CN101096451A - 隐形眼镜新材料及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隐形眼镜新材料及其合成方法。该材料的结构式如下所示：其中：n为2～3000，m为2～4×104；该材料通过下列方法制备得到的：将γ-聚谷氨酸溶解于水中，加入适量的交联剂，搅拌均匀，调节pH为3.5～7.0，在30～100℃反应28～100小时，反应产物取出充分吸水即可。本发明提供的合成路线简单，可操作性强，产品生物相容性好、对人体无毒副作用，具有高含水率，高透光率，生物相容性好，保湿性好，可用作隐形眼镜新材料，具有较大的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，涉及隐形眼镜新材料及其合成方法。
背景技术
我国配戴隐形眼镜者约占总人口的3％左右(美国、日本等国家占10％)，随着生产工艺和材料的不断进步和改良，这一人口比例有不断上升的趋势，据悉，我国软镜片市场在2002年增长10％，2003年则增长14％。而且由于隐形眼镜属于消耗类日用品，因此其市场需求量无疑是巨大的。
自从20世纪40年代第一个塑料硬镜问世以来，隐形眼镜得到迅速发展。根据硬度的不同，通常将隐形眼镜分为硬镜和软镜两部分：
1、硬镜材料的发展阶段及特点
| 发展阶段 | 优点 | 缺点 |
| 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) | 透光率高、抗沉淀、性能稳定、易于加工 | 透氧性较低；初戴不舒服 |
| 醋酸丁酸纤维素(CAB) | 透氧性能稍好于PMMA，耐用 | 吸水后易于翘曲 |
| 硅氧烷 | 透氧性能好 | 润湿性特别差，易于吸附脂类沉淀物 |
| 硅氧烷/甲基丙烯酸酯共聚物(SMA) | 镜片透明、稳定、透氧性好、具有良好的硬度 | 影响镜片的稳定性、耐用性与可润湿性 |
2、软镜材料的发展阶段及特点
| 发展阶段 | 优点 | 缺点 |
| 聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA) | 柔软、弹性好 | 透氧性较差 |
| 非HEMA材料(如：MMA与NVP的共聚物) | 较高的弹性模量与抗张强度 | 含水量稍低 |
| 仿生材料(如：磷酸胆碱衍生物的仿生材料) | 镜片保湿、抗沉淀 | 配戴时间短 |
| 水凝胶材料 | 高含水量、柔软 | 透氧性、热稳定性稍差 |
综上所述，隐型眼镜材料方面还存在着以下缺陷：
(1)水凝胶材料的透氧性能与其含水量成线性关系，为了提高隐型眼镜的透氧率，必须提高其含水量。但是，提高含水量导致水凝胶的强度下降，需要增大隐型眼镜材料的厚度，而这样又导致透氧率的下降。
(2)水凝胶含水量的提高，容易导致泪液中的蛋白质和类脂在隐型眼镜上沉积，不仅对隐型眼镜造成污染，还会影响其透光均匀性，导致细菌滋生。
(3)含水量高的水凝胶材料，也容易在配戴过程中脱水。脱水之后，隐型眼镜的透光率和透光均匀性下降，并夺取眼角膜上的水分。
因此，水凝胶类隐型眼镜材料的研究方向，在于保证隐型眼镜材料具有较高含水量和透氧能力的同时，提高其强度和保湿性。
γ-聚谷氨酸(γ-PGA)吸水树脂是一种可生物降解的具有三维网状结构的高分子材料，无毒，具有较好的生物相容性、热稳定性、保湿性、环境友好。它的应用范围广阔，在农林、园艺、医药、医疗、石油、化学化工、日用品、环保、建材、食品等领域日益发挥出大的作用(Shih I，Yah Y.The production of poly-(γ-glutanmic acid)frommicroorganisms and its various applications.Bioresource Technology.2001，79：207-225)。如果改变反应条件，深度交联，这种树脂就会有望成为隐形眼镜的新材料，国内外目前还未见报道，所以对此进行研究有很高的理论价值和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统眼镜的不足，提供一种高含水率、高透光率、生物相容性好、保湿性好，对人体无副作用的高透气性隐形眼镜材料。
本发明另一个目的是提供上述隐形眼镜材料的合成方法。
本发明是将γ-聚谷氨酸(γ-Polyglutamic Acid，简称γ-PGA)采用化学交联法制成超高分子量γ-聚谷氨酸(简称HMPGA)并用作隐形眼镜新材料。
