Materiale pentru lentilele de contact - polimerii

MATERIALE PENTRU LENTILELE DE CONTACT

1 Polimerii

Lentilele de contact se pot executa atat din sticla minerala (anorganica), cat si din sticla organica. Sticla minerala a fost prezentata in modulul 1.

Materialele folosite astazi pentru fabricarea lentilelor de contact sunt materiale artificiale. Caracteristica lor principala este structura moleculara, determinata de proprietatile anumitor atomi de a realiza legaturi covalente stabile. Cele mai reprezentative sunt siliciul si carbonul.

Proprietatile carbonului sunt atat de speciale, incat chimia organica este in primul rand o chimie a carbonului. Structura moleculara a materialelor artificiale este reprezentata de notiunea de ''macromolecula'. Se vorbeste de o macromolecula atunci cand lungimea moleculei este ''gigantica' in atie cu diametrul atomului sau moleculei obisnuite. Felul, lungimea si forma macromoleculelor determina proprietatile materiei artificiale. Fiecare componenta a mocromoiecuiei se numeste monomer.iar macromolecula, polimer.

Se obtin din materii prime naturale. Materia prima cea mai utilizata este celuloza.

Celuloza este o materie prima organica, care apare in peretele celulelor telor. Din punct de vedere al structurii este vorba de un material fibros, care analizat chimic se prezinta ca niste lanturi de unitati de glucoza, asa numitul polizaharid.

Polimeri modificati

Sunt tot materii prime naturale, dar care sufera unele modificari.

Acetatul de celuloza (celofan) si nitroceluloza (celuloide, pelicule de film) sunt principalii derivati ai celulozei. Nitroceluloza (CN) este un polimer modificat dezvoltat sub numele de celuloid. CAB este un polimer modificat, care are ca principal constituent butirat de acetoceluloza.

Polimeri sintetici

Sunt polimeri realizati din componente de baza, care nu pastreaza in proprietatile lor nici cea mai mica asemanare cu produsele rezultate.

Procedee de obtinere a polimerilor sintetici

Polimerizarea

La acest procedeu monomerii au capacitatea de a reactiona, iar cei care contin legaturi duble de carbon sunt determinati prin excitanti sa reactioneze. imbinarea macromoleculelor mai mari nu se poate face decat prin ruperea legaturilor duble, fara obtinerea de produse secundare. Daca un polimerizat este format din componente de baza unitare, atunci el se numeste homopolimerizat (polimetilmetacrilat).

Daca un polimerizat este format din monomeri diferiti, atunci se numeste copolimerizat (siloxianilmetacrilat).

Policondensare

La acest procedeu, reactioneaza doua grupe diferite de monomeri - procedeu in cursul caruia, de cele mai multe ori. rezulta produsi secundari, cum ar fi apa sau acidul clorhidnc (policarbonate).

Poliaditie - in cursul acestui procedeu nu se formeaza produsi secundari (poliuretan).
Pricipalele tipuri de polimeri sintetici:

sticla acrii - plexiglasul este numele de comercializare a unei sticle foarte clare si rezistenta mecanic, pe baza de acid polimetacrilat (PMMA);

siloxianilmetacrilat;

fluorosiloxianilmetacrilat - fluorcarbonul are proprietatea de a mari solubilitatea oxigenului si de a nu lasa depuneri prin adeziune. Legaturile de fluorcarbon fac insa materialul foarte moale. De aceea se incearca sa se combine proprietatile siloxanului (permeabiliate mare de 02), fluorcarbonujui (depuneri mici) si a altora asemanatoare;

hidrogeluri: polihema - este un polimer sintetic, un homopolimerizat cu structura
tridimensionala. Preluarea apei se face prin alipirea grupei de hidroxil, care leaga apa cu forte bipolare.
Pentru ca apa sa poata intra in polihema, trebuie ca aceasta sa fie ca o plasa lejera. Polimerul imbibat la
maximum, contine aproximativ 40 % apa. Prin copolimerizarea hemei cu vinilpirolidonul se poate mari
proprietatea polimerului de preluare a apei. In functie de proportia de vinilpiroiidon, va fi posibila o
hidrofilie de pana la 70%. Proprietatile mecanice ale materialului se reduc datorita copolimerizarii. Prin
copolimerizarea MMA-ului (metilmetacrilat), se pot produce materiale cu proprietati deosebite.
Propritatile mecanice ale acestor copolimeri sunt corespunzatoare folosirii lor ca material de lentila de
contact, insa ceva mai bune decat hema / VP copolimerizata.

