶角膜接触镜材料的研究进展及发展趋势。
特别针对传统型水凝胶角膜接触镜的透氧和均一成分构建的局限,分别重点介绍了高透氧角膜接触镜材料及互穿网络角膜接触镜材料。
前者通过引入硅氧烷成分使角膜接触镜的延长配戴成为可能,后者则通过交联互锁的结构实现了材料的均一性和稳定性,从而为角膜接触镜材料在药物释放和治疗用途上的更广泛应用创造了条件。
关键词 水凝胶角膜接触镜 高透氧 互穿网络中图分类号:T Q314.2Research Progress on Hydrogel Contact Lens MaterialsT ANG Qi,YU Junrong,CHEN Lei,ZH U Jing,HU Zuming(Scho ol of M ater ial Science and Eng ineering ,Dong hua U niv ersity ,Shang hai 201620)Abstract St arted w ith the basic needs of contact lens mater ials,some recent advances and the dev elo pment trends r egar ding soft hydro gel contact lens materials are review ed in this ar ticle based o n related literatur es and pa -tents.Specially ,for the requirements o f o xy gen per meability and ho mo geneous co nstr uctio n,new ly co nt act lens ma -terials w ith high o xy gen permeability and inter penetrating po lymer netw or ks (IP N s)str uctures are emphatically intr o -duced.T ime -la pse wear of contact lens can be acquired by ox yalkylat ion,ho mo geneity and stabilit y can be achiev ed v ia obtaining crosslinked inter lo cking str ucture,that w ill make the contact lens materials used widely in drug liber ation and treatment.Key words hy dr og el contact lens,hig h o x yg en permeability,IPN s汤琦:女,1985年生,博士研究生,主要从事接触镜材料的研究 E -mail:tang qi@ 胡祖明:通讯联系人,教授 E -mail:hzm@水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而又不被溶解的交联聚合物。
这类材料吸水后柔软而富有弹性,不容易造成组织损伤,目前被广泛地应用在生物医学领域中[1-4]。
软性亲水的水凝胶材料配戴舒适,又能被赋予一定的光学性能,能很好地满足人们矫正视力和 自然视觉 的要求,因此成为制造角膜接触镜的一类主导材料。
1 水凝胶角膜接触镜材料的设计要求作为一类特殊的生物材料,角膜接触镜材料必须在具有良好光学性能的同时保证与眼环境的相容性[5]。
因此,除了需要具有各向同性的结构以保证透光性的要求外,亲水性和透氧性是为了保证配戴过程舒适健康需要考虑的2个关键因素。
1.1 材料的亲水性水凝胶角膜接触镜材料的亲水性一方面表现在材料与水结合的能力即材料的含水量上,另一方面则表现在材料表面的可湿润性上。
水凝胶的平衡含水量由式(1)表示。
E WC (%)=(M e-M )/M 100%(1)式中:E WC 为平衡含水量;M e 为水凝胶吸水平衡后质量;M为水凝胶干重。
平衡含水量越高,镜片柔软性越好。
同时,对于传统型角膜接触镜来说,含水量越高,透氧性、离子渗透性能越好,配戴也更为舒适。
1.2 材料的透氧性角膜需要多种营养物质以保证其正常的代谢功能,氧气是其中的重要部分。
角膜只有在充分供氧的状态下才能保持稳定的水合状态,这是保证镜片材料配戴安全性和有效性的关键,否则就会引起角膜的水肿。
角膜接触镜的透氧能力常用氧气渗透系数(Oxygen perm eability)Dk 和氧气传导系数(Oxygen transmissibility)Dk/t (单位厚度材料的透氧性能)来表示。
医学研究指出,要满足无角膜水肿的日戴要求,Dk /t 值必须大于24banrrers/mm ;而过夜配戴(Over -night w ear)和延长配戴(Extended w ear,EW)时要求Dk/t 值分别大于87banrrers/mm 和125banrrers/mm 才无因缺氧引起的相关症状[5,6]。
