專利名稱：包含連接在中間碳覆蓋層上的親水性聚合物鏈的硅氧烷水凝膠接觸鏡片的表面處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療裝置如接觸鏡片和醫(yī)療植入物的表面處理。具體而言，本發(fā)明涉及改進(jìn)醫(yī)療裝置表面的方法，以增加其生物相容性或者親水性，其中用含碳層覆蓋所述裝置，然后通過含碳層上的反應(yīng)性官能團(tuán)與親水性聚合物上的互補(bǔ)反應(yīng)性官能團(tuán)之間的反應(yīng)在碳層上連接親水性聚合物鏈。本發(fā)明還涉及具有所述表面覆蓋層的接觸鏡片或者其他醫(yī)療裝置。本發(fā)明還包括用于覆蓋應(yīng)用的某些共聚物。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識到，需要使接觸鏡片和其它醫(yī)療裝置的表面親水或更為親水。增加接觸鏡片的親水性會改善該接觸鏡片被眼中淚液濕潤的濕潤性，進(jìn)而提高接觸鏡片的配戴舒適性。在連續(xù)配戴鏡片的情況下，這種表面尤其重要。連續(xù)配戴鏡片必須設(shè)計(jì)成不僅舒適，而且避免不良反應(yīng)如角膜水腫、炎癥或淋巴細(xì)胞滲入。
已經(jīng)使用等離子體來處理硅氧烷鏡片的表面，以改善其表面性質(zhì)，例如，表面已變得更加親水、更抗沉積、更抗擦傷等。以前公開的等離子體表面處理的例子包括處理接觸鏡片表面時(1)使用含惰性氣體或氧氣的等離子體，例如第4,055,378、4,122,942以及4,214,014號美國專利；(2)使用含各種烴類單體的等離子體，例如第4,143,949號美國專利；以及(3)使用含氧化劑和烴類組合如水和乙醇的等離子體，例如WO 95/04609和第4,632,844號美國專利。順序等離子體表面處理也是已知的，例如以下方法首先用惰性氣體或氧的等離子體處理，然后用烴等離子體處理。例如，Peyman等的第4,312,575號美國專利公開了一種在硅氧烷或聚氨酯鏡片上提供防護(hù)覆蓋層的方法，其中在烴氣氛下使鏡片進(jìn)行電流輝光放電(等離子體)處理，接著在電流放電期間使鏡片在氧氣氣氛下處理，從而增加鏡片表面的親水性。
用氧化性等離子體，如O2(氧氣)、水、過氧化氫、空氣等，等離子體會蝕刻鏡片的表面，產(chǎn)生游離基和被氧化的官能團(tuán)。在用作單獨(dú)表面處理時，此等氧化作用使硅氧烷鏡片的表面更具親水性。但是，這種表面處理的覆蓋率有可能不完全，而且硅氧烷材料的體相性質(zhì)在鏡片的表面仍很明顯(如鄰近鏡片表面的硅氧烷分子鏈能夠旋轉(zhuǎn)，由此使疏水性基團(tuán)暴露于外表面)。發(fā)現(xiàn)所述覆蓋層較薄，而厚的覆蓋層會開裂。另一方面，烴等離子體在鏡片表面上沉積薄的碳層(例如幾埃至幾千埃厚)，由此在底部硅氧烷材料和外鏡片表面之間產(chǎn)生阻擋層。在鏡片上沉積薄的碳層形成阻擋層后，可使用等離子體氧化處理來增加該表面的親水性。
盡管已知表面處理對于改善非水凝膠硅氧烷接觸鏡片的表面性質(zhì)是有效的，但在水凝膠鏡片上使用此等處理方法卻遇到問題。硅氧烷水凝膠鏡片是在非水合狀態(tài)下進(jìn)行覆蓋，但隨后在制造期間以及使用前進(jìn)行水合。該水合作用使鏡片劇烈膨脹，通常膨脹約10-20％，這取決于鏡片的水含量。鏡片的膨脹經(jīng)常還使等離子體覆蓋層開裂、脫層(delamination)、和/或磨掉。另外，由于不允許適當(dāng)?shù)溺R片膨脹，等離子體覆蓋層有可能阻礙鏡片水合，并由此導(dǎo)致鏡片損壞。
許多專利公開了將親水或其它生物相容性聚合物鏈連接到接觸鏡片上以使這些鏡片更具生物相容性。例如，第5,652,014號美國專利公開了將基底胺化以后與其它聚合物如PEO星狀分子或硫酸化多糖反應(yīng)。這種方法的一個問題在于，由于難以將聚合物連接到硅氧烷基底上，這種聚合物鏈的密度是有限的。
美國專利5,344,701公開了通過等離子體將噁唑啉酮或吖內(nèi)酯單體連接到基底上。該發(fā)明用于合成或部位特異性分離，包括生物分子、診斷載體和酶膜反應(yīng)劑的親合力分離的表面調(diào)節(jié)或催化反應(yīng)。通過噁唑啉酮單體上烯不飽和物和由基底表面的等離子體形成的基團(tuán)的反應(yīng)而將噁唑啉酮基連接到多孔基底上。還可選擇用單體覆蓋該基底并與等離子體反應(yīng)以形成交聯(lián)的覆蓋層。然后可以將已連接到該表面的噁唑啉酮基用于連接生物學(xué)活性物質(zhì)如蛋白質(zhì)，因?yàn)閲f唑啉酮受胺、硫醇和醇的攻擊。Valint等人的第5,364,918號美國專利和Lai等人的第5,352,714號美國專利，公開了將噁唑啉酮單體用作接觸鏡片的內(nèi)濕潤劑，該試劑可以移往接觸鏡片的表面。
考慮到上述問題，需要為硅氧烷水凝膠接觸鏡片或者其他醫(yī)療裝置的表面找到一種光學(xué)上透明的親水覆蓋層，該覆蓋層提供良好的表面覆蓋率，具有持久性，而且不會磨掉或者脫層。另外，還希望所形成的覆蓋層能夠使接觸鏡片或者其他醫(yī)療裝置在長的時間內(nèi)更具舒適性和生物相容性，而且對于接觸鏡片而言，是同時可被眼淚濕潤和對氧高度滲透的覆蓋層。期望這種生物相容性的鏡片能連續(xù)配戴過夜，優(yōu)選一周或更長而對角膜沒有不良作用。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及硅氧烷接觸鏡片及其他硅氧烷醫(yī)療裝置的表面處理，包括改進(jìn)接觸鏡片的表面以增加其親水性或者可濕潤性的方法。表面處理包括用碳層覆蓋所述裝置，然后在碳層的表面上連接親水性聚合物鏈。碳層然后用等離子體處理，以形成包含氧、氮和/或硫的反應(yīng)性官能團(tuán)。反應(yīng)性親水聚合物中單體單元上的互補(bǔ)反應(yīng)性官能團(tuán)與碳層上的反應(yīng)性官能團(tuán)反應(yīng)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在沉積碳層之前，接觸鏡片表面用氧化性等離子體進(jìn)行預(yù)處理，以提高碳層的粘結(jié)性。本發(fā)明還涉及包括用此等方法制成的表面的醫(yī)療裝置。最后，本發(fā)明還包括可用于覆蓋的某些新化合物。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方案如實(shí)施例8所述進(jìn)行覆蓋的接觸鏡片的原子力顯微鏡(AFM)形貌圖(50μm2)，該鏡片是用包含二甲基丙烯酰胺(DMA)和乙烯基-4，4-二甲基-2-惡唑啉-5-酮(VDMO)的聚合物覆蓋的富馬酸酯硅氧烷水凝膠鏡片。
發(fā)明的詳細(xì)描述如上所述，本發(fā)明涉及硅氧烷醫(yī)療裝置的表面處理，所述醫(yī)療裝置包括接觸鏡片、眼內(nèi)鏡片和血管植入物，以提高它們的生物相容性。術(shù)語“硅氧烷”指所處理的材料是包含至少5重量％硅氧烷(-OSi-鏈)、優(yōu)選10-100重量％硅氧烷、更優(yōu)選30-90重量％硅氧烷的有機(jī)聚合物。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明可非常有利地用于接觸鏡片，無論其是硅氧烷水凝膠或者硅氧烷剛性透氣性材料。本發(fā)明對于連續(xù)配戴的硅氧烷水凝膠鏡片是特別有利的。水凝膠是一類眾所周知的材料，其包括水合的、經(jīng)交聯(lián)的聚合物體系，該體系包含平衡態(tài)的水。硅氧烷水凝膠通常具有超過約5重量％的水含量，而且更通常的是在約10-80重量％之間。此等材料通常是通過以下方法制得的使包含至少一種含硅氧烷的單體以及至少一種親水性單體的混合物聚合。含硅氧烷的單體或者親水性單體都可起到交聯(lián)劑的作用(交聯(lián)劑定義為具有多個可聚合的官能團(tuán)的單體)，或者可使用單獨(dú)的交聯(lián)劑。對于形成硅氧烷水凝膠，合適的含硅氧烷的單體在本領(lǐng)域中是已知的，而且在以下美國專利中給出了許多例子4,136,250、4,153,641、4,740,533、5,034,461、5,070,215、5,260,000、5,310,779、和5,358,995。
適合的含硅單體單元的例子包括龐大的聚硅氧烷基烷基(甲)丙烯酸單體。龐大的聚硅氧烷基烷基(甲)丙烯酸單體的例子是用以下式I表示的 其中X代表-O-或者-NR-；R18分別獨(dú)立地代表氫或甲基；R19分別獨(dú)立地代表低級烷基、苯基或者以下式代表的基團(tuán) 其中R19分別獨(dú)立地代表低級烷基或者苯基，h代表1-10。
一些優(yōu)選的龐大單體是甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷或者三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基甲基丙烯酸酯，有時稱為TRIS，以及三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基乙烯基氨基甲酸酯，有時稱為TRIS-VC。
此等龐大的單體可與硅氧烷大單體共聚，所述硅氧烷大單體是在分子的兩個或者更多個端部被不飽和基團(tuán)封端的聚(有機(jī)硅氧烷)。Deichert等人的第4,153,641號美國專利公開了例如各種不飽和基團(tuán)，包括丙烯酰氧基或者甲基丙烯酰氧基。
其他類的代表性含硅氧烷的單體包括含硅氧烷的乙烯基碳酸酯或者乙烯基氨基甲酸酯，如1，3-二[4-(乙烯基氧基羰基氧基)丁-1-基]四甲基-二硅氧烷、3-(三甲基甲硅烷基)丙基乙烯基碳酸酯、3-(乙烯基氧基羰基硫基)丙基-[三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷]、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基乙烯基氨基甲酸酯、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基烯丙基氨基甲酸酯、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基乙烯基碳酸酯、叔丁基二甲基甲硅烷氧基乙基乙烯基碳酸酯、三甲基甲硅烷基乙基乙烯基碳酸酯、以及三甲基甲硅烷基甲基乙烯基碳酸酯。