siliconul - caucicul de silicon (S1R) este un material care nu absoarbe apa (hidrofob).
Hidrofobia legaturilor de silicon este cauza faptului ca prezinta dificultati la fabricarea lentilelor de
contact. Folosirea siliconului ca material pentru lentile de contact, este determinata de doua proprietati
importante ale acestuia si anume: permeabilitatea mare la oxigen si stabilitatea la depuneri pe suprafata.

cauciucul siliconic - daca se modifica cauciucul siliconic prin introducerea unui polidispersant
si apoi se hidrofilizeaza suprafata, se poate obtine un material pentru fabricarea lentilelor de contact.
Dificultatile care apar datorita faptului ca depozitele enzimatice de pe suprafata lentilei, care se
dezvolta in timpul portului, satureaza din nou grupele de hidroxil de la suprafata. Astfel, apar zone
hidrofile pe suprafata lentilei de contact.

2 Proprietatile materialelor lentilelor de contact

Multe proprietati ale materialelor, destinate fabricarii lentilelor de contact, sunt importante in adaptarea acestora pe corneea umana. Importanta lor este cu atat mai mare atunci cand trebuie sa se tina cont de particularitatile fiecarei adaptari, de la un purtator la altul. Verificarea acestor proprietati, se face cu o severitate deosebita, atat in vitro cat si in vivo.

Proprietati fizice

optice: indicele de refractie, coeficientul de dispersie, transparenta (transmisia luminii);

mecanice: rezistenta la alungire, alungirea specifica, rezistenta la forfecare, rezistenta la rupere, duritatea, greutatea specifica (densitate);

superficiale: unghiul de contact, capacitatea de inmuiere, umflarea, starea suprafetei.

Proprietati de biocompatibilitate

biofizice: permeabilitate la oxigen si dioxid de carbon, permeabilitate la apa, hidrofilia si lipofilia, extractibilitatea;

bilogice: capacitatea de sterilizare, gradul de favorizare a cresterii microbilor, stabilitatea lacrimala, capacitatea de a se murdari;

- clinice: adaptabilitate, respectul metabolismului corneean, posibilitatea de purtare prelungita a lentilelor, capacitatea ca organismul sa se poata obisnui cu materialul.

Tehnologiciiaiea - capacitatea de a se prelucra folosind procedee simple.

Caracteristici cosmetice - culori care sa asigure o estetica corespunzatoare celei naturale.

Indicele de refractie este un parametru optic al materialului, care influenteaza calculul razelor de curbura si al grosimii la centru a lentilei. Cu un indice de refractie mai mare. centrul optic al unei lentile pozitive, poate fi micsorat si intr-o anumita masura, greutatea.

Pentru masurarea indicelui de refractie, se pot folosi mai multe metode, dar nici una din ele nu permite masurarea acestuia pe lentila finala.

Cea mai precisa este metoda directa, care presupune un refractometru Abbe. cu ajutorul caruia se face citirea directa a indicelui de refractie, pe un esantion de material. Principiul de masurare este bazat pe dispersia luminii.

Alte metode se bazeaza pe masurari indirecte ale indicelui de refractie. Acestea presupun, in general, etaloane de grosime din materialul masurat. Ca aparate se pot folosi: microscopul. interferometrul sau spectofotometrul. Metoda de masurare, utilizand spectrofotometrul, presupune realizarea unei prisme cu un unghi la varf cunoscut si masurata deviatia produsa de aceasta prisma.

Odata cu determinarea indicelui de refractie se poate determina dispesia medie si coeficientul Abbe.

Transparenta - nici un material nu este perfect transparent. Aceasta depinde de compozitia chimica, de puritate, hidratare si de alte proprietati. Trasparenta sau transmisia luminii poate fi determinata cu ajutorul unui fotometru, pentru o anumita lungime de unda si o anumita grosime de material.

Pierderile produse la trecerea luminii printr-un sistem optic, se datoreaza absorbtiei si reflexiilor parazite pe suprafetele incidente. Pentru un material cu indice de refractie de 1,49, maximul teoretic de transmisie este de 95,83%.

Este important de cunoscut domeniul de transmisie al luminii, pentru a determina gradul de acceptabiliate al materialului, in cazul unor aplicatii speciale din domeniul ultraviolet si infrarosu.