基于接触镜材料的这些特殊要求,在设计此类材料时,一方面要选择合适的单体来赋予材料亲水性、透氧性等特殊性能,另一方面还要有合理的成分组建形式来保证材料透明性的要求。
2 传统日戴型水凝胶接触镜材料自1970年Wichterle [7]制造出聚甲基丙烯酸- -羟乙酯(Poly -H EM A)水凝胶并发明水凝胶材料角膜接触镜的离心浇注成型工艺以来,角膜接触镜工业在20世纪70年代就出现了繁荣的局面。
Poly -H EM A 是H EM A 单体(如图1)聚合形成的有交联侧链的聚合物,含水量为38%。
这种材料比较柔软,力学强度较高,具有很好的生物相容性和光学性能,但透氧性能还不很理想。
图1 H EMA 单体Fig.1 HEMA mon omer传统型软性接触镜考虑通过提高材料含水量来增加其透氧性和柔软性。
通常的做法是在丙烯酸酯类单体中引入其它亲水单体,如N -乙烯基吡咯烷酮(NV P)(如图2)等,通过自由基引发剂引发,以无规共聚的方式形成[8,9]。
NV P 是一种水溶性高分子化合物,具有较好的透光性和生物相容性。
一般来说,PV P 在水凝胶中的含量越高,所得材料的平衡含水量也就越大,透氧性能也越好。
图2 NVP 单体Fig.2 NVP monome r常用的亲水单体还有丙烯酰胺(AM )、N,N -二甲基丙烯酰胺(DM AA)等。
表1所示为几种市售传统共聚物水凝胶接触镜材料的化学成分和含水量。
表1 传统共聚物水凝胶接触镜材料Table 1 Conventional copolym er hydrogelcontac t lens mateialsT rade name Chemical constituentsWater content/%Polymacon HEMA,EGDA 38Vifilcon -A H EM A,MA,PVP,EGDA55Surfilcon -A MM A,MA,PVP 74Droxifilcon -A HEMA,MA 47Ocufilcon -AH EMA,M A,EGDA463 新型角膜接触材料传统软镜材料通过增加材料含水量的方法来提高材料的透氧性存在以下局限:一方面由于丙烯酸酯类单体与N VP 等亲水单体竞聚率存在较大差异,随着亲水单体含量的增加容易出现相分离现象,使材料变得不透明,同时使强度减小;另一方面,由于水的Dk/t 值为80banrrers/mm ,也就是说,通过增加材料含水量的方式提高透氧性使其达到的极限值仅仅是80banrrers/mm ,因此这类材料只能满足日戴的需求,更长时间的配戴则会受到限制。
所以,对于角膜接触镜的设计,近几年的研究重点主要放在2个方面:(1)选择有更好透氧性的单体;(2)组建更加稳定均一的体系。
3.1 高透氧角膜接触镜由于含硅聚合物有良好的链柔顺性,并且有较大体积的硅氧基团(-Si(CH 3)2-O -),因此O 2在有机硅材料上有较大的扩散系数D 。
纯二甲基硅氧烷的D k/t 值可达600banrrers/m m,远远大于连续配戴要求的125banrrers/m m,而且生物相容性优良,被用来制造高透氧角膜接触镜。
但是由于单纯硅胶材料制得的镜片不含水,容易疏水粘附在角膜上,因此人们希望将水凝胶材料的亲水性与硅氧烷材料优异的透氧性能相结合,提出了硅水凝胶的概念。
但是,有机硅的内在疏水性导致其与大多数亲水单体不相容。
为了防止较大程度的相分离,保证镜片的透明度,必须对此加以改善。
一方面可以通过添加低相对分子质量的疏水助溶单体来提高有机硅材料与亲水单体的相容性。
Lai [10-12]的研究指出,硅水凝胶镜片的透氧性能只与硅氧基团的含量有关,而与硅氧基团的结构无关,因此用含硅的助溶单体取代部分高相对分子质量的疏水聚合物是一种较为理想的选择。
T RIS 是常用的一种助溶单体,如图3所示。
TRIS 的加入降低了交联密度,从而使材料更加柔软[13]。
专利[14-18]进一步指出,低相对分子质量硅氧烷单体上的羟基等含活性氢的基团,有助于有机硅组分与亲水单体或水性聚合物互溶。
图3 常用的低相对分子质量助溶单体(TRIS )Fig.3 Common ly u se d low molecu lar cosolventmon omer(TRIS )另一方面可以通过在聚硅氧烷的主链或侧链上引入亲水乙烯基或甲基丙烯酸酯基等亲水基团,从而使其与其它亲水单体能够更好地互溶。
引入亲水或极性侧链的方法很多,如M ichael 加成反应[19-22],与异氰酸酯的加成反应[21-24],在氨基[21,25,26]、羧基[27]等活性基团作用下的环氧基团开环反应等。
但是,在活性基团与环氧基团反应时需要考虑到转移酯化反应[26,28-30],减少副产物。
美国Bausch &Lomb 等公司[31]在硅水凝胶的开发方面做了较多的工作,介绍了一种由乙烯基碳酸酯和乙烯基氨基甲酸聚硅氧烷组成的功能化合物。
该功能化合物中含有N -乙烯基吡咯烷酮(NVP),从而提高了其生物相容性。
添加特定的交联剂能改善乙烯基和氨基甲酸功能单体的共聚性能。
该公司[32]还研制了一种适用于水凝胶接触镜材料的共聚物,采用由三甲代甲硅烷基封端的单体形成硅氧烷水凝胶。
3.2 互穿网络角膜接触镜为了具备优良的透光性能,角膜接触镜材料应该具有各向同性的结构。