另一類含硅的單體是聚氨酯—聚硅氧烷大單體(有時也叫作預(yù)聚合物)，它們可以象傳統(tǒng)的氨基甲酸酯彈性體一樣具有硬—軟—硬段。這類硅氧烷氨基甲酸酯的例子已在許多出版物中公開，如Lai，Yu Chin在《聚合物應(yīng)用科學(xué)雜志》(Journal of Applied Polymer Science)第60卷1193-1199頁(1996)中發(fā)表的文章“龐大的聚硅氧烷基甲基丙烯酸烷基酯在聚氨酯—聚硅氧烷水凝膠中的作用(The Role of BulkyPolysiloxanylalkyl Methacryates in Poyurethane-Polysiloxane Hydro-gels)”。已公開的PCT申請WO 96/31792中公開了的一些此類例子，其在此整體被引入作為參考。硅氧烷氨基甲酸酯單體的其它例子可以用式II和式III表示(II) E(*D*A*D*G)a*D*A*D*E’；或(III) E(*D*G*D*A)a*D*G*D*E’式中，D表示具有6-30個碳原子的二價烷基、二價烷基環(huán)烷基、二價環(huán)烷基、二價芳基或二價烷基芳基；G表示具有1-40個碳原子且主鏈上含有醚、硫或胺基連接的二價烷基、二價環(huán)烷基、二價烷基環(huán)烷基、二價芳基或二價烷基芳基；*表示氨基甲酸酯或脲基連接；a至少是1；A代表下式IV所表示的二價聚合基團(tuán) 式中，每個RS獨(dú)立地表示具有1-10個碳原子、且在碳原子之間可以含有醚連接的烷基或氟代烷基；m′至少是1；p是一個數(shù)值，它使該部分的分子量處在400-10000之間；每個E和E′獨(dú)立地代表由式VI所表示的可聚合的有機(jī)不飽和基團(tuán) 式中，R23是氫或甲基；R24是氫、具有1-6碳原子的烷基，或者是-CO-Y-R26基團(tuán)，其中Y是-O-、-S-或-NH-；R26是具有1-12個碳原子的烷基；R25是具有1-10個碳原子的二價亞烷基；X表示-CO-或-OCO-；Z表示-O-或-NH-；Ar表示具有6-30個碳原子的芳香基；w為0-6；x是0或1；y是0或1；而z是0或1。
下式(VII)所表示的是含硅氧烷的氨基甲酸酯單體的優(yōu)選例子； 式中，m至少為1，優(yōu)選3或4；a至少為1，優(yōu)選1；p是一個能使該部分分子量達(dá)到400-10000的數(shù)，優(yōu)選至少為30；R27是雙異氰酸酯脫除一個異氰酸酯基團(tuán)后所形成的二價基團(tuán)，例如異佛爾酮二異氰酸酯的二價基團(tuán)；每個E”是下式所表示的基團(tuán) 另一類代表性的含硅單體包括氟代單體。此等單體已用于形成氟硅氧烷水凝膠，以降低沉積物在由該種材料制成的接觸鏡片上的累積，例如描述在第4,954,587、5,079,319和5,010,141號美國專利中。如第5,387,662和5,321,108號美國專利所述，發(fā)現(xiàn)使用具有某些氟代側(cè)鏈如-(CF2)-H的含硅單體可以提高親水性含硅單體單元之間的相容性。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，硅氧烷水凝膠材料包含(在共聚的本體單體混合物中)5-50重量％的一種或多種硅氧烷大單體，優(yōu)選為10-25重量％；5-75重量％的一種或多種聚硅氧烷基烷基(甲基)丙烯酸酯單體，優(yōu)選為30-60重量％；以及10-50重量的親水單體，優(yōu)選為20-40重量。親水性單體的例子包括但不限于包含烯屬不飽和內(nèi)酰胺的單體，如N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸和丙烯酸；丙烯酸取代的醇，如2-羥基乙基甲基丙烯酸酯和2-羥基乙基丙烯酸酯；以及丙烯酰胺，如甲基丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺；第5,070,215號美國專利中公開的碳酸乙烯基酯和氨基甲酸乙烯基酯單體；以及第4,910,277號美國專利中公開的惡唑啉酮單體。其它合適的親水單體對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
上述硅氧烷材料僅是示例性的，而且在各種出版物中已公開了可用作基底并且一直在研究用于接觸鏡片以及其他醫(yī)療裝置中的其他材料，它們也可根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行覆蓋產(chǎn)生有益的效果。
本發(fā)明的方法使用標(biāo)準(zhǔn)等離子體氧化和沉積法(也稱為“輝光放電法”)，以在醫(yī)療裝置上產(chǎn)生薄的、持久性的、親水性表面，該表面主要用于共價鍵連接預(yù)先形成的親水性聚合物。這種等離子體方法的例子可參見第4,143,949、4,312,575和5,464,667號美國專利。
雖然該方法在本領(lǐng)域中是已知的，但以下仍給予簡單綜述。等離子體表面處理涉及使電火花由低壓氣體中通過。電火花通常處于射頻(典型為13.56MHz)，但也可使用微波和其他頻率。電火花產(chǎn)生紫外(UV)輻射，除被氣態(tài)的原子和分子吸收外，產(chǎn)生帶能量的電子和離子、原子(基態(tài)和激發(fā)態(tài))、分子和游離基。因此，等離子體是處于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的原子和分子的復(fù)雜混合物，它們在開始放電后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。循環(huán)電場使得這些原子和分子相互碰撞，而且還與室壁以及待處理材料的表面碰撞。
已表明在沒有濺射幫助(濺射輔助的沉積)下用高能等離子體可通過等離子體在材料表面上沉積覆蓋層。在使用連續(xù)或者脈沖式等離子體時，合適的情況下可高至1000瓦，單體在低壓環(huán)境(0.005-5torr，優(yōu)選0.001-1.0torr)下由氣相沉積并聚合在基底上。例如，經(jīng)調(diào)制的等離子體可施用100毫秒，然后關(guān)閉。另外，已使用液氮冷卻將氣相中產(chǎn)生的蒸氣冷凝在基底上，并隨后使用等離子體使這些材料與基底進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。但是，等離子體不需要使用外部冷卻或者加熱來產(chǎn)生沉積。低或高功率(5-1000、優(yōu)選20-500瓦)的等離子體可均勻地覆蓋大多數(shù)耐化學(xué)的基底上，包括硅氧烷。
以下將針對接觸鏡片來描述本發(fā)明的方法，但該方法通常還可適用于硅氧烷醫(yī)療裝置。所述方法包括(a)使鏡片基底表面與C1-C10飽和或不飽和烴經(jīng)受等離子體聚合沉積，以在鏡片表面上形成聚合物含碳層(或者“碳層”)；(b)在碳層的表面上形成反應(yīng)性官能團(tuán)；以及(c)使碳層上的反應(yīng)性官能團(tuán)與反應(yīng)性親水聚合物上的互補(bǔ)性異氰酸或者開環(huán)反應(yīng)性官能團(tuán)反應(yīng)，由此在碳層表面上形成親水性聚合物鏈。
優(yōu)選的是，步驟(a)是如下進(jìn)行的使醫(yī)療裝置的表面經(jīng)受等離子體氧化反應(yīng)，使得在鏡片上更有效地接合經(jīng)聚合的烴覆蓋層，以便在鏡片水合時防止表面覆蓋層由鏡片脫層和/或開裂。如果是對硅氧烷水凝膠基底，預(yù)處理是特別優(yōu)選的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在隨后的等離子體聚合(即、沉積碳層)前使硅氧烷水凝膠鏡片材料經(jīng)受等離子體氧化處理，所制得的鏡片表面能夠更好地粘結(jié)隨后沉積在鏡片上的碳層。因此，例如鏡片最終是由已水合(此時鏡片通常膨脹10-20％)的水凝膠材料制成的，覆蓋層仍維持完整并粘結(jié)在鏡片上，形成更持久的覆蓋層，而且該覆蓋層耐受脫層或開裂。在步驟(a)中，在鏡片上沉積薄的烴覆蓋層，其必須更完全地覆蓋底部硅氧烷材料。在步驟(b)中，反應(yīng)性官能團(tuán)形成在碳層的表面上，由此形成用于親水性聚合物鏈的連接點(diǎn)。在步驟(c)中，官能化碳表面與反應(yīng)性親水聚合物接觸并反應(yīng)，在碳表面上連接親水性聚合物，由此使步驟(a)的碳覆蓋層具有親水性。在一個或多個位置處連接在碳表面上后，反應(yīng)性親水聚合物上仍未反應(yīng)的任何互補(bǔ)反應(yīng)性官能團(tuán)，可如下所述被水解。優(yōu)選的是，親水性聚合物平均以多個點(diǎn)連接在基底表面上，由此在表面上形成一個或多個圈。
如上所述，優(yōu)選對鏡片表面進(jìn)行初始氧化；例如，使用氧化反應(yīng)等離子體來初始氧化連續(xù)配戴的硅氧烷水凝膠鏡片，使得隨后的烴沉積物更好地粘附在鏡片上。鏡片的此等氧化可在由氧化性介質(zhì)組成的氣氛中完成，例如包含氧或氮的化合物氨、空氣、水、過氧化物、O2(氧氣)、甲醇、丙酮、烷基胺等，或者這些物質(zhì)的合適混合物，其中放電頻率為13.56MHz，功率優(yōu)選為20-500瓦，壓力優(yōu)選為0.1-1.0torr，時間優(yōu)選為約10秒-10分鐘或更長、更優(yōu)選約1-10分鐘。優(yōu)選的是，在初始氧化中使用相對較“強(qiáng)”的氧化性等離子體，例如使用從5％過氧化氫溶液中抽出的環(huán)境空氣。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉改進(jìn)或促進(jìn)隨后碳層粘結(jié)的其他方法。例如，用惰性氣體的等離子體也可促進(jìn)粘結(jié)。還可沉積含硅的單體以促進(jìn)粘結(jié)。
在步驟(a)中，在優(yōu)選但任選的氧化性表面處理后，鏡片表面在烴氣氛中經(jīng)受等離子體聚合反應(yīng)，以在鏡片上形成聚合物表面?？梢允褂萌魏文軌蛟诘入x子體環(huán)境下聚合的烴；但是在聚合反應(yīng)期間，烴必須為氣態(tài)的，而且在1個大氣壓下具有低于200C的沸點(diǎn)。優(yōu)選的烴包括具有1-15個碳原子的脂族化合物，其中包括飽和或不飽和的化合物。其例子包括但不限于C1-C15、優(yōu)選C1-C10烷烴、烯烴、或炔烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、乙烯、丙烯、丁烯、環(huán)己烷、戊烯、乙炔。也可使用C1-C8芳香化合物，如苯、苯乙烯、甲基苯乙烯等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，只要能夠形成等離子體，這些烴可以是經(jīng)取代或未經(jīng)取代的。
對碳覆蓋的基底，使用C1-C4烴在控制厚度、沉積速率、硬度等方面是有利的。但是對于水凝膠材料，C4-C8烴(例如丁烷、丁烯、異丁烯和1，3丁二烯)是優(yōu)選的，至少是對于形成水凝膠的基底，這是因?yàn)橛肅1-C3烴如甲烷制成的覆蓋層的揉性相對較差。此等覆蓋層在水凝膠基底于水或鹽水中膨脹時會而且更傾向于開裂，這不是令人希望的。在沉積等離子體氣體中使用更長的碳鏈產(chǎn)生揉性更高的覆蓋層。發(fā)現(xiàn)長碳鏈覆蓋層的膨脹性更高，特別是在覆蓋于鹽水或水中的水凝膠基底時。
發(fā)現(xiàn)至少是對于硅氧烷水凝膠，特別優(yōu)選使用二烯屬烴如異戊二烯和1，3-丁二烯，所產(chǎn)生的覆蓋層具有更高的揉性，而且在水中具有更高的膨脹性。對于在水合時較大膨脹的“高水”鏡片，揉性更高的覆蓋層是非常令人希望的。
烴覆蓋層可由等離子體例如在低壓氣氛(約0.001-5torr)中13.56MHz的射頻下沉積，功率為約10-1000瓦、優(yōu)選20-400瓦，時間為約30秒-10分鐘或者更長、更優(yōu)選30秒-3分鐘。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，其他等離子體條件也有可能是合適的，例如使用脈沖等離子體。