Proprietatile mecanice - verificarea acestor proprietati pentru materialele lentilelor de contact, presupune o serie de incercari, conform unor standarde internationale. Acestea sunt:

intindere / rezistenta la intindere - incercare de intindere;

rezistenta la presare / tensiune de presare - incercare la presare;

rezistenta la indoire / tensiune de indoire - incercre la indoire;

modulul de elasticitate - incercare la intindere si presiune;

timp de dilatare la 23C - incercare de timp;

timp de dilatare la 60C - incercare de timp;

modul de tragere - incercare de timp;

timp de oscilatie - asemanator cu incercarea de oscilatie permanenta;

durabilitatea formei.

Un alt aspect foarte important legat de portul lentileor de contact ii reprezinta rezistenta acesteia la presiunea pe care o exercita pleoapa ochiului, lentila trebuind sa aiba o suprafata destul de tare.

Duritatea - exista mai multe procedee pentru aflarea duritatii materialului. Duritatea este definita ca rezistenta pe care o depune un material unui corp intrus. La asa numita duritate Rockwell se masoara cat de adanc intra o bila cand este supusa unei greutati (incercare de duritate). La incercarea duritatii dupa metoda Brinell si dupa metoda Vickers, se masoara urma, dupa ce aplicarea fortei a incetat.

Duritatea Rockwell - se masoara adancimea intrarii bilei de incercare, bila de raza 0,16 mm la greutati diferite si probe de material groase de 0.1 0,4 mm, ative cu grosimea corneei. Se

obtine urmatorul rezultat si anume ca materialul lentilelor de contact, tare si flexibil, nu se deo^se de duritatea corneei.

Duritatea elastica - pentru a stimula solicitarea lentilei de contact prin clipirea pleoar^el; ^s~ poate aduce in contact cu lentila o placuta dintr-un material moale si apasat cu o presiune de 2i N / m²Pa. Apasarea si retragerea placutei de material dureaza aproximativ un minut si se reia peflw¹¹ timp mai mare. Corpul strain apasa cu o presiune mica. continuu peste materialul ce trebuie vd¹ Pentru materialele tari si semitari cu grosime de 0,1 pana la 0,4 mm, nu se observa nici o ^urm presiunii corpului strain, care sa poata fi masurata.

Comportarea la deformari - comportarea mecanica a materialelor la deforma¹¹ caracterizata prin modulul de elasticitate, prin revenirea elastica, rezistenta la intindere si a'^u -Aceste caracteristici sunt legate de temperatura. Comportarea speciala a polimerului se da^t0 faptului ca macromoleculele nu reactioneaza numai spontan. Lanturile moleculare sinirulare ^tJ . construiasca acea tensiune prin depozitari. Viteza acestui proces de depozitare, este legata de in^a si viteza greutatii si a capactiatii de miscare a lanturilor polimerului.

Pentru materialele lentilelor de contact, este foarte importanta tensiunea de rupere,

_de0arece se

poate determina rezistenta la intindere.

Rezistenta la impact - reprezinta forta necesara pentru a sparge un specimen de material general.

Rezistenta la rupere - lacrimarea poate fi o problema in cazul lentilelor flexibile. Rezis^te rupere este determinata pentru o mostra prinsa intre doua reazeme. Forta in kilograme, care P^r rupere, este cea care confera rezistenta la rupere.

Rezistenta la zgarieri - capacitatea materialelor de a rezista la adancimi abrazive pe stfP^r reprezinta o calitate foarte importanta. Este destul de dificil de a cuantifica rezistenta la z aceasta se face subiectiv, prin atie cu o suprafata standard. Rezistenta la zgari^er determinata de duritate, de aditivii din material (de exemplu pigmentii) si de tehnica de fabricare-

Greutatea specifica (densitatea) - este determinata de raportul intre grutatea in aer ^a material si greutatea unui volum de apa m aer in aceleasi conditii de temperatura. Se masoai'³ cm³. Greutatea specifica are importanta in alegerea unei lentile mai usoare, determinata de o & mai mica. Scaderea greutatii este avantajoasa atunci cand lentila nu se pozitioneaza pe cornel P ca aluneca din cauza gravitatiei si fluxului de film lacrimal. Pe de alta parte, o greutate spe^cl poate determina gravimetric. Greutatea specimenului in aer, raportata la greutatea in apa, d^^t6 greutatea specifica.

Conductibilitatea termica - cand un material este asezat pe comee, pierderea de

_caldura pe

suprafata acesteia scade, rezultand o crestere anormala de temperatura. Aceasta situatie poate d^^te .

la purtatorul lentilelor de contact, senzatia de arsura in ochi si poate afecta metabolismul corn⁶

material care ar permite transferul de caldura de la cornee catre exterior, ar fi avantajos.

