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共聚物水凝胶接触镜材料的制备与性能研究

黎新明  
【摘要】: 以非离子型水溶性单体N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)及甲基丙烯酸2-羟基乙酯(HEMA)与非亲水性单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)或者甲基丙烯酸丁酯(BMA)共聚,制备同时具有较高含水量和较高机械强度、不含离子型单体的亲水性单体与非亲水性单体共聚物水凝胶角膜接触镜材料,研究了制备工艺条件,并研究了单体选择对材料性能的影响。 研究了共聚物水凝胶角膜接触镜材料的制备工艺条件。结果表明,采用本体共聚方式,以0.1%质量比的过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,在80℃下反应20小时,NVP的体积分数不超过40%,MMA、EMA或者BMA的体积分数不超过15%,在此范围内,各种单体配比所得到的产物用水溶胀后,均为无色、无味、完全透明并具有一定机械强度的玻璃状水凝胶膜,外观完全满足角膜接触镜材料要求。对于NVP-HEMA二元共聚反应,测得NVP的竟聚率为0.296,HEMA的竟聚率为3.64,单体总反应级数为2,BPO的反应分级数为0.41,活化能为22.04kJ/mol。对于NVP-HEMA-MMA/EMA/BMA三元共聚反应,引发剂的反应分级数分别为0.519、0.523、0.583,活化能分别为19.28kJ/mol、20.11kJ/mol、19.69kJ/mol。 研究结果表明,单体选择及其配比对共聚物水凝胶角膜接触镜材料的光学性能、稳定性及其浸出液的pH值无影响,均满足国家标准要求。而NVP的含量增大,导致材料的机械强度下降;甲基丙烯酸酯的含量增大,可改善材料的机械强度。采用细胞培养法测试共聚物水凝胶角膜接触镜材料的生物相容性,其细胞毒性反应为1级,属于无毒物质。 研究结果表明,共聚物水凝胶角膜接触镜材料的的含水量及线性溶胀率随NVP含量增大而增大,随甲基丙烯酸酯含量增大而减小。水凝胶材料的含水量处于40~75%之间,线性溶胀率处于3~22%之间。研究了共聚物水凝胶角膜接触镜材料的过量溶胀现象,探讨了偏离菲克溶胀动力学模型的原因,在于交联网络之间的大分子链松弛时间不可忽略。 建立了水凝胶膜自由水的脱水理论模型,提出水凝胶膜表面上自由水的蒸汽压与饱和蒸汽压之差,是导致水凝胶膜脱水的原因;水凝胶膜的脱水速度,取决于水凝胶中的水分子沿毛细管结构向水凝胶膜表面扩散的速度。材料的脱水速度低于人眼泪液的正常蒸发速度,随NVP含量增大而增大,随甲基丙烯酸酯含量增大而减小,其自由水的脱水动力学级数为1。 西北工业大学工学博士学位论文 采用自行设计的水凝胶膜透氧性能测定装置,用测氧仪测定不同渗透时间下 氧气的渗透量,研究了共聚物水凝胶角膜接触镜材料的透氧性能。结果表明,水 凝胶材料的D娜L值随NVP含量的增加而增大,随甲基丙烯酸酷的含量增加而减 小。共聚物水凝胶角膜接触镜材料的透氧性能,远远超过Poly一HEMA水凝胶材 料。分析了水凝胶膜的透氧机理为氧气的溶解—扩散—释放机理,并将描述 溶质在纯溶剂中扩一散的空穴理论,推广应用到氧气在水凝胶中的扩散行为。提出 氧气在水凝胶中的扩散过程,同时受到水凝胶中结合水水分子、自由水水分子及 大分子链无规则热运动的影响,但水凝胶中结合水水分子和高聚物大分子链的无 规则热运动对氧气分子扩散行为的影响可以忽略不计;水凝胶的交联网络结构对 氧气的输送具有过滤作用。因此,降低水凝胶的交联密度,提高水凝胶膜的含水 量,可改善水凝胶角膜接触镜材料的透氧性能。 研究了牛血清蛋白和三油酸一目一油酷与水凝胶材料之间的相互作用。结果表 明,共聚物水凝胶角膜接触镜材料中,NVP的含量增大,甲基丙烯酸酷的含量 减少,‘卜血.清蛋白和三油酸一t}一宁由酝在共聚物水凝胶角膜接触镜材料_l几的沉积量增 大。温度升高,时间延长,浓度增大,均有利于牛血清蛋白和三油酸甘油醋在共 聚物水凝胶角膜接触镜材料__仁的沉积。牛血清蛋白的沉积过程,为不可逆过程。 沉积在共聚物水凝胶角膜接触镜材料表面上的牛血.清蛋白,与水凝胶的结合方式 为松散结合,很容易用溶液洗脱。并且,沉积在共聚物水凝胶角膜接触镜材料上 的牛血清蛋白,对其后续沉积过程无影响。


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