本发明的目的是通过下列技术措施实现的：
一种隐形眼镜材料，其结构式如下所示：
其中：n为2～3000，m为2～4×104；
该材料通过下列方法制备得到的：
将γ-聚谷氨酸溶解于水中，加入适量的交联剂，搅拌均匀，调节pH为3.5～7.0，在30～100℃反应28～100小时，反应产物取出充分吸水即可。
所述的隐形眼镜材料，其中γ-聚谷氨酸的分子量为2～500万道尔顿。
所述的隐形眼镜材料，其中交联剂是聚乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚或乙二醇缩水甘油醚。聚乙二醇二缩水甘油醚中采用的聚乙二醇分子量可在200～3000道尔顿。
所述的隐形眼镜材料，其中γ-聚谷氨酸、水以及交联剂的用量为：γ-PGA单体与H2O的摩尔比为1∶19～1∶100，交联剂与γ-PGA单体的摩尔比为1∶5～1∶25。
所述的隐形眼镜材料的合成方法，该方法是将γ-聚谷氨酸溶解于水中，加入适量的交联剂，搅拌均匀，调节pH为3.5～7.0，在30～100℃反应28～100小时，反应产物取出充分吸水即可。
所述的合成方法，其中γ-聚谷氨酸的分子量为2～500万道尔顿。
所述的合成方法，其中交联剂是聚乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚或乙二醇缩水甘油醚。聚乙二醇二缩水甘油醚中采用的聚乙二醇分子量可在200～3000道尔顿。
所述的合成方法，其特征在于γ-聚谷氨酸、水以及交联剂的用量为：γ-PGA单体与H2O的摩尔比为1∶19～1∶100；交联剂与γ-PGA单体的摩尔比为1∶5～1∶25。
以下对本发明作详细说明：
以γ-聚谷氨酸为原料，用水作溶剂，加入适量的交联剂(如乙二醇缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚)，按照摩尔比γ-PGA(单体)∶H2O＝1∶19～1∶100；交联剂∶γ-PGA(单体)＝1∶25～1∶5投料，在30℃～90℃，pH＝3.5～7.0条件下反应28～100小时，反应如(II)所示
本发明的有益效果：
本发明提供的合成路线简单，可操作性强，产品生物相容性好、对人体无毒副作用，具有高含水率(吸水倍率达到220g/g)，平均透光率为98％，DSC曲线表明本材料在人体温度范围具有很好的热稳定性，可作为隐形眼镜新材料的应用，具有较大的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1：
取2g γ-聚谷氨酸溶于6g蒸馏水中，加入2.4g乙二醇缩水甘油醚，搅拌均匀，用10％的氢氧化钠调节反应物的pH值至4.3，然后，在70℃的恒温水浴锅里反应35h时间，将产物浸入水中，24h后取出，产物吸水倍率为220g/g、平均透光率为98％。
实施例2：
取2g γ-聚谷氨酸溶于14g蒸馏水中，加入1.8g二甘醇缩水甘油醚，搅拌均匀，用10％的氢氧化钠调节反应物的pH值至3.8，然后，在50℃的恒温水浴锅里反应50h时间，将产物浸入水中，24h后取出，产物吸水倍率为340g/g、平均透光率为64％。
实施例3：
取2g γ-聚谷氨酸溶于30g蒸馏水中，加入3.2g聚乙二醇二缩水甘油醚(聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为800)，搅拌均匀，用10％的氢氧化钠调节反应物的pH值至7.0，然后，在100℃的恒温水浴锅里反应45h时间，将产物浸入水中，24h后取出，产物吸水倍率为490g/g、平均透光率为53％。
实施例4～15：合成参数及效果见表1。
表1：HMPGA合成条件对吸水倍率、透光率的影响
| 序号 | 交联剂名称 | 配比(摩尔比) | pH值 | 反应温度(℃) | 反应时间(h) | 吸水倍率(g/g) | 透光率 | |
| γ-PGA单体/H2O | 交联剂/γ-PGA单体 | |||||||
| 4 | 乙二醇缩水甘油醚 | 1∶24 | 1∶8 | 4.3 | 60 | 30 | 600 | 82％ |
| 5 | 1∶22 | 1∶5 | 4.3 | 70 | 35 | 240 | 90％ | |
| 6 | 1∶20 | 1∶6 | 3.8 | 80 | 40 | 210 | 43％ | |
