CN1142209A - 用超临界流体处理隐形镜片的方法 - Google Patents

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Abstract

通过向镜片提供超临界流体，处理由可聚合材料制成的隐形镜片的方法。

Description

用超临界流体处理隐形镜片的方法
发明背景
本发明涉及采用超临界流体制造或处理隐形眼镜镜片(contact lens)材料的方法。
聚合的隐形眼镜镜片材料不仅必须具有足够的光学清晰度，而且必须适合于较长时间与眼睛接触。隐形镜片是由那些在镜片表面具有足够亲水性而至适当“湿润”的材料制成的。湿润被认为是隐形镜片被眼睛的天然眼泪润滑的能力，从而使得镜片在使用时能自由地在眼睛上移动的特征。这种在眼睛上移动的自由性使镜片不至于附着于眼睛上，并允许持续不断的泪流在镜片的下部和上部进行冲洗，导致最大程度的舒适。
镜片适当湿润的能力和在眼睛里的“舒适”是难以预测的。在该领域中的许多工作是针对如何获得和保持隐形镜片表面上的亲水环境。已尝试了在单体混合物中加入不同的亲水性单体，并且用例如等离子体处理等方法处理，来保持镜片表面的亲水性，这些尝试已有了一些进展。但是，要提高和保持充分的亲水性的尝试必须不损害镜片的其他特征，如光学清晰度。与之相反，在维持适当的模量的同时，改进或保持高度的光学清晰度、氧渗透性、撕裂强度等的尝试不能反过来影响镜片的湿润性。
不对镜片的湿润性或其他物理特性产生负面影响，但能提高镜片的光学清晰度的方法是所需要的。另外，能提高镜片的亲水性，因而消除或至少降低对附加的或后处理之需求的镜片处理方法会是有优势的。
由于这种加工的限制，大多数软的水凝胶隐形镜片生产的是模压镜片，该镜片必须在湿润的状态下处理、检验和运输。这个加工的限制延长了整个镜片生产的时间并增加了其成本。然而，一种降低成本的镜片处理方法能生产一种干的镜片，该方法能简化镜片的生产并降低镜片的成本。
已知，大规模生产方法要求废弃相对大量的用于除去镜片上杂质和残留物质(有时是指残留物或可萃取物)的萃取溶液。另外，用作溶剂的各种材料对劳动环境造成了潜在的危害，这是因为，例如材料对人体的毒性或其易燃性。对于萃取技术而言，要求用无毒性的、优选可回收的萃取溶剂。
发明概述
本发明提供了一种处理隐形镜片和隐形镜片材料的方法。特别是，本发明的一个方面，公开了一种处理隐形镜片材料的方法，该方法包括用超临界流体处理隐形镜片材料的步骤。
本发明的另一个方面，公开了一种生产光学上清晰的隐形镜片的方法，该方法包括用超临界流体处理隐形镜片的步骤。
本发明的再一个方面，公开了一种由模制镜片的模具中干脱膜隐形镜片的方法，该方法包括用超临界流体处理隐形镜片和模具的步骤。
本发明的再另一个方面，公开了一种从隐形镜片中萃取未完全聚合化的材料的方法，该方法包括用超临界流体处理隐形镜片和模具的步骤。
发明的详细描述
当气体经受其密度接近液体(此时，液体和气体状态共存)的压力和温度的组合状态时，它就被认为是处在了超临界状态。当气体处在这样的条件下时，它被称作为超临界流体(SCF)。现已发现，将隐性镜片暴露于超临界二氧化碳(CO2)，产生了具有增强的光学清晰度的隐形镜片。还发现，超临界流体能萃取出在各种隐形镜片材料的聚合结构中之未反应的或未完全聚合的材料。
二氧化碳是用于超临界状态的一种优选的候选者，这是由于它的超临界温度为31℃。气体的超临界温度是发生相变时的温度，导致气体的物理性质有较大变化。虽然下面讨论的所有实验都是用CO2来进行的，但应理解的是，在超临界状态下的许多其他的气体也可以用来处理隐形镜片聚合物材料，包括超临界氧化氮(N2O)，乙烷和丙烷，或其混合物。
正如在超临界流体领域中已知的，特定固体在SCF中的溶解能力取决于SCF的密度和极性。因此，当超临界流体被用于从一种材料中萃取出特定组分时，需用实验来确定该组分的特定溶解性。
