CN1251850A - 光学透明水凝胶及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供水凝胶,供用于制造生物医学装置,具体地说,本发明提供由硅氧烷预聚合物及亲水性单体形成的水凝胶,该水凝胶具有光学透明性。

Description

光学透明水凝胶及其制法

本发明提供水凝胶，供用于制造生物医学装置，具体地说，本发明提供由硅氧烷预聚合物及亲水性单体形成的水凝胶，该水凝胶具有光学透明性。

已知水凝胶供制造生物医学装置的用途，硅氧烷预聚合物及亲水性单体共聚合物的水凝胶与传统的水凝胶比较可提供数种优点，但是从这些预聚合物及单体很难制造光学透明性、均相的水凝胶，使得此种水凝胶的用途受到限制。

从硅氧烷预聚合物制造均相的水凝胶的已知方法包括使用稀释剂使硅氧烷与亲水性单体相容化，并使用掺混亲水基的硅氧烷，但是，使用稀释剂因为其挥发性而有缺点，且其使用可能造成聚合物的品质低劣，掺混亲水基的缺点是需要使用复杂的合成且导致聚合物可能不具有光学透明性，因此，需要有将硅氧烷预聚合物及亲水性单体聚合并克服这些缺点的方法。

本发明发现可从硅氧烷预聚合物及/或含亲水性单体的单体的聚合反应形成均相、光学透明性的水凝胶，在硅氧烷中没有渗混亲水基且可减少稀释剂的需求或在某些情形下不需要使用稀释剂。本发明的水凝胶可用于制造生物医学装置，指该装置是设计用在人类组织或流体或两者的内部或外部，此种装置的实例包括但不限于移植片固定膜、植入物、导尿管、及眼睛镜片。在一个优选具体实施例中，此生物医学装置为眼睛镜片，包括但不限于隐形眼镜或眼内的镜片，更优选此装置为隐形眼镜。

在一个具体实施例中，本发明提供一种制造水凝胶的方法，主要步骤包括：a)将疏水性硅氧烷预聚合物、硅烷化亲水性单体、及视需要使用的疏水性硅氧烷单体聚合而形成聚合物；及b)将聚合物水解。在另一个具体实施例中，本发明提供一种水凝胶，主要包括疏水性硅氧烷预聚合物、硅烷化亲水性单体、及视需要使用的疏水性硅氧烷单体。

“疏水性硅氧烷预聚合物”及“疏水性硅氧烷单体”分别指硅氧烷预聚合物或硅氧烷单体，其在主链或支链中没有掺混亲水基例如羟基，使得制造其与亲水性单体的混合物时不需要使用大量的稀释剂。合适的疏水性硅氧烷预聚合物为下式：

其中R¹为氢或含1至5个碳原子的烷基，R²为含1至5个碳原子的烷基，n＝1至12且z＝1至500，该预聚合物优选为大分子，例如：其中n及m各独立地为0至500且(n+m)＝10至500，R⁴、R⁶、R⁷、R⁸及R⁹各独立地为含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，其可经醇、酯、胺、酮、羧酸或醚基进一步取代，且R³、R⁵及R¹⁰各独立地为含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，其可经醇、酯、胺、酮、羧酸或醚基进一步取代，或为下式：

条件是R³、R⁵及R¹⁰至少一个是根据此结构其中R¹¹为含1至5个碳原子的二价烷基，R¹²及R¹³各独立地为H、含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，其可经醇、酯、胺、酮、羧酸或醚基进一步取代，或为下式：

其中R¹⁶为H或含丙烯酰基、甲基丙烯酰基、苯乙烯基、乙烯基、烯丙基或N-乙烯基内酰胺的单价可聚合的基；R¹⁸为H、含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，其可经醇、酯、胺、酮、羧酸或醚基进一步取代，或为含丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、苯乙烯基、乙烯基、烯丙基或N-乙烯基内酰胺的可聚合的基；R¹⁴、R¹⁵及R¹⁶各独立地为H或含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，其可经醇、酯、胺、酮、羧酸或醚基进一步取代，或R¹⁴及R¹⁷或R¹⁷及R¹⁵可键结而形成环结构，条件是单体上的至少其中一个结构B基含可聚合的基，此种大分子的制备方法在本领域是已知的。