如果所形成的烴覆蓋層過厚，會導(dǎo)致模糊，形成霧狀鏡片。另外，由于鏡片和覆蓋層之間的膨脹差異，過厚的覆蓋層還干擾鏡片水合作用，使鏡片裂開。因此，烴層的厚度應(yīng)低于約500埃，優(yōu)選在約25-500埃之間，更優(yōu)選為50-200埃。該厚度是通過XPS分析測定的。
有各種方法將聚合物鏈連接在碳層上，包括等離子體氧化或者其他提供能夠與聚合物反應(yīng)的表面反應(yīng)性官能團(tuán)的方法。優(yōu)選的是，使用含氮的氣體在碳層上形成胺基。(但是，含氧或硫的氣體也可用于在碳層上形成含氧或硫的基團(tuán)，例如羥基或硫化物基團(tuán))。因此，碳層被賦予反應(yīng)性(被官能化)，以促進(jìn)親水性聚合物共價鍵地連接在表面上。
為在碳層上產(chǎn)生反應(yīng)性官能團(tuán)，所述氧化反應(yīng)優(yōu)選使用包含氧化性介質(zhì)的氣體組合物，所述氧化性介質(zhì)例如是氨、乙二胺、C1-C8烷基胺、肼、或者氣體氧化性化合物。優(yōu)選的是，烴層的氧化在以下條件下進(jìn)行約10秒-10分鐘或更長、更優(yōu)選1-10分鐘放電頻率為13.56MHz，功率為10-100瓦、優(yōu)選20-500瓦，壓力為約0.1-1.0torr。可一次性對鏡片基底的兩側(cè)進(jìn)行處理，或者每一側(cè)順序處理。
親水的反應(yīng)性聚合物可以是包含一種或多種非反應(yīng)性親水單體的單體與一種或多種反應(yīng)性官能單體的反應(yīng)產(chǎn)物。在此情況下，反應(yīng)性官能單體單元互補(bǔ)性地與具有反應(yīng)性官能團(tuán)的表面反應(yīng)，例如通過等離子體氧化反應(yīng)形成的。此等反應(yīng)性官能單體可包括包含一種或多種以下基團(tuán)的單體氰酸基(-CNO)、或者各種開環(huán)反應(yīng)性基團(tuán)，例如吖內(nèi)酯、環(huán)氧基、酸酐等。
親水的反應(yīng)性聚合物可是包含反應(yīng)性單體單元的均聚物或者共聚物，所述單體單元包含異氰酸基或者開環(huán)反應(yīng)性官能團(tuán)。雖然這些反應(yīng)性單體單元也可以是親水性的，但親水的反應(yīng)性聚合物也可是反應(yīng)性單體單體與一種或多種各類非反應(yīng)性親水單體單元的共聚物。在親水性聚合物中也可存在非常少量的疏水性單體單元，而且事實(shí)上這在通過促進(jìn)溶液中的反應(yīng)性親水聚合物聚集來形成更厚的覆蓋層方面是有利的。開環(huán)單體包括吖內(nèi)酯官能單體、環(huán)氧官能單體和酸酐官能單體。
可使用反應(yīng)性親水聚合物的混合物。例如，連接在含碳層上的親水性聚合物鏈可以是以下聚合物的混合物產(chǎn)生的(a)第一反應(yīng)性親水聚合物，在該親水性聚合物的單體單元中具有反應(yīng)性官能團(tuán)，該官能團(tuán)與含碳層上的反應(yīng)性官能團(tuán)互補(bǔ)，以及(b)第二反應(yīng)性親水聚合物，該聚合物具有補(bǔ)充的反應(yīng)性官能團(tuán)，該官能團(tuán)可與第一反應(yīng)性親水聚合物反應(yīng)。包括環(huán)氧官能聚合物以及酸官能聚合物的混合物可同時或者順序地施用在待覆蓋的基底上，發(fā)現(xiàn)可提供相對較厚的覆蓋層。
優(yōu)選的是，反應(yīng)性親水聚合物包括1-100mol％的反應(yīng)性單體單元，更優(yōu)選5-50mol％，最優(yōu)選10-40mol％。聚合物可包括0-99mol％的非反應(yīng)性親水單體單元，優(yōu)選50-95mol％，更優(yōu)選60-90mol％(反應(yīng)性單體一旦反應(yīng)后，也可以是親水性的，但從定義上不包括非反應(yīng)性的親水單體)。疏水性的其他單體單元也可任選地以最多35mol％、優(yōu)選0-20mol％、最優(yōu)選0-10mol％的量使用。疏水性單體的例子是甲基丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸氟代烷基酯、長鏈丙烯酰胺如辛基丙烯酰胺等。親水性單體可以是非質(zhì)子類型的，如丙烯酰胺(N，N-二甲基丙烯酰胺，DMA)、內(nèi)酯如N-乙烯基吡咯烷酮、以及聚(烯化氧)如甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯，或者是質(zhì)子類型的，如甲基丙烯酸或者甲基丙烯酸羥烷基酯如甲基丙烯酸羥乙基酯。親水性單體也可包括兩性離子如N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰氧基乙基-N-(3-磺基丙基)-銨甜菜堿(SPE)和N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰胺基丙基-N-(3-磺基丙基)-銨甜菜堿(SPP)。
反應(yīng)性親水聚合物的重均分子量可適當(dāng)?shù)卦?00-1000000之間，優(yōu)選為1000-500000，最優(yōu)選為約5000-100000。
如上所述，反應(yīng)性親水聚合物可包含衍生于吖內(nèi)酯官能單體、環(huán)氧官能單體以及酸酐官能單體的單體單元。例如，用于覆蓋鏡片的環(huán)氧官能的反應(yīng)性親水聚合物可以是包含甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)單體單元的共聚物，該單體單元將與碳層上的胺反應(yīng)性官能團(tuán)等反應(yīng)。酸酐官能的反應(yīng)性親水聚合物的優(yōu)選例子包括衍生于諸如馬來酸酐和衣康酸酐之單體的單體單元。
通常情況下，在反應(yīng)性親水聚合物中環(huán)氧官能的反應(yīng)性基團(tuán)或者酸酐官能的反應(yīng)性基團(tuán)與通過等離子體氧化反應(yīng)在碳層上形成的伯胺(－NH2)基團(tuán)或者其他反應(yīng)性官能團(tuán)反應(yīng)。雖然優(yōu)選胺反應(yīng)性官能團(tuán)，但也可以使用含氧的基團(tuán)，優(yōu)選存在酸性催化劑，如4-二甲基氨基吡啶，以加速室溫下的反應(yīng)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員是可以理解的。一般而言，在反應(yīng)性親水聚合物中存在的吖內(nèi)酯或者異氰酸官能團(tuán)可類似地與碳層上的胺或者羥基等反應(yīng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，預(yù)先形成的(不可聚合的)親水性聚合物包含衍生于至少一種開環(huán)單體或者含異氰酸基的單體的重復(fù)單元，該親水性聚合物共價鍵地與醫(yī)療裝置表面上的反應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)，所述醫(yī)療裝置例如是接觸鏡片基底。典型地，反應(yīng)性親水聚合物沿聚合物鏈在一個或多個位置處連接在所述基底上。連接后，反應(yīng)性親水聚合物中任何未反應(yīng)的反應(yīng)性官能團(tuán)可被水解為非反應(yīng)性基團(tuán)。
用于形成反應(yīng)性親水聚合物的合適親水性單體通常包括水溶性的常規(guī)乙烯基單體，如以下結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯 其中R2是氫或者甲基，R3是氫或者是最多具有10個碳原子并被一個或多個水增溶性基團(tuán)取代的脂族烴基，所述增溶性取代基例如是羧基、羥基、氨基、低級烷基氨基、低級二烷基氨基、具有2-100個重復(fù)單元的聚環(huán)氧乙烷基團(tuán)，或者被一個或多個硫酸、磷酸、磺酸、膦酸、羧酰胺基、磺酰胺基或者磷酰胺基或它們的組合取代，R3優(yōu)選是寡聚物或者聚合物，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚(亞乙基-亞丙基)二醇、聚(甲基丙烯酸羥乙基酯)、聚(二甲基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚砜、聚(乙烯醇)、聚丙烯酰胺、聚(丙烯酰胺-丙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸)鈉、聚(環(huán)氧乙烷)、聚(環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷)、聚(乙醇酸)、聚(乳酸)、聚(乙烯吡咯烷酮)、纖維素、多糖、它們的混合物以及它們的共聚物；以下式的丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺 其中R2和R3與上述定義相同；以下式的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺 其中R4是具有1-3個碳原子的低級烷基，而R2與上述定義相同；以下式的馬來酸酯和富馬酸酯R3OOCH＝CHCOOR3其中R3與上述定義相同；以下式的乙烯基醚H2C＝CH-O-R3其中R3與上述定義相同；以下式的脂族乙烯基化合物R2CH＝CHR3其中R2與上述定義相同，而R3也與上述定義相同，但條件是R3不是氫；以及乙烯基取代的雜環(huán)化合物，如乙烯基吡啶、哌啶和咪唑類化合物以及N-乙烯基內(nèi)酰胺類化合物如N-乙烯基-2-吡咯烷酮。
有用的水溶性單體包括2-羥基乙基-、2-和3-羥基丙基-、2，3-二羥基丙基、聚乙氧基乙基-和聚乙氧基丙基-丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基-和N，N-二乙基氨基乙基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯以及相應(yīng)的丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；2-和4-乙烯基吡啶；4-和2-甲基-5-乙烯基吡啶；N-甲基-4-乙烯基哌啶；2-甲基-1-乙烯基咪唑；N，N-二甲基烯丙基胺；二甲基氨基乙基乙烯基醚；N-乙烯基吡咯烷酮；丙烯酸和甲基丙烯酸；衣康酸、巴豆酸、富馬酸和馬來酸以及它們的低級羥烷基單和二酯，如2-羥基乙基富馬酸酯和馬來酸酯、丙烯酸鈉和甲基丙烯酸鈉；2-甲基丙烯酰氧基乙基磺酸和烯丙基磺酸。
如上所述，也可使用疏水性單體，而且對于在溶液中形成分散的聚合物聚集物是有利的，這已為聚合物溶液中的濁度證實(shí)。此等聚集物也在經(jīng)覆蓋的醫(yī)療裝置的原子力顯微鏡圖象中觀察到。