为从隐形镜片材料中萃取出未完全聚合的残余材料，已确定，当温度保持在约40℃至约50℃的范围内，优选在约50℃至约80℃时，CO2应被压缩至从约1000psi至约4000psi，优选从约2000psi至约4000psi。
通常，在生产隐形眼镜时，一些单体的混合物没有完全聚合。来自聚合工艺中的未完全聚合的材料会影响光学清晰度或对眼睛有害。残留的材料可能包括溶剂或来自单体混合物的未反应的单体，或来自聚合过程的作为副产物的低聚物。
残留的材料可能是亲水性的或疏水性的。常规的从聚合的隐形镜片材料中萃取这些残留物的方法包括用水(用于萃取亲水性残留物)或一种醇溶液(用于萃取疏水性残留物)进行萃取。但是，一些醇萃取溶液仍留在了聚合的隐形镜片材料的聚合物网状结构中，在镜片被安全和舒适地配戴在眼睛上之前，这些残留物必须从镜片材料中萃取出来。这就要求从镜片中萃取醇的附加步骤，通常，用热水萃取4小时或更长的时间。但是，常常是，常规的方法不能充分地去除残留物。
隐形镜片材料是由单体或预聚物的混合物的聚合产物形成的。(为了方便起见，术语“单体”在后面应包括预聚物。)该单体的混合物也还包括单体以外的在聚合过程中起辅助作用的物质，如作为溶剂或稀释剂。隐形镜片的材料包括用于“硬”和“软”的镜片的材料。硬的镜片的分类典型地包括例如刚性的气体可渗透的(rigid gas permeable，RGP)隐形镜片之类的镜片，该镜片通常是由交联的硅氧烷丙烯酸酯(silicone acrylate)或氟代硅氧烷丙烯酸酯(fluorosilicone acrylate)共聚物制成的。软的镜片包括“软”的水凝胶隐形镜片。水凝胶是亲水的聚合物，该聚合物吸收水分至一个平衡值，且由于交联的三维网状结构的存在而不溶于水。水凝胶通常是由至少一种亲水性单体与一种交联单体的共聚物形成的。其亲水性是由于亲水基团，例如醇、羧酸、酰胺和磺酸的存在。该溶胀平衡态是由使水进入亲水聚合物的渗透驱动力和由聚合物链抗膨胀的作用力之间的平衡产生的。在硅氧烷水凝胶隐形镜片的情况下，共聚的材料进一步包括一种含硅氧烷的单体。在这类中的镜片通常是由至少一种亲水的单体与一种交联单体的共聚物形成的。亲水单体包括：不饱和羧酸，如，甲基丙烯酸和丙烯酸；(甲基)丙烯酸取代的醇或二元醇，如，2-羟基乙基甲基丙烯酸酯，2-羟基乙基丙烯酸酯，甲基丙烯酸甘油酯(glycerylmethacrylate)，和聚乙二醇甲基丙烯酸酯；乙烯基内酰胺，如N-乙烯基-2-吡咯烷酮；和丙烯酰胺，如甲基丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺。这种亲水性单体的进一步的实例可以在美国专利4,153,641；4,740,533；5,034,461和5,070,215中得到。
交联单体可以是具有多可聚合官能度(multiple polymerizable function-alities)的物质，优选乙烯基官能度。代表性的交联单体包括：二乙烯基苯；甲基丙烯酸烯丙基酯；乙二醇二(甲基)丙烯酸酯[ethyleneglycol di(meth)acrylate]，四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯[tetraethyleneglycol di(meth)acrylate]，聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯；和乙二醇二(甲基)丙烯酸酯的乙烯基碳酸酯衍生物。在硅氧烷隐形镜片的情况下，该共聚材料进一步包括至少一种含硅氧烷的单体。