| 7 | 1∶22 | 1∶6 | 4.3 | 70 | 35 | 220 | 99％ | |
| 8 | 二甘醇缩水甘油醚 | 1∶100 | 1∶20 | 6.0 | 40 | 35 | 740 | 21％ |
| 9 | 1∶75 | 1∶13 | 5.0 | 60 | 45 | 1020 | 51％ | |
| 10 | 1∶50 | 1∶10 | 4.0 | 80 | 55 | 1120 | 60％ | |
| 11 | 1∶25 | 1∶7 | 3.5 | 90 | 65 | 560 | 70％ | |
| 12 | 聚乙二醇缩水甘油醚(300) | 1∶24 | 1∶8 | 4.3 | 60 | 30 | 600 | 82％ |
| 13 | 1∶22 | 1∶5 | 4.3 | 70 | 35 | 240 | 90％ | |
| 14 | 1∶20 | 1∶6 | 3.8 | 80 | 40 | 210 | 43％ | |
| 15 | 1∶22 | 1∶6 | 4.3 | 70 | 35 | 220 | 99％ | |
| 16 | 聚乙二醇缩水甘油醚(1000) | 1∶100 | 1∶25 | 7.0 | 30 | 28 | 560 | 19％ |
| 17 | 1∶50 | 1∶15 | 5.5 | 50 | 50 | 870 | 55％ | |
| 18 | 1∶30 | 1∶10 | 4.5 | 70 | 70 | 900 | 38％ | |
| 19 | 聚乙二醇缩水甘油醚(1500) | 1∶19 | 1∶5 | 3.5 | 90 | 100 | 700 | 24％ |
| 20 | 1∶30 | 1∶10 | 4.5 | 70 | 70 | 900 | 38％ | |
| 21 | 1∶20 | 1∶6 | 3.8 | 80 | 40 | 210 | 43％ | |
| 22 | 聚乙二醇缩水甘油醚(2500) | 1∶22 | 1∶6 | 4.3 | 70 | 35 | 220 | 99％ |
| 23 | 1∶24 | 1∶8 | 4.3 | 60 | 30 | 600 | 82％ | |
| 24 | 1∶100 | 1∶25 | 7.0 | 30 | 28 | 560 | 19％ | |
Claims (8)
1.一种隐形眼镜材料，其特征在于其结构式如下所示：
其中：n为2～3000，m为2～4×104；
该材料通过下列方法制备得到的：
将γ-聚谷氨酸溶解于水中，加入适量的交联剂，搅拌均匀，调节pH为3.5～7.0，在30～100℃反应28～100小时，反应产物取出充分吸水即可。
2、根据权利要求1所述的隐形眼镜材料，其特征在于γ-聚谷氨酸的分子量为2～500万。
3、根据权利要求1所述的隐形眼镜材料，其特征在于交联剂是聚乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚或乙二醇缩水甘油醚。
4、根据权利要求1所述的隐形眼镜材料，其特征在于γ-聚谷氨酸、水以及交联剂的用量为：γ-聚谷氨酸单体与H2O的摩尔比为1∶19～1∶100，交联剂与γ-聚谷氨酸单体的摩尔比为1∶5～1∶25。
5、如权利要求1所述的隐形眼镜材料的合成方法，其特征在于该方法是将r-聚谷氨酸溶解于水中，加入适量的交联剂，搅拌均匀，调节pH为3.5～7.0，在30～100℃反应28～100小时，反应产物取出充分吸水即可。
6、根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于r-聚谷氨酸的分子量为2～500万。
7、根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于交联剂是聚乙二醇二缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚或乙二醇缩水甘油醚。
8、根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于γ-聚谷氨酸、水以及交联剂的用量为：γ-聚谷氨酸单体与H2O的摩尔比为1∶19～1∶100，交联剂与γ-聚谷氨酸单体的摩尔比为1∶5～1∶25。
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