合適的疏水性共聚單體包括非水溶性的常規(guī)乙烯基單體，如以下通式的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯 其中R2與上述定義相同，而R5是最多具有20個碳原子的直鏈或支鏈脂族、環(huán)脂族或芳香基團(tuán)，而且該基團(tuán)可以是未經(jīng)取代的或者被一種或多種以下基團(tuán)取代最多具有12個碳原子的烷氧基、烷酰基氧基或烷基、或者鹵素，鹵素優(yōu)選是氯或者優(yōu)選氟，或2-100個單元的C2-C5聚亞烷基氧，或者寡聚物，如聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、或者聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯)，或者它們的混合物及共聚物；以下通式的丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺 其中R2和R5與上述定義相同；以下式的乙烯基醚H2C＝CH-O-R5其中R5與上述定義相同；以下式的乙烯基酯H2C＝CH-OCO-R5其中R5與上述定義相同；以下式的馬來酸酯和富馬酸酯R5OOC-HC＝CH-OOOR5其中R5與上述定義相同；以下式的乙烯基取代的烴R2CH＝CHR5其中R2和R5與上述定義相同。
合適的疏水性單體包括例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、乙氧基乙基、甲氧基乙基、乙氧基丙基、苯基、芐基、環(huán)己基、六氟異丙基或正辛基—丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯以及相應(yīng)的丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；富馬酸二甲酯，馬來酸二甲酯，富馬酸二乙酯，甲基乙烯基醚，乙氧基乙基乙烯基醚，乙酸乙烯基酯，丙酸乙烯基酯，苯甲酸乙烯基酯，丙烯腈，苯乙烯，α-甲基苯乙烯，1-己烯，氯乙烯，乙烯基甲基酮，硬脂酸乙烯基酯，2-己烯和2-乙基己基甲基丙烯酸酯。
反應(yīng)性親水聚合物是按照已知的方法由相應(yīng)的單體(術(shù)語“單體”在此包括大單體)通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的聚合反應(yīng)合成的。典型地，反應(yīng)性親水聚合物或鏈?zhǔn)侨缦滦纬傻?1)混合單體，(2)添加聚合引發(fā)劑；(3)使單體/引發(fā)劑混合物進(jìn)行紫外照射或者光化照射，然后固化所述混合物。典型的聚合反應(yīng)引發(fā)劑包括產(chǎn)生游離基的聚合反應(yīng)引發(fā)劑，例如過氧化乙酰、過氧化月桂酰、過氧化癸酰、過氧化椰子酰(coprylyl)、過氧化苯甲酰、過氧新戊酸叔丁酯、過碳酸鈉、過辛酸叔丁酯和偶氮二異丁腈(AIBN)。還可以使用諸如二乙氧基苯乙酮的紫外游離基引發(fā)劑。當(dāng)然其固化方法取決于所用的引發(fā)劑和共聚單體混合物的物理特征如粘度。在任何情況下，所用的引發(fā)劑的水平將在單體混合物的0.01-2重量％范圍內(nèi)變化。通常，加入游離基形成物來加熱上述單體的混合物。
形成反應(yīng)性親水聚合物的聚合作用可以在存在或不存在溶劑的情況下進(jìn)行。適宜的溶劑大體上為所有溶解所用單體的溶劑，例如水；醇如低級醇，比如乙醇和甲醇；羧基酰胺如二甲基甲酰胺、偶極質(zhì)子惰性溶劑如二甲基亞砜或甲基乙基酮；酮如乙酮或環(huán)己酮；烴如甲苯；醚如THF、二甲氧基乙烷或二噁烷；鹵代烴如三氯乙烷；和適宜的溶劑的混合物，如水和醇的混合物，例如水/乙醇或水/甲醇混合物。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，可以通過將該基底浸入含有反應(yīng)性親水聚合物的溶液中而將該接觸鏡片或其它醫(yī)療裝置與該反應(yīng)聚合物接觸。例如，可以將該接觸鏡片放置或浸入處在適宜介質(zhì)如質(zhì)子惰性溶劑如乙腈中的該反應(yīng)性親水聚合物或共聚物溶液。
如以上所述，本發(fā)明涉及將反應(yīng)性親水聚合物連接到醫(yī)療裝置上，該聚合物包括含異氰酸酯單體單元或開環(huán)單體單元。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，該開環(huán)反應(yīng)性單體具有由下式表示的吖內(nèi)酯基團(tuán) 其中R3和R4獨(dú)立地為具有1-14個碳原子的烷基、具有3-14個碳原子的環(huán)烷基、具有5-12個環(huán)原子的芳香基、具有6-26個碳原子的芳烯基，和0-3個選自S、N和O的非過氧化雜原子；或者R3和R4與它們連接的碳共同形成含有4-12個環(huán)原子的碳環(huán)，而n為整數(shù)0或1。這種單體單元公開在Valint等人的第5,177,165號美國專利中。
這種反應(yīng)性官能團(tuán)的環(huán)結(jié)構(gòu)易與待處理的基底表面的互補(bǔ)反應(yīng)性官能團(tuán)發(fā)生親核開環(huán)反應(yīng)。例如，該吖內(nèi)酯官能團(tuán)可以與上述的伯胺、羥基或基底上的酸反應(yīng)而在基底和反應(yīng)性親水聚合物之間在沿該聚合物方向的一或多個位置形成共價鍵。多個連接可以在基底上形成一系列聚合物環(huán)，其中各個環(huán)包括連接在該基底兩端的親水鏈。
用于制備反應(yīng)性親水聚合物的吖內(nèi)酯官能性單體可以是任何單體、預(yù)聚物或低聚物，包括上式的吖內(nèi)酯官能團(tuán)與該吖內(nèi)酯連接的不飽和烴上的乙烯基組合。優(yōu)選采用2-烯基吖內(nèi)酯單體而在該親水聚合物上提供吖內(nèi)酯官能團(tuán)。2-烯基吖內(nèi)酯單體為已知的化合物，例如其合成如在第4,304,705、5,081,197和5,091,489號美國專利(都是Heilmann等人)中所述，在此引用上述專利的公開內(nèi)容作為參考。適宜的2-烯基吖內(nèi)酯包括2-乙烯基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-乙烯基-4-甲基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4-甲基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-乙烯基-4，4-二甲基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4，-二甲基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-乙烯基-4-甲基-乙基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4-甲基-4-丁基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-乙烯基-4，4-二丁基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4-甲基-4-月桂基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4，4-二苯基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4，4-亞戊基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4，4-亞丁基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-乙烯基-4，4-二乙基-1，3-噁唑啉-5-酮，
2-乙烯基-4-甲基-4-壬基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-甲基-4-苯基-1，3-噁唑啉-5-酮，2-異丙烯基-4-甲基-4-芐基-1，3-噁唑啉-5-酮，和2-乙烯基-4，4-亞戊基-1，3-噁唑啉-5-酮。
更優(yōu)選該吖內(nèi)酯單體為以下通式表示的化合物 其中R1和R2獨(dú)立地表示氫原子或具有1-6個碳原子的低級烷基，而R3和R4獨(dú)立地表示具有1-6個碳原子的烷基或具有5或6個碳原子的環(huán)烷基。具體的實(shí)例包括2-異丙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮(IPDMO)、2-乙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮(VDMO)、螺-4′-(2′-異丙烯基-2′-噁唑啉-5-酮)環(huán)己烷(IPCO)、環(huán)己烷-螺-4′-(2′-乙烯基-2′-噁唑-5′-酮)(VCO)和2-(-1-丙烯基)-4，4-二甲基-噁唑-5-酮(PDMO)等等。
這些化合物可以按一般反應(yīng)程序制備 第一步為氨基酸的Shotten-Bauman?；?。使用丙烯?；蚣谆；纫肟删酆系墓倌軋F(tuán)。第二步涉及用氯甲酸酯閉環(huán)以得到期望的噁唑啉酮。采用常規(guī)的有機(jī)化學(xué)方法分離和純化產(chǎn)物。
如上所述，該化合物可以與親水和/或疏水共聚單體共聚形成反應(yīng)性親水聚合物。在連接到期望的基底上以后，任何未反應(yīng)的噁唑啉酮基團(tuán)可以接著被水解以將噁唑啉酮組分轉(zhuǎn)化成氨基酸。一般而言，水解步驟按照以下的一般反應(yīng) R1和R2基團(tuán)之間的碳—碳以鍵顯示為未反應(yīng)，但當(dāng)被共聚成聚合物時可以發(fā)生反應(yīng)。
用于與吖內(nèi)酯官能部分共聚以形成用于覆蓋醫(yī)療裝置的反應(yīng)性親水聚合物的單體的非限制性的實(shí)例包括上述，優(yōu)選二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙基酯(HEMA)、和/或N-乙烯基吡咯烷酮。進(jìn)一步的共聚單體的實(shí)例公開在歐洲專利公開0 392 735中，引用其說明書作為參考。優(yōu)選將二甲基丙烯酰胺用作共聚單體以賦予共聚物親水性。
這種吖內(nèi)酯官能性單體可以與各種重量組成百分比的其它單體共聚。將類似競聚率的單體應(yīng)用于吖內(nèi)酯單體將形成隨機(jī)的共聚物。共聚作用的競聚率的測定公開在Odian，Principes of Polymerization，第2版，John Wiley & Sons，第425-430頁(1981)中，本文引用其說明書作為參考。可選擇將具有更高反應(yīng)性的共聚單體應(yīng)用于吖內(nèi)酯，將趨于形成在鏈終端附近具有更高濃度的吖內(nèi)酯官能團(tuán)的嵌段共聚物鏈。
雖然具有至少一個游離基聚合部位的吖內(nèi)酯官能性預(yù)聚物或低聚物不優(yōu)選作為單體，但它還可以用于給本發(fā)明的反應(yīng)性親水聚合物提供吖內(nèi)酯官能團(tuán)。例如吖內(nèi)酯官能性低聚物由吖內(nèi)酯單體游離基與可選擇的在第4,378,411和4,695,608號美國專利中所述的共聚單體聚合制備，本文引用其作為參考。吖內(nèi)酯官能性低聚物和預(yù)聚物的非限制性實(shí)例公開在第4,485,236和5,081,197號美國專利以及歐洲專利公開0 392 735，本文引用其全部作為參考。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，反應(yīng)性親水聚合物中的開環(huán)反應(yīng)性基團(tuán)為環(huán)氧官能團(tuán)。優(yōu)選的環(huán)氧官能性單體為含環(huán)氧乙烷的單體如甲基丙烯酸縮水甘油酯、4-乙烯基-1-環(huán)己烯-1，2-環(huán)氧化物等等，但可以使用其它含環(huán)氧單體。