用溶剂萃取水凝胶镜片可能限制了工艺的柔性；镜片必须在一个“湿润”的状态下进行加工、检验和运输。从制造的方面来看，需要将干的状态下包装和运输水凝胶镜片。但是，已知的萃取方法对在干的状态下包装和运输水凝胶镜片的能力无益。如下面的实施例4所概述的实验所示，确定了使用超临界CO2可以使隐形镜片在干的状态从镜片在模具组件中的脱模。虽然脱模的镜片的物理特性没有被记载过，但相信该超临界流体技术能用来使镜片从镜片的模具中脱模，且残留物已在这一个步骤中被从镜片上萃取下来。
从镜片上萃取残留物不完全，会对镜片的使用寿命产生负面影响。有人认为，一些残留物没有被完全萃取，过一段时间，会从镜片的聚合物结构迁移到它的表面。这些残留物会通过干扰镜片表面的光学清晰度或所需的均匀的亲水性来破坏镜片的性能和舒适性。因此，应用超临界CO2和其他可接受的超临界流体将更完全地对隐形镜片材料进行萃取。这种萃取会明显地优越于已知的萃取方法，并能导致隐形镜片在一开始就较具亲水性，并能较长时间地维持其亲水性。
为了增强SCF的萃取效率，超临界流体可进一步包括多种附加组分。有时称之为“强化”(spiking)SCF。通过向SCF中添加一种化合物，SCF的特殊性质，包括作为溶剂的性能，可以进行有益的转变。在这种方式下，更宽范围的杂质或化合物可以从镜片材料中被萃取出来。任何有机溶剂都可以被放在腔中以达到与SCF混合的目的。用于这种SCF“强化”的特别有用的化合物包括丙醇、乙醇、氯甲烷和其他对于SCF技术领域的熟练人员来说是显然的那些材料。
如果一片隐形镜片需要在眼睛上在一段较长的时间内保持舒适，镜片需要适当地湿润。为了获得这种湿润，经常要尝试在镜片的单体混合物中加入亲水性单体，以增加和保持镜片表面的均匀湿润。已经对隐形镜片的等离子体处理进行了研究，并已经生产出了具有增强湿润的镜片。在等离子体处理镜片之前和之后都用超临界流体进行萃取。见实施例3。
对于从隐形镜片中萃取残留物而言，溶剂必须根据其对亲水型的、疏水型的或两种类型的未反应残留物从聚合物结构中的萃取能力而加以选择。然而，溶剂本身必须能被从聚合结构中除去或冲去。即使一种特殊的溶剂能从聚合物结构中被冲去，这种溶剂可能会以使镜片上出现混浊的方式而对聚合物结构产生负面影响。选择溶剂而不对镜片的光学清晰度产生负面影响是重要的。光学清晰度是主观地被理解为在镜片被检验时观察到的清晰水平。在本领域经过训练的检验员检验隐形镜片的清晰度。但放在采用常规方法萃取的隐形镜片旁边进行观察时，已经采用超临界CO2萃取过的镜片至少看上去是“光学清晰”的。
在下述的实施例中有证据显示超临界CO2从镜片中萃取的残留物在特定的条件下达到优于常规异丙醇和水萃取的10倍。见实施例1，表1。人们认为经过一段时间，镜片会在表面失去其湿润特性并变得更加疏水，这是由于疏水片段被浸析出来，而这些疏水片段正是在以前没有被成功地萃取出来。通过超临界CO2对残留物的增强的萃取可能免除对镜片后处理的需求。这将产生更耐久和更舒适的镜片，且该镜片又具有优异的湿润特性。这种镜片只需要较少的加工步骤，这能大大地降低成本。
人们希望SCF萃取可在该方案的任何一个点上用于隐形镜片的加工，虽然优选的SCF萃取是在加工的最后一步才进行，对镜片进行最后清洗。
虽然所获得的数据只是针对聚硅氧烷镜片材料，但是，超临界流体可被用于萃取任何隐形镜片材料是可以理解的。因此，任何形成镜片的材料都能用于本发明中。这些材料可以是亲水性的、或疏水性的、或两者的混合物。所得到的隐形镜片可以是举例为刚性的包括聚(甲基丙烯酸甲酯)的丙烯酸塑料的硬性镜片；或者这种镜片可以是举例为未取代的和氟取代的聚乙烯、硅氧烷弹性体等的柔性的亲水性的镜片；或者是软性的水凝胶镜片。
进一步发现当隐形镜片仍在模具中铸造时就能对其进行SCF萃取。见实施例3。完整的镜片尚在其中的模具组件被置于SCF加压腔中。因此，SCF技术就被用来使干的镜片从模具中脱模，从包装和加工方面考虑这将是有益的。该方法可用来将任何类型的隐形镜片从其被铸造的任何材料制成的模具中脱模出来。聚氯乙烯和聚丙烯是优选的模具材料，而聚丙烯是特别优选的。
