浅谈水凝胶隐形眼镜的研究现状

肖文柯，荆雨阳，周敏，田耘小，茅云

（1.金陵科技学院材料工程学院，江苏 南京 211169；2.合肥学院能源材料与化工学院，安徽 合肥 230601；3.南京市视光材料与技术重点实验室，江苏 南京 211169）

1 水凝胶隐形眼镜材料概述

1.1 水凝胶隐形眼镜材料的分类

（1）聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶(PHEMA)。PHEMA(即聚甲基丙烯酸羟乙酯)具有优异的溶胶-凝胶性能，被广泛利用。HEMA在正常条件下是无色透明液体，分子式是C6H10O3，熔点和沸点分别为-12℃、95℃。20世纪30年代由DUPONT公司研究人员成功合成。20世纪60年代，捷克的化学家Wichterle等人通过自由基聚合法率先合成出PHEMA(即聚甲基丙烯酸羟乙酯)水凝胶。1960年他和另一位科学家Lim首次提出用PHEMA(即聚甲基丙烯酸羟乙酯)水凝胶制备隐形眼镜。

（2）硅水凝胶。由于硅材料具有良好的力学性能、生物相容性和出色的链柔韧性和较大体积的硅氧基团，而且氧气在有机硅材料中具有较大的扩散系数，使在高透氧隐形眼镜的开发与研究领域，有机硅材料十分普遍。由于纯有机硅材料含水率为零，所制备的隐形眼镜镜片由于其疏水性容易附着在眼角膜上，消费者佩戴感觉较差。因此，希望将硅胶材料所具有的优异的透氧性能和常规水凝胶材料优良的亲水性结合，提出了富含水的硅胶这一概念，即硅水凝胶。

（3）氟硅水凝胶。氟硅水凝胶不仅具有硅氧烷基团，还具有氟化基团。其含有的硅氧烷组分带给水凝胶优异的透氧性能和机械强度，并且含氟组分使得氧气在水凝胶中的溶解度大大提高，这一结构为了保持高的透氧性能，而且也解决了有机硅材料缺乏亲脂性的问题。

1.2 水凝胶隐形眼镜材料的性能要求

（1）透光性。为了使隐形眼镜达到佩戴后眼部视线清晰的要求，用于制备隐形眼镜的材料应当具有良好的透光均匀性以及较好的透光率，即要求具有良好的光学性能。若水凝胶被用于制备隐形眼镜，则要求保持透光率和分辨率，确保隐形眼镜材料的形状和表面连续性从未水合状态到水合状态转变过程中保持不变，即不发生扭曲。（2）折射率。折射率也是隐形眼镜材料的一个十分重要的光学性质，水凝胶角隐形眼镜的折射率不仅与该材料本身的材质有关，还与含水量(即材料与水的结合能力)有关。较薄的隐形眼镜镜片需要用折射率高的材料制作，这样可以减少眼部由于佩戴镜片产生的异物感，从而提髙佩戴镜片的舒适感。（3）化学稳定性。作为一种眼部医疗器械，隐形眼镜必须具有稳定的化学性质、优良的耐用性和较小的单体残留量等优点。（4）生物相容性。生物相容性指的是人体在佩戴隐形眼镜过程中，人眼对其材料无排异现象且持续维持有效作用的能力。（5）透气性。作为矫正屈光不正的一种眼部医疗器械，隐形眼镜材料本身良好的透氧性能对于保护眼睛的健康至关重要。（6）表面润湿性。表面润湿性好的镜片具有均匀稳定的泪液膜，该镜片可以抵抗蛋白以及脂质沉积，具有良好的视敏度，有很好的佩戴感。（7）机械性能。要求隐形眼镜材料在使用过程中能够保持其物理尺寸，能够抵抗在使用过程中及其他情况下一定程度的变形与磨损，还维持其舒适度。

2 隐形眼镜的制备方法及表面改性

2.1 隐形眼镜的制备方法

（1）旋转浇铸法。混合单体、引发剂和交联剂，将得到的混合液注入铸模中，随后旋转铸模，与此同时，采用加热或者紫外光辐射的方法，聚合单体成型。（2）切削研磨法。混合单体、引发剂和交联剂等物质，将得到的混合液注入玻璃管中，通过本体聚合法，得到干燥的条状聚合物，随后将该聚合物制成小小的块状，进行切削研磨成型。并采用抛光的方法清除残留的印记、划痕等，改善其光学性能，平滑其边缘。所得成品被放入生理盐水中，慢慢膨胀直至处于平衡状态。（3）直接模压成型法。将单体和适量的引发剂混合，混合液注入一次性塑料模具中，实施热聚合或在紫外光辐射的条件下直接聚合成型。由于这种方法制得的隐形眼镜是很干燥的，故要将其放入生理盐水中，使其慢慢膨胀直至处于平衡状态，但是，采用直接模压成型法与企业而言更加经济。