在本發(fā)明的另一個方面中，公開了如上所述的某些共聚物，并發(fā)現(xiàn)這些共聚物可用于覆蓋應(yīng)用中。所述共聚物包含約5-50重量％衍生于官能性反應(yīng)性單體的單體單元，所述反應(yīng)性單體選自于包含環(huán)氧基、吖內(nèi)酯和酸酐的單體，以及50-95重量％衍生于非反應(yīng)性親水單體的單體單元，所述的親水單體選自于以下組中丙烯酰胺、內(nèi)酯、聚(烯化氧)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸或羥烷基甲基丙烯酸酯，其中烷基或烯基具有1-6個碳原子。如上所述，共聚物進(jìn)一步包含0.5-35重量％衍生于疏水性單體的單體單元，其可在溶液中形成分散的聚合物聚集體，以提供更厚或更密實(shí)的覆蓋層。
反應(yīng)性親水聚合物可連接在用常規(guī)制造方法制造的醫(yī)療裝置上。例如，用于本發(fā)明的接觸鏡片可以采用各種常規(guī)技術(shù)來制造，使其具有所需的前鏡表面和后鏡表面。第3,408,429和3,660,545號美國專利公開了旋轉(zhuǎn)鑄造法；優(yōu)選的是第4,113,224和4,197,266號美國專利中公開的靜態(tài)鑄造法。通常，在單體混合物固化后要進(jìn)行機(jī)械加工，以使接觸鏡片具有所需的最終形態(tài)。例如，在第4,555,732號美國專利中公開了一種方法，它采用旋轉(zhuǎn)鑄造法將過量的單體混合物澆鑄到模中固化，形成所需的前鏡表面形狀和相對較大的厚度。然后把固化的旋轉(zhuǎn)鑄造件車削出所需的后鏡表面形狀，得到具有所需厚度和后鏡表面形狀的接觸鏡片。在車削出鏡片表面形狀后，還可以進(jìn)行其它機(jī)械加工，如磨邊加工。
在生產(chǎn)出具有最終所需形狀的鏡片后，最好在進(jìn)行磨邊加工前從鏡片中除去殘留的溶劑。這是因?yàn)樵谄鹗嫉膯误w混合物中一般包含有機(jī)稀釋劑，以便使得由上述單體混合物聚合而得的聚合產(chǎn)物的相分離達(dá)到最小，同時也為了降低反應(yīng)的聚合混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而使得固化過程更為充分有效，最終形成更為均勻的聚合產(chǎn)物。對于硅氧烷水凝膠來說，起始單體混合物和聚合產(chǎn)物具有足夠的均勻度都特別重要，主要因?yàn)楹柩跬榈膯误w傾向于與親水單體相互分離。例如，合適的有機(jī)稀釋劑包括單元醇，特別優(yōu)選的是C6-C10直鏈脂族單元醇如正己醇和正壬醇；二元醇如乙二醇；多元醇如甘油；醚類如二乙二醇單乙基醚；酮類如甲乙酮；酯類如庚酸甲酯；和烴類如甲苯。優(yōu)選地，有機(jī)稀釋劑具有足夠的揮發(fā)性，以便在室溫或接近室溫下容易地從固化件中揮發(fā)脫除。通常，稀釋劑占單體混合物重量的5-60重量％，優(yōu)選為10-50重量％。
然后使固化鏡片脫除溶劑，該過程可以通過在大氣壓力或接近大氣壓力或真空下進(jìn)行蒸發(fā)得以完成。提高溫度可以縮短蒸發(fā)稀釋劑所需的時間。溶劑脫除步驟中的時間、溫度和壓力條件隨稀釋劑和特定單體組份的揮發(fā)性的不同而不同，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這很容易確定。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，溶劑脫除步中的溫度優(yōu)選為至少50℃，如60-80℃。可以在惰性氣氛或真空下用線性爐的一系列加熱循環(huán)來優(yōu)化溶劑脫除的效率。溶劑脫除之后，固化件中所含的溶劑不超過20重量％。，優(yōu)選不超過5重量％或更少。
在脫除有機(jī)稀釋劑之后，鏡片進(jìn)行脫模和任選的機(jī)械加工。例如，機(jī)械加工步驟包括打磨鏡片的邊緣和/或表面。通常，此類機(jī)械加工過程既可在鏡片脫模前進(jìn)行，也可在脫模后進(jìn)行。優(yōu)選的是從模具中將鏡片干脫模，即利用真空鑷將鏡片從模具中取出，之后用機(jī)械鑷將鏡片移至第二套真空鑷中，并用旋轉(zhuǎn)表面進(jìn)行打磨，磨平其表面和邊緣。然后將鏡片翻過來，加工鏡片的另一邊。
在脫模/機(jī)械加工之后，鏡片進(jìn)行如上所述根據(jù)本發(fā)明的表面處理，包括等離子體聚合形成碳層以及隨后連接親水的反應(yīng)性聚合物鏈。
等離子體處理包括使電火花由低壓氣體中通過，優(yōu)選為射頻頻率(一般為13.56MHz)。如上所述，電火花被氣態(tài)的原子和分子所吸收，從而形成能與接觸鏡片表面發(fā)生相互作用的等離子體。
由低能放電引發(fā)后，等離子體中的帶能的自由電子之間發(fā)生相互碰撞形成離子、激發(fā)的分子和自由基。這些物種一旦形成，在氣相中就會相互反應(yīng)，同時也會進(jìn)一步與處于基態(tài)的分子發(fā)生反應(yīng)。等離子體處理可以理解為涉及高能氣體分子的、能量依賴性的過程。要在鏡片的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就需要處于帶電狀態(tài)的、具有粒子能量的物種(原子和分子)。射頻頻率的等離子體可以產(chǎn)生高能物種的分布。一般地，“粒子能量”是指高能物種能量的所謂波爾茲曼型分布的平均值。在低密度等離子體中，電子能量的分布和維持等離子體的電場強(qiáng)度與放電壓力之比(E/p)有關(guān)。等離子體功率密度P是功率、壓力、氣體流率等的函數(shù)，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是容易理解的。此處所涉及的等離子體的背景技術(shù)包括如下A.T.Bell，Proc.Intl.Conf.Phenom.Ioniz.Gases，“非平衡態(tài)等離子體的化學(xué)反應(yīng)(Chemical Reaction in NonequilibriumPlasmas)”，19-33(1977)；J.M.Tibbitt，R.Jensen，A.T.Bell，M.Shen，Macromolecules，“等離子體聚合的動力學(xué)模型(A Model for the Kineticsof Plasmas Polymerization)”，3，648-653(1977)；J.M.Tibbitt，M.Shen，A.T.Bell，J.Macromol.Sci.-Chem.，“等離子體聚合烴類的結(jié)構(gòu)表征(Sturctural Characterization可Plasmas-polymerized Hydrocarbons)”，A10，1623-1648(1976)；C.P.Ho，H.Yasuda，J.Biomed.Mater.Res.，“用于硅氧烷接觸鏡片表面的、超薄的甲烷等離子體聚合物覆蓋層(Ultrathincoating of plasma polymer of methane applied on the surface of siliconecontact lenses)”，22，919-937(1988)；H.Kobayashi，A.T.Bell，M.Shen，Macromolecules，“飽和與不飽和烴類的等離子體聚合(PlasmaPolymerization of Saturated and Unsaturated Hydrocarbons)”，3，277-283(1974)；R.Y Chen，第4,143,949號美國專利，1979年3月13日，“一種在疏水性接觸鏡片上涂覆親水覆蓋層的方法(Process for Putting aHydrophilic Coating on a Hydropho-bic Contact lens )”；和H.Yasuda，H.C.Marsh，M.O.Bumgarner，N.Morosoff，J.of Appl.Poly.Sci.，“有機(jī)化合物在無電輝光放電中的聚合-VI.乙炔與非常規(guī)的共聚單體(Polymerizationof Organic Compounds in an Electroless Glow Discharge.VI.Acetylene withUnusual Co-monomers)”，19，2845-2858(1975)。這些文獻(xiàn)在此并入作為參考。
根據(jù)等離子體技術(shù)領(lǐng)域先前的工作，可以理解改變壓力和放電功率對于表面改善速率的影響。通常，壓力增加，該速率就會減少。因而當(dāng)壓力增加時，E/p值即維持等離子體的電場強(qiáng)度與氣體壓力的比值，就會減少，并導(dǎo)致平均電子能量降低。電子能量的降低又會使得所有電子-分子碰撞過程的速率常數(shù)降低。壓力增加的另一個后果是電子密度降低。假定壓力保持恒定，那么電子密度和功率之間應(yīng)呈線性關(guān)系。
實(shí)際上，接觸鏡片的表面處理是將非水合態(tài)的接觸鏡片置于電輝光放電反應(yīng)器中(如真空室中)。這樣的反應(yīng)器可以商購得到。鏡片可以放置于反應(yīng)器的鋁托盤上(可以起到一個電極的作用)，或者其它可以調(diào)節(jié)鏡片位置的支承裝置上。采用特殊的支承裝置使得鏡片兩邊都可進(jìn)行表面處理，這在現(xiàn)有技術(shù)是已知的，本發(fā)明也可以采用。
在對鏡片進(jìn)行等離子體處理后，將覆蓋碳的鏡片浸沒在包含如上所述的反應(yīng)性親水聚合物的溶液中。申請人在以下實(shí)施例中給出了在硅氧烷鏡片或者其他醫(yī)療裝置上形成覆蓋層的最佳方式。
表面處理之后，鏡片進(jìn)行提取，除去鏡片中的殘留物。一般情況下，在制造接觸鏡片時，某些單體混合物沒有完全聚合。這些聚合過程中沒有完全聚合的材料可能會影響光學(xué)透明度，或者可能對眼睛有害。殘留物質(zhì)可能包括在前面溶劑脫除步中沒有完全脫除的溶劑、單體混合物中沒有反應(yīng)的單體、作為聚合過程副產(chǎn)物的低聚物、或者甚至包括從制造鏡片的模具中遷移而來的添加劑。
從接觸鏡片聚合材料中提取這類殘留物質(zhì)的常規(guī)方法包括用醇類溶液提取數(shù)小時(提取疏水性殘留物質(zhì))后，再用水提取(提取親水的殘留物質(zhì))。某些醇類提取液保留在接觸鏡片聚合材料的聚合網(wǎng)絡(luò)中，在鏡片可以安全、舒適地戴用前，應(yīng)當(dāng)從鏡片材料中提取除去。從鏡片中提取醇類時可以用熱水提取數(shù)小時。提取應(yīng)當(dāng)進(jìn)可能徹底，因?yàn)闅埩粑镔|(zhì)不能從鏡片中徹底提取，可能對鏡片的壽命有負(fù)影響。另外，這類殘留物會影響光學(xué)透明度以及鏡片表面所需的均勻親水性，從而影響鏡片的性能和舒適度。很重要的是，在選擇提取液時，無論如何不能影響鏡片的光學(xué)透明度。光學(xué)透明度是目視探測鏡片時主觀所觀察到的透明程度。