经常通过将镜片和模具接触脱模溶液，优选将模具和镜片组件浸入溶液中将隐形镜片脱模。这种“湿”脱模步骤可在室温下完成，虽然在有些情况下在其他温度下进行脱模可能更有益，例如在高至约120℃的提高温度的浴中进行。
在镜片从模具中脱模之后，接着与水或缓冲的盐水水合。然后，镜片通过例如在水中或在盐水中的压热器处理被消毒。这些步骤也影响从镜片上除去任何残留的异丙醇。正如早已提到的，隐性镜片的“湿”处理劳动强度高且可能增加工艺成本。本发明使干脱模变得容易，可能代表一种经济上具有优势的已知的镜片脱模方法的替代方法。
本发明进一步考虑应用超临界技术，以使目前用于车床加工的隐形镜片之去封闭(deblocking)步骤变得容易进行。如果隐形镜片的边缘或表面必须使用车床来改变，镜片经常被固定或“封闭”在一个夹持器具中，特别是使用一种可固化的蜡原料。当这种材料对着车床高速旋转时，这种材料便在适当位置硬化并夹持镜片。当车床加工完成之后，镜片必须从夹持器具中被拆卸下来，或“去封闭”。广泛用于这种去封闭的是对生态不利的材料，包括氯氟烃(CFCs)。在去封闭之后，镜片必须被清洗，接着进行已描述过的萃取步骤。现在，人们认为，超临界流体，包括超临界CO2能用于溶解这种封闭蜡，而在同时清洗镜片并从也镜片上除去残留物。
通过本发明方法处理的镜片能通过如在美国专利3,408,429和3,496,254公开的旋转铸造(spincasting)步骤以及其他常规方法，如在美国专利4,084,459和4,197,266中公开的加压模压法(compression molding)来制造。
可在相对于所希望的隐形镜片形状的旋转模具或在静止的模具中进行聚合化反应。如果需要，可对所获得的隐形镜片进一步进行机械抛光。同样，聚合化反应也可以在适当的模具或容器中进行，已使镜片材料给出钮扣状、片状或棒状，然后再进行加工(如，借助车床或激光进行切割或磨光)以给出具有所需形状的隐形镜片。
由本发明制成的水凝胶是氧传输的、水解稳定的、生物惰性的并且是透明的。根据本发明所使用的单体和共聚物已被聚合而形成三维的框架结构，该结构允许氧的传输并且是光学上清晰的，牢固的且又是亲水的。
本发明提供了能用于假体的制造，如心脏瓣膜和眼内镜片，作为光学隐形镜片或作为膜。更特别的是，本发明与隐形镜片有关。
本发明可以进一步辅助材料的制造，该材料可用于生物医学仪器，例如，外科仪器，心脏瓣膜，血管替代物，子宫内装置，膜和其他薄膜，隔膜(diaphragms)，外科植入物，血管，人工输尿管，人工乳房组织和要与身体外部的体液接触的膜，例如，用于肾脏透析和心/肺机等的膜，导液管，口腔防护器，托牙垫料(denture liners)，眼内器械，特别是隐形镜片。
例如，已知当与人工表面接触时，血液极容易并立即被损坏。对血液的抗凝血和非溶血的合成表面的设计对于假体和与血一起使用的设备来说是必要的。
下面的实施例进一步说明了本发明的各种优选的实施方案。虽然描述了特定的优选实施方案，但应理解的是本发明不仅限于此，修改和变化对于本领域的普通技术人员来说是明显的。
实施例1
超临界流体镜片萃取效能的确定
设计一个实验来确定通过使用超临界流体隐形镜片的萃取效能是否得到了提高。用10片聚硅氧烷水凝胶镜片作为对照，用异丙醇(IPA)然后用水对它们进行萃取。首先，将镜片置于室温下的IPA持续1小时，然后，置于85℃的水槽中持续4小时。然后，用超临界二氧化碳(CO2)对10片聚硅氧烷水凝胶镜片按在下述的不同温度和压力下分批进行萃取。每10片镜片批次，包括的对照是在3毫升四氢呋喃(THF)中静态萃取至少24小时。用于每批次包括对照的400毫升THF然后被注入SEC。THF镜片萃取的分布的总面积用来确定超临界流体萃取的效率，用来与IPA对照萃取比较。试验镜片THF萃取的面积被划分为对照镜片萃取的面积，来给出萃取效率值(EER)。该萃取效率值是通过试验镜片THF萃取的分子量分布总面积(归一化面积)划分为对照镜片THF萃取的分子量分布的总面积(归一化面积)来确定的。对照镜片EER规定为1.00。大于1.00的EER值是比IPA萃取方法效率低的方法；小于1.00的EER值是效率更高的方法。对于每一次SCF CO2萃取，在腔中装入SCF CO2，并放空3次，每次放空/装入循环持续1小时。