优选的疏水性预聚合物为α，ω-双甲基丙烯酰氧基丙基大分子，更优选为α，ω-双甲基丙烯酰氧基丙基聚二甲基硅氧烷。可以使用的其他疏水性预聚合物包括由疏水性单体例如3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲硅烷氧基)硅烷制成的直链或支链聚合物或共聚合物，该预聚合物含可聚合的官能基例如甲基丙烯酸酯基或苯乙烯基。此种预聚合物的制备揭示在美国专利5,010,141、5,057,578、5,314,960、5,371,147及5,336,797号，其整份并于本文供参考。

在本发明方法中，预聚合物可单独或与其他疏水性硅氧烷单体混合使用，可用于本发明的疏水性硅氧烷单体为下式：

其中R¹⁹及R²⁰各独立地为氢或甲基，R²¹、R²²及R²³各独立地为含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，j＝1至10且k＝0至3，可以使用的硅氧烷单体实例包括但不限于聚硅烷氧基烷基(甲基)丙烯酸酯，优选为3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲硅烷氧基)硅烷或3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲硅烷氧基)甲基硅烷，可用于本发明的疏水性硅氧烷单体为可得自商业化供应或可通过已知的方法合成。

在本发明方法中，硅氧烷预聚合物本身，或结合硅烷氧单体，与硅烷化的亲水性单体聚合，可以使用可硅烷化的任何已知的亲水性单体，优选使用下式的硅烷化单体：其中R²⁴为氢或甲基，R²⁵为氢或甲基，且R²⁶为单烷基，优选为甲基，该硅烷化单体更优选为羟基烷基(甲基)丙烯酰胺的聚烷基硅烷基醚或羟基苯乙烯或羟基烷基苯乙烯的聚烷基硅烷基醚，该硅烷化单体最优选为2-羟基甲基丙烯酰胺三甲硅烷基醚。

制备硅烷化单体可通过任何已知的方法硅烷化亲水性单体的羟基，例如，羟基可与硅烷化剂例如三烷硅烷基卤化物、六甲基二硅氮烷、三甲硅烷基二乙基胺等反应，可在硅烷化反应中使用的溶剂及催化剂以及反应条件在本领域中是已知的。

硅氧烷预聚合物本身或结合硅氧烷单体，可通过任何方便的方法与硅烷化的亲水性单体聚合，包括但不限于加热、紫外线、辐射、聚合或其组合，聚合反应优选在适当的引发剂存在下进行，其存在量为约0.01至约2.0重量％，以反应物的重量为基准。聚合反应更优选在使用UV聚合反应引发剂并在UV光下进行，优选的UV聚合反应引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮。

硅氧烷预聚合物的使用量为约0至约90重量％，优选为约5至约70重量％，以可聚合的成分的重量为基准，硅氧烷单体的使用量为约0至约70重量％，优选为约0至约40重量％，硅烷化单体的使用量为约2至约60重量％，优选为约15至约50重量％。

当聚合反应完成至所要的程度后，所得的聚合物可在有机溶剂中清洗以去除未经反应的反应物，合适的溶剂包括但不限于己烷、乙醇、异丙醇、正及叔丁醇、正戊醇、正己醇、以及氯化溶剂等及其混合物。

然后可通过水解将聚合物去硅烷化，以消除硅烷基并再生成羟基，水解可在任何合适的水解试剂中进行，优选将镜片放在硼酸盐缓冲化的盐水溶液中进行水解，在水解试剂中可视需要使用酸或碱以加速水解。

一般熟悉本技术者将可了解，可在进行聚合的混合物中加入任意数目的多种其他成分，这些添加剂的实例包括但不限于紫外光吸收剂、抗氧化剂、颜料等。

可以使用任何模塑法从本发明的水凝胶形成镜片。

例如可将硅氧烷预聚合物、硅烷化的亲水性单体及视需要选用的疏水性单体与聚合反应引发剂掺混在一起并将掺合物放在镜片模具中。聚合反应完成后，使镜片进行去硅烷化作用。

参照下列非限制性的实例进一步说明本发明。

实例1

将214.2克甲基丙烯酰氯逐滴加入128克甲醇、249克碳酸钾及122.2克乙醇胺在三颈烧瓶内在冰浴中冷却至5至15℃的溶液中，添加花费约3小时，去除冰浴后将反应混合物搅拌约2天，将反应混合物例入CH₂Cl₂并真空过滤以去除全部的固体，用CH₂Cl₂清洗该固体，将液体用100ppm氢醌单甲醚抑制并通过旋转蒸发将溶剂去除。加入150ppmCuCl后，在减压下在配备空气沸腾器的蒸馏烧瓶内蒸馏残留的油，在0.5毫米汞柱及125至135℃下回收56.62克羟基乙基甲基丙烯酰胺的淡黄色液体，将空气以气泡通入蒸馏后的产物。