2.2 隐形眼镜的表面改性

（1）等离子体技术。等离子体技术指的是材料表面被等离子体轰击，从而使得高分子材料结构发生变化，随之对材料表面进行改性的方法。通过这种技术改变高分子膜的表面特性可以在很短的时间里实现。虽然这种技术使材料的固有性能并无变化，但是，随时间的变化其改性效果减弱。谭帼馨等通过氩等离子体技术对PEGDA(即聚乙二醇双丙烯酸酯)/HEMA(即甲基丙烯酸β－羟乙酯)共聚物水凝胶生物医用材料进行表面改性(低温)，大大改善了亲水性，表面自由能明显增加，有利于细胞在水凝胶材料表面的黏附和增殖。

（2）涂层涂覆技术。Willis等介绍了一种依靠IMC(内模涂层)技术制备的新型PC(即磷脂酰胆碱)涂层硅胶水凝胶隐形眼镜，使表面均匀且稳定，具有<0.3MPa的模量、>2-4MPa的抗撕裂强度和>200%的断裂伸长率并且有效地降低了蛋白质吸收。通过调节配方中的亲水：疏水单体的比例可以控制材料的透氧率和溶质渗透率，从而所得材料的性能适合长期使用。

（3）化学接枝改性。通过化学反应来对水凝胶材料进行改性被称为化学接枝改性。通过调节不同的反应条件以达到控制水凝胶的亲水性、生物相容性以及抗蛋白质沉积能力等的目的。化学接枝法之所以深受大家的关注，是因为这种方法操作简单，易于控制接枝的位置和程度，反应条件很稳定且容易达到。聚合物表面采取偶联接枝、利用臭氧或者化学引发接枝属于比较常见的方法。

3 隐形眼镜的药物负载方法

目前，临床上采用滴加眼药水等治疗方式。但这种方法只有微量的药剂被特异性吸收，无法实现药物控释以及持续性给药。将药物负载于隐形眼镜上，在佩戴隐形眼镜的同时实现对眼部疾病的治疗。目前，常见药物负载方式有以下几种。

（1）直接浸泡法。将制备好的隐形眼镜浸泡与药物溶液，使药物负载于隐形眼镜表面及孔隙中。这种方式比较简便，可以提高药物的利用率，也可以降低有些有机溶剂对药物的影响。但是，药物的负载率取决于材料的大小厚度和药物的溶解度。目前，基于PHEMA水凝胶研究较多的包括毛果芸香碱、抗生素、噻吗洛尔、地塞米松等药物。然而，使用直接浸泡法投入商业生产的隐形眼镜很难实现持久性的药物缓释，可能是由于药物和隐形眼镜载体无法进行稳定的化学结合。

（2）功能单体共聚法。将隐形眼镜单体材料与功能单体(该单体能够和药物靶向结合)共聚是隐形眼镜提高药物负载率的一种有效形式。通过隐形眼镜与阳离子甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵聚合，从而提高阴离子药物的载药率并延缓释药周期。Sato等人通过复合阴离子单体乙基磷酸与隐形眼镜单体，提高了萘甲唑啉的负载率。

（3）分散或固定载药法。分散或固定载药法主要是将负载药物的微粒分散于隐形眼镜材料基质中或者固定于隐形眼镜表面。药物只有从微球的内部扩散到微粒表面，接着到凝胶基质，再扩散到环境中才完成释放。这会给药物释放增添阻力，延长药物释放的时间。

（4）分子印迹法。分子印迹法用药物与功能单体通过官能团聚合，洗脱药物后，形成特征性识别药物的印迹。当隐形眼镜在药物溶液中浸泡时，药物会在氢键等作用力下与官能团发生反应，从而实现隐形眼镜对药物的负载。实验表明，分子印迹法不仅可以提高隐形眼镜负载药物能力，还可以提高药物的缓释时间。分子印迹法可以多次负载大分子量药物，所以分子印迹法负载药物在临床应用上具有很大的潜力。