用于超临界CO2萃取的温度和压力、从SEC的面积和EER值列于表1。
                       表1
温度/压力(psi)       面积(SEC)              EER
对照                 24707992               1.00
50℃/2000            18817108               0.81
70℃/3000            18753486               0.81
80℃/2000            2093090                0.09
80℃/4000            24676496               1.08
实施例2
A.SCF/等离子体处理
未经初始的等离子体处理制造了90片软的水凝胶隐形镜片。将这些镜片中的20片放在一边，留下70片镜片。70片镜片用CO2在4500psi、60℃下超临界萃取。腔中装入超临界CO2并放空3次，每次装入/放空循环持续1小时。然后，对该70片镜片进行等离子体处理，接着用水在190℃下萃取4小时。该等离子体处理方案将立即在下面描述。
软性水凝胶铸造的隐形镜片的等离子体处理
等离子体是一种复杂的混合物，在该混合物中，原子和分子处于基态和激发态，在放电开始后达到了一种稳定态。离子的浓度大约小于中性粒子的6个数量级。在空气或氧等离子体中的初级反应物是氧原子。空气等离子体的作用将导致初级氧，和较少限量的氮，掺入腔中材料的聚合结构中。正如在本领域中可以理解的，等离子体可通过将通常在无线电频率下的放电器穿过低压(0.005至5.0torr)下的气体而产生。所施加RF能被气态下的原子和分子吸收。循环的电场导致这些激发的原子和分子互相撞击以及与腔的壁和置于该腔内的材料的表面撞击。将镜片移出处理盘，放在覆有铝的盘上的凹侧。然后，将该盘置于等离子体处理腔中。然后，镜片在一个直流DC腔中进行处理。该腔的压力降至0.1torr，并稳定至少30秒。镜片在400瓦、0.1torr下处理4分钟。然后，在该腔中重新充气至大气压。然后将盘移出该腔，将镜片倒转过来，重复上述步骤对镜片的另一侧进行等离子体处理。10片镜片用来测量用四氢呋喃可萃取的残留物，并用于测量物理特性。
B.等离子体处理/SCF
软性的水凝胶镜片采用等离子体处理进行制造。10片镜片放在一边。对10片镜片用醇和水进行萃取，作为对照镜片。另外10片镜片用等离子体进行处理，然后在与上面部分A中列出的相同条件下进行超临界CO2和THF萃取。接着，用上述实施例1所述的大小排除色谱法(Size Exclusion Chromatograph，SEC)对残留的可萃取物估计THF萃取物。可获得下述数据。重量列代表(wt)代表10片镜片的起始总重量。标记N.A.的列是归一化的镜片的平均值，是通过将重量划分成面积而获得的。EER值是如实施例1描述的为比较目的的干镜片的1.00的任意比例。最后一列代表对IPA(异丙醇/H2O萃取的镜片)对照批次的归一化镜片批次。
                                    表2
                    面积(SEC)    wt         N.A.           EER     IPA
1.未萃取的          27362822     0.2153     1.27×108    1.00    6.00