逐滴将23克三甲硅烷基氯加入25.3克上述产物、30.6克三乙胺及75毫升CH₂Cl₂在配备干燥管及磁搅拌器的三颈烧瓶内的溶液内历时约2小时，将混合物保持在室温，完成添加后，将反应混合物加热至40℃并搅拌约5小时。然后过滤混合物以去除盐，然后旋转蒸发残留的液体直到重量不再减少，加入500ppm HQMME后，在减压下蒸馏产物。在95至105℃及0.25毫米汞柱下收集到42％产量的2-羟基乙基甲基丙烯酰胺三甲硅烷基醚(“TMS-HMA”)。

实例2

将20份α，ω-双甲基丙烯酰氧基丙基聚二甲基硅氧烷(5,000平均分子量wt)、45份实例1的TMS-HMA及34份甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲硅烷氧基)硅烷(“TRIS”)、1份DAROCUR^TM 1173，光引发剂，即2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、及11份叔丁醇制成掺合物，将掺合物放在聚丙烯镜片模具中并用UV光照射30分钟，然后在乙醇中取出，转移至硼酸盐缓冲化的盐水中，得到柔软、光学透明、透气性的隐形眼镜。

Claims (11)

1.一种制造水凝胶的方法，包括

a)将疏水性硅氧烷预聚合物及硅烷化的亲水性单体聚合；及

b)水解所得的聚合物。

2.根据权利要求1的方法，其中疏水性硅氧烷预聚合物及硅烷化的亲水性单体是与疏水性硅氧烷单体聚合。

3.根据权利要求2的方法，其中该疏水性硅氧烷单体为下式：

其中R¹⁹及R²⁰各独立地为氢或甲基，R²¹、R²²及R²³各独立地为含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，j＝1至10且k＝0至3。

4.根据权利要求1的方法，其中该疏水性硅氧烷预聚合物为下式：其中R¹为氢或含1至5个碳原子的烷基，R²为含1至5个碳原子的烷基，n＝1至12且z＝1至500，且该硅烷化的亲水性单体为下式：其中R²⁴为氢或甲基，R²⁵为氢或甲基，且R²⁶为单烷基。

5.根据权利要求4的方法，其中该疏水性硅氧烷单体为α，ω-双甲基丙烯酰氧基丙基聚二甲基硅氧烷且该硅烷化的亲水性单体为2-羟基甲基丙烯酰胺三甲硅烷基醚。

6.根据权利要求1的方法，其中该疏水性硅氧烷预聚合物的存在量为约0至约90重量％且该硅烷化的亲水性单体的存在量为约2至约60重量％。

7.一种含疏水性硅氧烷预聚合物及硅烷化的亲水性单体的水凝胶。

8.根据权利要求7的水凝胶，其中还含疏水性硅氧烷单体。

9.根据权利要求8的水凝胶，其中该疏水性硅氧烷单体为下式：

其中R¹⁹及R²⁰各独立地为氢或甲基，R²¹、R²²及R²³各独立地为含1至5个碳原子的单价烷基或芳基，j＝1至10且k＝0至3。

10.根据权利要求7的水凝胶，其中该疏水性硅氧烷预聚合物为下式：其中R¹为氢或含1至5个碳原子的烷基，R²为含1至5个碳原子的烷基，n＝1至12且z＝1至500，且该硅烷化的亲水性单体为下式：

其中R²⁴为氢或甲基，R²⁵为氢或甲基，且R²⁶为单烷基。

11.根据权利要求7的水凝胶，其中该疏水性硅氧烷预聚合物的存在量为约0至约90重量％，且该硅烷化的亲水性单体的存在量为约2至约60重量％。