在提取之后，鏡片進(jìn)行水合，其中鏡片用水、緩沖鹽溶液或類似物完全水合。當(dāng)鏡片最終完全水合時(一般鏡片可能溶脹約10-20％或更多)，覆蓋層保持完整并與鏡片緊密粘結(jié)在一起，從而提供了耐用、親水、抗脫層的覆蓋層。
在水合之后，鏡片可以進(jìn)行外觀檢查，此處，受過訓(xùn)練的檢察員檢查接觸鏡片的透明度以及是否存在缺陷如洞、顆粒、氣泡、裂痕、磨痕。優(yōu)選在10倍放大下進(jìn)行檢查。鏡片經(jīng)過外觀檢查之后，就要準(zhǔn)備包裝，即把鏡片裝于小瓶、塑料泡罩或其它容器中，使得鏡片可以在無菌條件下送達(dá)用戶。最后，包裝好的鏡片進(jìn)行滅菌。滅菌可以采用常規(guī)的壓熱滅菌，優(yōu)選采用氣壓滅菌循環(huán)，有時也叫氣—汽混合物循環(huán)，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。壓熱滅菌優(yōu)選在100-200℃下進(jìn)行10-120分鐘。滅菌之后，滅過菌的鏡片在儲存之前要對其尺寸大小進(jìn)行檢查。
用以下實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)，但是，這些實(shí)施例中的具體材料及其量、以及其他條件和細(xì)節(jié)，不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
表1
表中的各物質(zhì)是指TRIS-VC三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基乙烯基氨基甲酸酯NVPN-乙烯基吡咯烷酮V2D25美國專利5,534,604中所述的含硅氧烷的乙烯基碳酸酯VINAL N-乙烯基氧基羰基丙氨酸DarocurDarocur-1173，一種紫外引發(fā)劑著色劑 1，4-雙[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌使用該材料，在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行表面改善前如下制造接觸鏡片。按上述配方制成的硅氧烷水凝膠鏡片用聚丙烯模具進(jìn)行澆鑄成模。在惰性氣氛下，取45微升的上述配方注射到干凈的聚丙烯凹型半模中，然后蓋上相應(yīng)的聚丙烯凸型半模。用70psi的壓力壓緊兩個半模，混合物在紫外線(紫外光度計(jì)測定為6-11mW/cm2)下固化約15分鐘。再將模暴露在紫外線下約5分鐘。除去上面的半模，鏡片置于鼓風(fēng)爐中3小時，并維持溫度60℃，以除去正壬醇。隨后，鏡片邊緣在2300rpm轉(zhuǎn)速下以60g的力球磨10秒鐘。
表2
表中的各物質(zhì)是指TRIS 三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基甲基丙烯酸酯DMA N，N-二甲基丙烯酰胺聚氨酯 美國專利5,034,461中所述的含硅氧烷的交聯(lián)樹脂Irgacure-819 一種紫外引發(fā)劑IMVT 一種著色劑，即、1，4-雙[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌表3
表中的各物質(zhì)是指TRIS三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基丙基甲基丙烯酸酯DMA N，N-二甲基丙烯酰胺F2D20美國專利5,374,662和5,496,871中所述的含硅氧烷的交聯(lián)樹脂Darocur 一種紫外引發(fā)劑IMVT一種著色劑，即、1，4-雙[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌實(shí)施例4本實(shí)施例例舉了合成用于制備大單體(macromer)以最終用于本發(fā)明反應(yīng)性親水聚合物的N，N-二甲基丙烯酰胺的預(yù)聚物。根據(jù)以下反應(yīng)方案制備該預(yù)聚物 將反應(yīng)劑DMA(200g，2.0摩爾)、巰基乙醇(3.2g，0.041摩爾)、AIBN(3.3g量的Vazo-64，0.02摩爾)和四氫呋喃(1000ml)合并到兩升配有磁性攪拌器、冷凝器、熱控制器和氮入口的圓底燒瓶中。在1.5小時內(nèi)氮?dú)饷芭萃ㄟ^溶液。72小時內(nèi)在氮?dú)夥障聦囟壬?0℃。用20升的乙醚從反應(yīng)混合物中沉淀出該聚合物(分離出171.4g聚合物)。試樣提交SEC(大小分離色譜法size exclusion chromatography)分析，得出Mn＝3711，Mw＝7493而Pd＝2.02，其中以苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物為基礎(chǔ)Pd是多分散性的。
表4
將除了VAZO-64之外的所有成分置于500ml配有磁性攪拌器、冷凝器、氬過濾層和溫度控制器的圓底燒瓶中。將以上溶液脫氣30分鐘。加入VAZO-64，然后將溶液加熱至60℃并保持50小時。在用FTIR(傅里葉變換紅外光譜學(xué)Fourier Transform Infrared spectroscopy)監(jiān)測到反應(yīng)完全以后，將該溶液緩慢地加到2500ml二乙醚中以沉淀該聚合物。攪拌該混合物10分鐘，放置10分鐘并過濾。在30-35℃下真空干燥沉淀物過夜，測得分子量為Mn＝19448、Mw＝43548而Pd＝2.25。
完全提取后，干燥的富馬酸酯鏡片放在Branson RF等離子體處理室(13.56MHz)中的托盤上，該托盤將鏡片升高至兩個電極之間，并使氣流包圍鏡片。排空等離子體處理室中的空氣，直至壓力達(dá)到1.0torr。在該處理室中在1.0torr的壓力下引入氨1.0分鐘，然后在100瓦下激發(fā)等離子體20.0秒。在氨等離子體處理20秒后，終止氨氣流，并在0.3torr的壓力下引入丁二烯1.0分鐘。在100瓦下激發(fā)丁二烯等離子體30秒。最后，停止丁二烯流，并重新在1.0torr的壓力下引入氨1.0分鐘。在100瓦下激發(fā)另一個氨等離子體20秒。經(jīng)等離子體覆蓋的鏡片放入1.0(w/v)DMA/VDMO聚合物的無水乙腈溶液中過夜。鏡片然后在HPLC級水中平衡，加熱至80℃，冷卻，放入硼酸鹽緩沖液中，接著壓熱滅菌(1個循環(huán)在121℃下30分鐘)。
每個處理步驟的鏡片都用X射線光電子光譜(XPS)進(jìn)行分析。XPS數(shù)據(jù)由Physical Electronics[PHI]Model 5600能譜儀獲得。該儀器使用的鋁陽極操作條件為300瓦、15kV、20mA。儀器的基準(zhǔn)壓力為2.0×10-10torr，操作壓力為5.0×10-8torr。該儀器用半球形的能量分析器。該樣品有Apollo工作站，并裝有PHI 8503A版4.0A軟件。在取樣角為45度時，儀器的實(shí)際取樣深度約為74埃。利用低分辨率探測譜(0-1100eV)確定存在于樣品表面(10-100埃)上的元素。對于那些從低分辨率掃描中檢測出的元素，再用高分辨率譜進(jìn)行分析。從高分辨率譜中測出元素組成。所有的元素均校正至285.0eV碳鍵能的CHx峰。根據(jù)光電子峰下的面積，并用儀器的透射功能和所用原子軌道截面對其進(jìn)行敏化處理，可以計(jì)算出原子組成。由于XPS譜不能檢測出是否存在氫或氦，所以在任何原子百分比計(jì)算中都不包括這兩種元素。
在濕處理并干燥后得到的對照鏡片用XPS分析，檢測到碳、氧、硅和氮。對照鏡片的結(jié)果示于下表5中，其對于濕處理的富馬酸酯鏡片為典型的。
表5
濕處理并干燥后得到的鏡片在100瓦和1.0torr下進(jìn)行氨等離子體處理20.0秒。對經(jīng)過氨等離子體處理的鏡片進(jìn)行XPS分析，如下表6所示，低分辨率譜檢測到碳、氧、硅和氮。與對照鏡片相比，氮和氧的量增加，碳降低，而硅保持相同。因?yàn)樗械牡倌軋F(tuán)在N“l(fā)s”中都不能分辨，除非其是帶電荷的，所以很難檢測在表面處有何種類型的氮。
表6
低分辨率XPS分析氨/丁二烯/氨等離子體處理的富馬酸鏡片，如下表7所示，檢測到碳、氧、硅和氮。XPS數(shù)據(jù)表明，硅增加，氮和碳降低，說明在含硅氧烷的富馬酸酯鏡片材料上已覆蓋了含氮/碳的覆蓋層。應(yīng)注意的是，經(jīng)過氨等離子體處理的富馬酸酯鏡片表面與相同等離子體條件下經(jīng)過氨等離子體處理的碳層之間存在氮含量差異。這被認(rèn)為是處理不同表面的一個好例證，其中用相同的等離子體條件而最終結(jié)果不同的。檢測到2.7％的硅，說明碳層厚度為5-6nm之間。
表7
在實(shí)施例7的DMA/VDMO聚合物中浸泡后，XPS分析經(jīng)過氨/丁二烯/氨等離子體處理的富馬酸酯鏡片，結(jié)果如下表8所示。在兩個樣品中，低分辨率譜都檢測到碳、氧、硅、氮和鈉。
表8
XPS數(shù)據(jù)表明，硅降低，氮增加，這說明在含硅的富馬酸酯鏡片上覆蓋了含氮的覆蓋層。XPS碳ls(Cls)譜具有與DMA聚合物類似的峰形。除鈉和碳ls譜外，與等離子體覆蓋的鏡片相反，難以鑒別鏡片是否被聚合物覆蓋。因?yàn)榫酆衔镏腥魏挝捶磻?yīng)的VDMO在有水時都開環(huán)形成酸官能團(tuán)，所以出現(xiàn)鈉。在硼酸鹽緩沖液中，該酸將與鈉絡(luò)合，說明在表面處存在DMA/VDMO。如果該聚合物完全開環(huán)并與鈉絡(luò)合，在聚合物中將有2.4％的鈉。在表面處有約1.0％的鈉，說明約一半的VDMO仍未與表面反應(yīng)。該計(jì)算假設(shè)表面都是DMA/VDMO聚合物。
在上述XPS數(shù)據(jù)中，對照鏡片表面上的硅水平為10.8％，在等離子體處理后為2.7％，而在等離子體覆蓋的富馬酸酯用DMA/VDMO聚合物覆蓋后平均為2.4％。在所提到的所有富馬酸酯鏡片表面中，僅DMA/VDMO覆蓋的鏡片在表面處有1.0％的鈉，與親水性覆蓋聚合物中已開環(huán)的VDMO有關(guān)。聚合物覆蓋的鏡片的XPS碳ls譜也說明在表面處有來自于二甲基丙烯酰胺的酰胺和胺官能團(tuán)。
用原子力顯微鏡(AFM)來研究接觸鏡片的形貌。AFM的工作原理是測量探針和鏡片表面原子之間的毫微級的力(10-9N)。探針安裝在一個懸臂上。用激光檢測系統(tǒng)測定懸臂的偏離，并對此進(jìn)行加工，得到高度方面的信息。在采集高度信息時，探針在x-y平面上來回掃描，得到三維的鏡片表面形貌圖。在每個鏡片的光學(xué)區(qū)，鏡片的每一側(cè)都取三幅圖。
對照鏡片的AFM形貌圖示于