2.IPA/H2O          4386309      0.2092     2.10×107    0.17    1.00
3.等离子体/SCF      5687337      0.21436    2.65×107    0.21    1.26
4.SCF/等离子体      4481289      0.21153    2.12×107    0.17    1.01
在组2，3和4中的镜片的物理性能如下述：
                  IPA/H2O   等离子体/SCF    SCF/等离子体
模量(g/mm2)        91           110             105
延伸率(％)          N/A          70              63
拉伸(g/mm2)        N/A          42              37
撕裂(g/mm)          9            8               7
实施例3
将镜片尚在其中的模具组件置于在超临界流体腔的正上方。聚硅氧烷水凝胶隐形镜片位于聚丙烯模具中，使得镜片的凹侧暴露于大气中。向腔中装入CO2并在50℃下加压至2000psi，持续1小时。将腔中的CO2放空，并用新鲜的CO2代替3次。然后，将腔最后一次放空，并将镜片在模具中的组件移出该腔。镜片保留在模具中，但显然已经与模脱离，当将组件倒转过来时，镜片就会落下。镜片向着中心出现表面波纹和雾霾。然而，水合后对镜片的检验揭示，从模具中干性脱模的镜片与通过标准溶液水合从模具中脱模的镜片看上去没有什么区别。
根据本文的教导，对本领域的熟练人员来说，本发明的许多其他的改进和变化都是可能的。因此，可以理解，在权利要求的范围内，本发明还可以以与这里特别描述的方式不同的方式予以实施。

Claims (20)

1、在生产光学清晰的隐形镜片的方法中，其改进包括用超临界流体处理隐形镜片。
2、如权利要求1的方法，其中，超临界流体选自由超临界二氧化碳、超临界氧化氮、超临界乙烷和超临界丙烷组成的组。
3、如权利要求1的方法，其中，超临界流体包括超临界二氧化碳。
4、如权利要求1的方法，其中，在超临界流体中加有另外的化合物。
5、如权利要求3的方法，其中，超临界二氧化碳被压缩至约2000至约4000psi。
6、如权利要求3的方法，其中，超临界二氧化碳处于约50至约80℃。
7、如权利要求1的方法制得的隐形镜片。
8、在从模压隐形镜片的模具中干脱模隐形镜片的方法中，其改进包括用超临界流体处理隐形镜片。
9、如权利要求8的方法，其中，超临界流体选自由超临界二氧化碳、超临界氧化氮、超临界乙烷和超临界丙烷组成的组。
10、如权利要求8的方法，其中，超临界流体包括超临界二氧化碳。
11、如权利要求8的方法，其中，在超临界流体中加有另外的化合物。
12、如权利要求8的方法制成的隐形镜片。
13、在从隐形镜片中萃取未完全聚合的材料的方法中，其改进包括用超临界流体处理隐形镜片。
14、如权利要求13的方法，其中，未完全聚合的材料包括选自由有机溶剂，未反应的单体和低聚物组成的组中的至少一种。
15、如权利要求13的方法，其中，超临界流体选自由超临界二氧化碳、超临界氧化氮、超临界乙烷和超临界丙烷组成的组。
16、如权利要求13的方法，其中，超临界流体包括超临界二氧化碳。
17、如权利要求13的方法，其中，在超临界流体中加有另外的化合物。
18、如权利要求13的方法，其中，超临界二氧化碳被压缩至约2000至约4000psi。
19、如权利要求13的方法，其中，超临界二氧化碳的温度为约50至约80℃。
20、如权利要求13的方法制成的隐形镜片。
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