Технологии

Мягкие контактные линзы
Впервые мягкие контактные линзы были успешно изготовлены из гидрофильных гелей и запущены в промышленное производство в пятидесятых годах. После довольно сложного начального периода с производством 5,500 пар мягких контактных линз в 1961 г и 100,000 пар в 1971 г. этот сектор хорошо развивается, занимая существенную долю общего рынка контактных линз наряду с традиционными твердыми линзами.

Мягкие контактные линзы часто изготавливают из полигидроксиэтилметакрилата (pHEMA), который погружают в воду или соляной раствор для придания гелю формы, которая сохранит нужную геометрию и оптические функции. Производители линз постоянно совершенствуют материалы для их изготовления, что приводит к созданию множества вариантов гидрогелей.

Существует несколько технологий для производства мягких контактных линз, но наиболее надежной технологией массового производства является, возможно, литьевое формование. Наиболее усовершенствованный вариант технологии высоко автоматизирован и контролируется с помощью компьютеров, что позволяет исключить дополнительные операции после механической обработки. После того, как линзы прошли контроль, их стерилизуют, кипятят в соленой воде для формирования гидрогеля и хранят в соляном растворе, который аналогичен человеческим слезам.

Одной из проблем, возникающих с контактными линзами, является оксигенация глаза. У силоксанов высокая проницаемость, но из-за их жесткости получаются неудобные линзы. У силоксанов или силоксановых гидрогелей высокая проницаемость для кислорода и низкая жесткость, что может позволить решить обе проблемы, но полимеризация гидрофильных мономеров с силиконовыми мономерами осуществляется с трудом, и часто образуются непрозрачные полимеры. Тем не менее, при тщательном отборе мономеров можно обнаружить некоторые зоны совместимости.

В мягких силоксановых гидрогелях сочетание мономеров регулируется для того, чтобы контролировать забор воды в диапазоне от 20% до 60%, а также для того, чтобы оптимизировать проницаемость для кислорода. На приведенном ниже рисунке 'Состав и свойства' в схематичном виде изображены узкие границы между различными рецептурами и точным балансом свойств силоксановых гидрогелей. При необходимости можно осуществлять поверхностную обработку линз, если они не смачиваются надлежащим образом, или на них образуются отложения.

Рисунок 4: Состав и свойства.

Умные полимеры, реагирующие на специальные стимулы: устройства доставки лекарственных препаратов и других химических веществ
На приведенном ниже рисунке показан в виде диаграммы принцип действия умных полимеров, реагирующих на специальные стимулы. Реализация небольшого изменения ограничения или стимула, такого, как температура, водородный показатель, гигрометрия, свет и т. д. приводит в действие механизм перехода, в результате которого происходит резкое изменение одного или нескольких свойств, например, разрушение гидрогеля, выпуск абсорбированного химического вещества (лекарственного препарата, аромата)…

Изменение свойства может носить характер резкого усиления или резкого уменьшения в зависимости от рассматриваемых параметров.
 

Рисунок 5: 'Материалы, реагирующие на определенные стимулы'.

Полимеры, обладающие обратимым фазовым переходом, могут представлять интерес для использования в качестве систем доставки лекарственных препаратов для применения в медицинской промышленности и в области биотехнологий. Макроскопические, микроскопические и наноскопические гидрогелевые трехмерные сети с такой моделью фазового перехода могут реагировать на стимул изменений внешней температуры и характеризуются критической температурой растворения (CST).

Помимо хорошо известного поли(N-изопропилакриламида), интерес могут представлять и другие производные, такие как: поли(N,N'-диэтидакриламид), поли(N-этил,N-метилакриламид) и поли(N-пирролидинакриламид). Кроме этого можно управлять переходами из одной фазы в другую, степенью набухания, кинетикой повторного набухания и исчезновения набухания и критической температурой растворения также и с помощью:
- манипулирования условиями полимеризации;
- использования различных веществ для сшивания;
- изменений степени сшивания;
- оптимизации трехмерной сети с созданием макро-, микро-, и наноразмерных структур;
- сополимеризации с другим полимером с другой моделью поведения;
- добавления солей или растворителей.

Гидрофильные покрытия
Гидрогельные покрытия на основе поливинилпирролидона (PVP), такие как LubriLAST™ от AST Products, могут обеспечивать смазывание и гидрофильность для целого ряда инвазивных и экстракорпоральных медицинских систем.

Это гибкая технология, способная использовать различные биологически активные ингредиенты, такие как противомикробные вещества, антикоагулянты и фармацевтические препараты с контролируемым введением действующего вещества. Состав (полностью на водяной основе) наносится с использованием простой и надежной технологии нанесения покрытий с помощью погружения на все обычно используемые биоматериалы самого различного вида, такие как: полимеры, металлы, керамика.

В результате обеспечиваются исключительная способность к скольжению, биологическая совместимость и долговечность. В число целевых применений входят: катетеры, проволочные направители для катетеров, а также самые разнообразные хирургические инструменты и диагностические устройства.

Исследуется привитая сополимеризация слоев гидрогеля полиакриловой кислоты за счет тонкого макроинициирующего слоя для снижения трения полимерных катетеров, изготовленных из полиамида 12 (PA12) или полиэфирэфирамида (PEBAX). Значительное падение значений коэффициента трения может достигать, например: с 0.37 для чистого PA12 или 0.65 для PEBAX до 0.03 и 0.044 для тех же материалов после нанесения покрытия. Зафиксированный слой гидрогеля полиакриловой кислоты может быть всего несколько микронов в толщину.

Такие гидрофильные покрытия, как полиакриловая кислота, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон (PVP), сополимер этилена и ангидрида малеиновой кислоты, полигидроксиэтилметакрилат (POLYHEMA) и другие также могут быть связаны в полиэтилен (PE), полиэтилентерефталат (PET), политетрафторэтилен (PTFE), или PA12 с помощью плазменной обработки или обработки электронным лучом.

В зависимости от типа гидрогеля и степени сшивания степень набухания может увеличиваться с 30 до 600%.

Для того, чтобы производить гидрогели, которые можно использовать для умных применений, необходимо:
- Использовать специальные химические структуры, в которых много полярных групп, на основе, например, полиакриловой кислоты и ее солей, полиакриламида, гидроксиэтилметакрилата, карбоксиметилцеллюлозы, сополимера поливинилового спирта и полиакриловой кислоты.

- Осуществить их сшивание до той степени, которая необходима для получения точного соотношения абсорбции, механической прочности и прочих специальных функциональных свойств, таких как прозрачность для производства мягких контактных линз, температура перехода для умных полимеров и систем доставки лекарственных препаратов и т.д.

Рассмотренные в данной статье промышленные, фармацевтические, медицинские и высокотехнологичные применения используют преимущества гидрофильности, влагопоглощения и температур перехода гидрогелей для производства средств гидроразбухающей герметизации и прочих герметизирующих материалов, мягких контактных линз, умных полимеров, матриц введения лекарственных препаратов…и многих других.

Майкл Байрон,
http://www.specialchem4polymers.com