圖1中。在濕處理后干燥，由此得到該對照鏡片，并以此狀態(tài)進(jìn)行分析。原子力顯微鏡(AFM)圖象為50平方微米，其中前側(cè)(鏡片側(cè))的圖象顯示在左側(cè)，而后側(cè)的圖象顯示在右側(cè)。兩個表面的鏡片表面形貌圖顯示了從所用工具中復(fù)制的線條(來自于工具的線條形成制造鏡片的模具)。前側(cè)也有小點(diǎn)，這有可能來自于工具或者單體混合物中存在的空氣泡。前側(cè)鏡片表面的均方根(RMS)粗糙度為4.1nm±0.1，而后側(cè)的RMS粗糙度4.7nm±0.3。典型的澆鑄鏡片的RMS粗糙度為2-25nm。親水性聚合物覆蓋的富馬酸酯(氨、丁二烯和氨等離子體處理的富馬酸酯鏡片浸沒在親水性聚合物中)經(jīng)過完全處理，其AFM圖象示于圖2中。所述親水性聚合物是由二甲基丙烯酰胺(DMA)和乙烯基-4，4-二甲基-2-惡唑啉-5-酮(VDMO)(80％/20％)制成的。AFM圖象也是50平方微米，其中前側(cè)的圖象顯示在左側(cè)，而后側(cè)的圖象顯示在右側(cè)。朝向鏡片的中心攝取AFM圖象。形貌圖與對照鏡片類似，一些特征表明具有覆蓋層，以及具有光蠕動作用的應(yīng)力/拉伸特征(波狀表面，具有0.25-0.50微米的波長)。在覆蓋層變厚時，朝向邊緣出現(xiàn)更嚴(yán)重的蠕動形貌圖。該蠕動的形貌圖是由于碳覆蓋層在乙腈溶劑中膨脹造成的。前側(cè)鏡片表面的均方根(RMS)粗糙度為8.0nm±3.4，而后側(cè)表面的RMS粗糙度5.3nm±2.2，如希望的那樣低于25nm。
在對照鏡片表面和DMA/VDMO聚合物覆蓋的鏡片表面上材料鏡片的水接觸角(測量8次)。在下表9中包括兩種市售的其他接觸鏡片材料的數(shù)據(jù)。水接觸角越小，則鏡片表面的可濕潤性或者親水性越高。
表9
綜上所述，如XPS、AFM和水接觸角分析所示，富馬酸酯鏡片成功地用碳覆蓋層以及DMA/VDMO聚合物覆蓋。
經(jīng)等離子體覆蓋的鏡片放入1.0(w/v)DMA/VDMO聚合物的無水乙腈溶液中過夜。無水乙腈由Aldrich得到。鏡片然后在HPLC級水中平衡，加熱至80℃，冷卻，放入硼酸鹽緩沖液中，接著壓熱滅菌(1個循環(huán)在121℃下30分鐘)。
使用實(shí)施例8中所述的設(shè)備通過XPS(X射線光電子光譜)分析鏡片。XPS數(shù)據(jù)示于下表10中。
表10
表10(續(xù))
如表10所示，對照鏡片在等離子體處理前經(jīng)過濕處理，其表面元素組成為64％碳、20％氧、7％氮和9％硅。另外，對照鏡片的硅含量在等離子體處理后由9.4％變?yōu)?.4-3.0范圍內(nèi)。當(dāng)經(jīng)過等離子體覆蓋的鏡片用VDMO/DMA共聚物覆蓋時，硅含量在0.7-1.4％的范圍內(nèi)。碳含量及氧含量清楚地表明已施加覆蓋層。在經(jīng)過等離子體處理的表面上覆蓋共聚物后，氧含量增加，而碳含量降低。這在預(yù)期之中，因?yàn)镈MA占共聚物組成的80％，其與經(jīng)過氨等離子體處理的碳表面相比具有低的碳摩爾濃度和高的氧濃度。XPS檢測到鈉也證實(shí)在完全處理的鏡片上存在DMA/VDMO聚合物。鈉的存在是與聚合物鏈中未與接觸鏡片表面上的胺反應(yīng)的VDMO形成的酸基有關(guān)。
使用實(shí)施例8中所述的Physical Electronics[PHI]Model 5600通過X射線光電子光譜(XPS)分析等離子體之前及之后的鏡片。XPS數(shù)據(jù)示于下表11中。
表11
如上表11中的數(shù)據(jù)所示，對照鏡片(在等離子體處理前經(jīng)過濕處理)的表面元素組成為66％碳、18％氧、7％氮和10％硅。等離子體處理后，硅含量在0-1.8％之間。在經(jīng)過等離子體處理的鏡片用三元聚合物覆蓋后，硅含量為1.5-1.8％。對照鏡片表面的氮含量為6.7％，在等離子體處理后為約17％，而在經(jīng)過等離子體處理的鏡片用三元聚合物覆蓋后為約7.3％。從硅和/或氮含量難以鑒別鏡片是否被三元聚合物覆蓋，這是因?yàn)楣韬吭诘入x子體步驟與全處理步驟之間仍保持大約恒定。鏡片聚合物、經(jīng)過等離子體處理的基底、以及三元聚合物都包含氮。但是，XPS檢測到鈉證實(shí)在完全處理的鏡片上存在DMA大單體/DMA/VDMO聚合物。聚合物覆蓋的鏡片在表面處有大約1.5％的鈉，該鈉的存在是由于聚合物中任何未反應(yīng)的VDMO在水存在時開環(huán)，形成酸官能團(tuán)。在硼酸緩沖液中，酸將與鈉絡(luò)合，表明在表面存在DMA大單體/DMA/VDMO聚合物。如果該聚合物完全開環(huán)并與鈉絡(luò)合，則在聚合物中有2.4％的鈉。在表面有大約1.5％的鈉，說明一半以上的VDMO仍未與表面反應(yīng)。當(dāng)然，該計(jì)算是假設(shè)表面都是DMA/VDMO聚合物，而且樣品已適當(dāng)脫鹽。
使用實(shí)施例8中所述的Physical Electronics[PHI]Model 5600得到XPS數(shù)據(jù)。所得的XPS數(shù)據(jù)示于下表12中。
表12
對照氨基甲酸酯鏡片表面的硅含量在等離子體處理后為18.0％、2.5％(平均前側(cè))和11.0％(平均后側(cè))，如果經(jīng)過等離子體覆蓋的氨基甲酸酯鏡片用DMA/VDMO聚合物覆蓋后，為5.3％(平均前側(cè))和10.0％(平均后側(cè))。在上述所有的氨基甲酸酯鏡片表面中，僅DMA/VDMO覆蓋的鏡片在表面處具有1.0％的鈉。鈉的結(jié)果是由低分辨率譜得到的，在高分辨率譜中沒有。除鈉以外，與經(jīng)過等離子體覆蓋的鏡片相反，難以鑒別鏡片是否被聚合物覆蓋。該鈉的存在是由于聚合物中任何未反應(yīng)的VDMO在水存在時開環(huán)，形成酸官能團(tuán)。在硼酸緩沖液中，酸將與鈉絡(luò)合，表明在表面存在DMA/VDMO聚合物。如果該聚合物完全開環(huán)并與鈉絡(luò)合，則在聚合物中有2.4％的鈉。在表面有大約1.0％的鈉，說明一半以上的VDMO仍未與表面反應(yīng)。當(dāng)然，該計(jì)算是假設(shè)表面都是DMA/VDMO聚合物，而且樣品已適當(dāng)脫鹽?？傊?，如XPS所示，氨基甲酸酯硅氧烷鏡片用碳覆蓋層覆蓋，然后被DMA/VDMO聚合物覆蓋。
如以上實(shí)施例14所述，經(jīng)等離子體覆蓋的鏡片放入包含共聚物的水溶液中，該共聚物由甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酰胺(DMA)組成。在500ml的水中制備反應(yīng)性聚合物(5.0g，0.0007mol)的溶液。通入氮?dú)?5分鐘，以便從該溶液中除去溶解氧。甲基丙烯酸縮水甘油酯在有熱量存在上與接觸鏡片上通過氨等離子體產(chǎn)生的胺基反應(yīng)，由此將共聚物連接在表面上。在一個30分鐘的壓熱滅菌中使用20個鏡片。在90℃的爐中放入60個鏡片。在1、4和16小時取出樣品(每組20個)。
上述過程可用以下反應(yīng)方案表示 如實(shí)施例8中所述對鏡片進(jìn)行XPS分析。XPS數(shù)據(jù)示于下表13中。
表13
如以上表13所示，對照硅氧烷富馬酸酯鏡片表面的硅含量為10.8％，在等離子體處理后為1.8％，而在經(jīng)過等離子體處理的鏡片用GMA/DMA共聚物覆蓋后為1.1-2.3％。因此，硅含量在等離子體處理步驟與完全處理的覆蓋鏡片之間沒有大的變化。但是，碳含量、氧含量、以及碳“l(fā)s”譜都表明已成功地施加了覆蓋層。在共聚物覆蓋于經(jīng)等離子體處理的表面上后，氧含量增加，而碳含量降低。這在預(yù)料之中的，因?yàn)榕c經(jīng)過氨等離子體處理的表面相比，DMA具有低的碳摩爾含量，而氧的含量高。除壓熱滅菌的樣品外，前側(cè)的XPS數(shù)據(jù)是相等的。經(jīng)壓熱滅菌的鏡片具有更高的氮和氧含量，但碳的含量低，這都表明在表面上有更高的DMA含量(即、更厚的覆蓋層或者更好的覆蓋率)。
將經(jīng)過氨/丁二烯/氨等離子體處理的硅氧烷富馬酸酯鏡片浸泡在甲基丙烯酸縮水甘油酯/DMA共聚物中，完全處理，并有該鏡片攝取AFM圖。原子力顯微鏡(AFM)圖為50平方微米。該形貌圖具有蠕動表面(波狀表面，波長為0.25-0.50微米)。該形貌圖是由于碳覆蓋層在水中膨脹產(chǎn)生的。AFM均方根(RMS)粗糙度示于下表14中。
表14
如以上表14中的XPS數(shù)據(jù)(RMS粗糙度)所示，前側(cè)和后側(cè)具有類似的RMS粗糙度。邊緣或者中心樣品在該試驗(yàn)中沒有分離。所有的RMS值都低于25nm的粗糙度?？傊鏧PS和AFM分析所示，富馬酸酯鏡片被碳覆蓋層覆蓋，然后被GMA/DMA共聚物覆蓋。
在本文的教導(dǎo)下本發(fā)明的許多其它的改進(jìn)或變型是可能。因此應(yīng)該理解在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不以本文特別描述的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.處理硅氧烷醫(yī)療裝置表面的方法，所述方法包括(a)在含烴的氣氛中使鏡片表面進(jìn)行等離子體聚合反應(yīng)，以在鏡片的表面上形成具有50-500埃厚度的聚合物含碳層；(b)在含碳層的表面上形成反應(yīng)性官能團(tuán)，(c)使鏡片表面與反應(yīng)性親水聚合物的溶液接觸，該反應(yīng)性親水聚合物沿聚合物鏈具有互補(bǔ)的反應(yīng)性官能團(tuán)，以便共價鍵地與含碳層上的所述反應(yīng)性官能團(tuán)連接，由此在該硅氧烷醫(yī)療裝置上形成生物相容性表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述醫(yī)療裝置為硅氧烷接觸鏡片或眼內(nèi)鏡片。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述醫(yī)療裝置為硅氧烷水凝膠連續(xù)配戴的接觸鏡片。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中在步驟(a)之前，所述鏡片進(jìn)行等離子體處理以提高在硅氧烷醫(yī)療裝置表面上的含碳層的粘結(jié)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述等離子體處理包括用含氮或氧的氧化性氣體氧化所述表面。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述等離子體處理是在10-1000瓦、0.1-1.0torr的條件下進(jìn)行1-10分鐘。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述等離子體處理是在含氧或含氮的氣氛中進(jìn)行的，而所述氣氛包含至少一種選自于以下組中的氣體環(huán)境空氣、氧氣、氨、過氧化氫、醇和水。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)的等離子體聚合反應(yīng)是在包含烴的氣氛中進(jìn)行的，而所述烴具有1-10個碳原子。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述烴是脂族或烯屬烴，并包含4-8個碳原子。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述烴包含以下物質(zhì)中的至少一種丁烷、異戊二烯、異丁烯和1，3-丁二烯。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)性官能團(tuán)是用含氮的氣體或者氣體混合物通過等離子體處理形成的。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)性親水聚合物包括0-99mol％的衍生自非反應(yīng)性親水單體的單體單元。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚合物包括50-95mol％衍生自非反應(yīng)性親水單體的單體單元，所述非反應(yīng)性親水單體選自于以下組中丙烯酰胺、內(nèi)酯、聚(烯化氧)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸羥烷基酯，以及5-50mol％衍生自相容性官能性的反應(yīng)性單體的單體單元，該相容性官能性的反應(yīng)性單體選自于以下組中包含異氰酸、環(huán)氧基、吖內(nèi)酯和酸酐的單體以及它們的組合，所述烷基或烯基具有1-6個碳原子。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中官能性反應(yīng)性單體選自于以下組中甲基丙烯酸縮水甘油酯、馬來酸酐、衣康酸酐和異氰基異丁烯酸酯。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述親水單體選自于以下組中二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙基酯和N-乙烯基吡咯烷酮。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述反應(yīng)性親水聚合物包括0-20mol％的衍生自疏水單體的單體單元。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述親水聚合物包括具有以下分子式的噁唑啉酮部分 其中R3和R4可以獨(dú)立地為具有1-14個碳原子的烷基，具有3-14個碳原子的環(huán)烷基，具有5-12個環(huán)原子的芳基，具有6-26個碳原子的芳烯基，和0-3個選自S、N與非過氧化O的雜原子；或者R3和R4可以和與其連接的碳一起形成含有4-12個環(huán)原子的碳環(huán)，而n為整數(shù)0或1。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中所述聚合物包括含有由以下通式代表的單體的單體混合物的反應(yīng)產(chǎn)物 其中，R1和R2獨(dú)立地是氫原子或具有1-6個碳原子的低級烷基，而R3和R4獨(dú)立地是具有1-6個碳原子的烷基或具有5或6個碳原子的環(huán)烷基。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述單體選自于以下組中2-乙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮、2-異丙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮、2-異丙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮和2-乙烯基-4，4二甲基-2-噁唑啉-5-酮。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中所述醫(yī)療裝置浸入含有至少一種反應(yīng)性親水聚合物的溶液中。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中用包含氨或烷基胺的氣體使所述碳層進(jìn)行等離子體處理。
22.如權(quán)利要求1的方法，其中所述等離子體聚合反應(yīng)是在10-1000瓦、0.001-5torr的條件下進(jìn)行30秒-10分鐘。
23.一種包括親水表面的硅氧烷醫(yī)療裝置，其包括(a)在所述醫(yī)療裝置的表面上的含碳層；以及(b)連接在所述含碳層上的親水聚合物鏈，其中連接點(diǎn)是沿反應(yīng)性親水聚合物的單體單元中互補(bǔ)反應(yīng)性官能團(tuán)與所述含碳層上的反應(yīng)性官能團(tuán)反應(yīng)的結(jié)果。
24.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中該醫(yī)療裝置為硅氧烷接觸鏡片或眼內(nèi)裝置。
25.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中該醫(yī)療裝置為硅氧烷水凝膠連續(xù)配戴鏡片。
26.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中所述連接在醫(yī)療裝置上的親水性聚合物鏈?zhǔn)茄刂磻?yīng)性親水聚合物的單體單元中異氰酸或開環(huán)反應(yīng)性官能團(tuán)與醫(yī)療裝置表面上或附近的所述反應(yīng)性官能團(tuán)反應(yīng)的結(jié)果。
27.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中所述親水聚合物包括1-100mol％的具有所述已反應(yīng)的反應(yīng)性官能團(tuán)的單體單元和0-99mol％的衍生自非反應(yīng)性親水單體的單體單元。
28.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中所述反應(yīng)性官能團(tuán)衍生自含有一個或多個以下基團(tuán)的單體縮水甘油基、吖內(nèi)酯、異氰酸酯和酸酐。
29.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中所述親水單體單元衍生自選自于以下組中的單體丙烯酰胺、內(nèi)酰胺、聚(烯化氧)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸羥基烷基酯。
30.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中所述親水聚合物包括沿著鏈的具有以下分子式的部分 其中，R3和R4可以獨(dú)立地為具有1-14個碳原子的烷基，具有3-14個碳原子的環(huán)烷基，具有5-12個環(huán)原子的芳基，具有6-26個碳原子的芳烯基，和0-3個選自S、N與非過氧化O的雜原子；或者R1和R2可以和與其連接的碳一起形成含有4-12個環(huán)原子的碳環(huán)，而n為整數(shù)0或1。
31.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中親水性聚合物鏈包括沿鏈的由以下通式代表的部分 其中R3和R4獨(dú)立地是氫原子或具有1-6個碳原子的低級烷基，而R3和R4獨(dú)立地是具有1-6個碳原子的烷基或具有5或6個碳原子的環(huán)烷基。
32.如權(quán)利要求23所述的醫(yī)療裝置，其中連接到碳層上的親水聚合物鏈為聚合物混合物反應(yīng)的結(jié)果，所述聚合物混合物包括(a)在單體單元中沿著親水聚合物具有與醫(yī)療裝置表面上的反應(yīng)官能團(tuán)互補(bǔ)的反應(yīng)官能團(tuán)的第一親水反應(yīng)聚合物，和，另外的(b)具有與第一反應(yīng)性親水聚合物反應(yīng)的補(bǔ)充反應(yīng)官能團(tuán)的第二反應(yīng)性親水聚合物。
33.如權(quán)利要求32所述的醫(yī)療裝置，其中第一反應(yīng)性親水聚合物為環(huán)氧官能性聚合物，而第二反應(yīng)性親水聚合物為酸官能性聚合物，它們同時或依次被施加于要覆蓋的基底上。
34.如權(quán)利要求24所述的醫(yī)療裝置，其中基底包括表面附近或上面的已被轉(zhuǎn)化成酸基團(tuán)的吖內(nèi)酯官能性單體單元。
35.一種非交聯(lián)共聚物，其包括5-50mol％衍生自官能性反應(yīng)單體的單體單元，該反應(yīng)性單體選自于以下組中包含環(huán)氧基、吖內(nèi)酯和酸酐的單體，50-95mol％衍生自非反應(yīng)性親水單體的單體單元，所述非反應(yīng)性親水單體選自于以下組中丙烯酰胺、內(nèi)酯、聚(烯化氧)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸羥烷基酯，所述烷基或烯基具有1-6個碳原子。
36.一種非交聯(lián)共聚物，其包括5-50mol％衍生自官能性反應(yīng)單體的單體單元，該反應(yīng)性單體選自于以下組中包含環(huán)氧基、吖內(nèi)酯和酸酐的單體，50-95mol％衍生自非反應(yīng)性親水單體的單體單元，所述非反應(yīng)性親水單體選自于以下組中丙烯酰胺、內(nèi)酯、聚(烯化氧)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸羥烷基酯，以及0.2-20mol％衍生自疏水性單體的單體單元，所述烷基或烯基具有1-6個碳原子。
37.如權(quán)利要求35或36所述的共聚物，其中吖內(nèi)酯具有以下式 其中，R1和R2獨(dú)立地是氫原子或具有1-6個碳原子的低級烷基，而R3和R4獨(dú)立地是具有1-6個碳原子的烷基或具有5或6個碳原子的環(huán)烷基。
38.如權(quán)利要求35或36所述的共聚物，其中所述疏水性單體是甲基丙烯酸的氟代酯。
39.如權(quán)利要求35或36所述的共聚物，其包含20-95mol衍生自以下單體的單體單元二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺大單體以及它們的組合，和5-40mol％的乙烯基-4，4-二甲基-2-惡唑啉-5-酮。
40.如權(quán)利要求35或36所述的共聚物，其包含20-95mol衍生自以下單體的單體單元二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺大單體以及它們的組合，和5-40mol％的甲基丙烯酸縮水甘油酯或者4-乙烯基環(huán)己基-1，2-環(huán)氧化物。
41.如權(quán)利要求35或36所述的共聚物，其中包含20-95mol衍生自以下單體的單體單元二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺大單體以及它們的組合，和5-40mol％的甲基丙烯酸縮水甘油酯或者4-乙烯基環(huán)己基-1，2-環(huán)氧化物，以及0-10mol％的甲基丙烯酸八氟戊基酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及在硅氧烷醫(yī)療裝置上的光學(xué)透明的親水性覆蓋層,其是通過使鏡片表面順序地經(jīng)受以下處理而形成的:在含烴的氣氛中使鏡片表面進(jìn)行等離子體聚合反應(yīng),然后在碳層表面上共價鍵地連接預(yù)先形成的親水性聚合物。本發(fā)明對于在硅氧烷接觸鏡片上形成生物相容性覆蓋層是特別有用的。
文檔編號A61L27/00GK1351630SQ00807804
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月20日
發(fā)明者小保羅·L·瓦林特, 小丹尼爾·M·阿蒙, 約瑟夫·A·麥吉, 喬治·L·格羅比, 理查德·M·奧薩克 申請人:博士倫公司