Capacitatea de modelare; punct de inmuiere - orice material folosit la fabricarea lenti'

contact, nu trebuie afectat de temperatura ambianta sau de temperatura corpului. Este important ^

ca temperatura de sterilizare a materialului este de 21C si deci, aceasta nu trebuie sa induca mo^ ^]

Unele materiale rezista si la temperaturi si mai mari, dar altele nu. Materialele moi in ^s\

deshidratare, precum siliconul, au o temperatura de tranzitie apropiata de cea a corpului uman, ¹

ce materialele dure precum PMMA, au o temperatura superioara celei a corpului.

Hidratarea - marea majoritate a lentilelor de contact absorb apa. daca se afla in U**¹

<^au ca Cantitatea absorbita poate fi exprimata procentual, ca modificarea greutatii, cel mai des,

modificare a volumului. Rata hidratarii si deshidratarii unui material este foarte importanta- ■ '

determinarea ratei de hidratare se realizeaza un specimen de material, initial uscat, de o &

cunoscuta. Se imerseaza in apa sau intr-o solutie salina si se va lasa o perioada de timp det**¹

dupa care se masoara in stare umeda.

Aceasta rata este importanta, daca materialul absoarbe o cantitate mare de apa, atunci cand se fabrica lentila, pentru ca aceasta se realizeaza in stare hidratata.

Daca materialul absoarbe, dimensiunile sale se modifica si este necesara determinarea evolutiei liniare a acestora. Aceasta se poate determina prin zgarierea unor linii pe suprafata unui specimen de material uscat, masurate cu prcizie la un microscop; se hidrateaza materialul si apoi se masoara din nou la microscop. Evolutia liniara este data in procente si este foarte importanta in cazul lenilelor taiate.

Umectabilitatea - umectabilitatea suprafetei lentilei de contact este foarte impotanta. Daca nu este umeda, lentila produce disconfort si scaderea claritatii.

Unele materiale hidrofobe, ca PMMA. se comporta ca atare, daca este imersat, dar spre deosebire de silicon, permite formarea unui film lacrimal continuu pe suprafata.

Umectabilitatea suprafetei este apreciata prin unghiul de contact format de o picatura de apa. solutie salina sau lacrimi, cu suprafata.

Rezistenta la ageriti chimici - agentii chimici pentru curatarea lentilelor de contact, trebuie alesi in functie de tipul materialului.

Rezistenta este de regula testata cu acizi slabi si tari, alcalini, alcoolini. ketoni, eteri, uleiuri si hidrocarburi limfatice si aromatice. Se urmareste de regula aspectul, greutatea, dimensiunile si tensiunile.

Influenta unui agent chimic este testata toxicologic.

Daca un material pastreaza un agent chimic, care in timpul purtarii reactioneaza, poate cauza arsuri corneene sau iritatii conjuncti vale.

Porozitatea si permeabilitatea - unele materiale de lentile de contact sunt fabricate cu goluri in reteaua cristalina a polimerului.

Dimensiunea acestor goluri sau pori este importanta ativ cu cea a moleculelor, particulelor, virusirilor sau microorganismelor, care pot fi intalnite in material.

Porozitatea este determinata prin masurarea permeabilitatii moleculelor de diferite dimensiuni. Permeabilitatea este termenul folosit pentru a defini procesul de trecere a unei substante de o parte a membranei in alta. Permeabilitatea sau difuzia ionilor sau moleculelor printr-o lentila de contact reprezinta un avantaj in mentinerea corneei psihologic normala.

Experimental, determinarea permeabilitatii presupune o substanta de contractie cunoscuta, care sa fie trecuta printr-o membrana de material, dintr-o incinta in alta, urmand ca ulterior sa se masoare concentratia substantei trecuta prin membrana.

Permeabilitatea este influentata de o serie de factori cum ar fi: concentratia initiala, temperatura grosimea membranei, rezultatele fiind exprimate in functie de unitatea de grosime.

Cand se a materialele, testele trebuie facute in acelesi conditii fiziologice. Difuzia sodiului, calciului, lactozei, apei si glucozei, precum si a gazelor sunt necesare pentru metabolismul corneean. Deoarece oxigenul din atmosfera este necesar pentru mentinerea epiteliului corneean. transferul sau permeabilitatea la oxigen este foarte importanta in portul lentilelor de contact.

In mod normal, suprafata anterioara a lentilei de contact este expusa in aer (aproximativ 21% oxigen), acoperita cu un strat subtire de film lacrimal la temperatura corneei (35C).

Permeabilitatea relativa la oxigen poate fi determinata prin masurarea absorbtiei de oxigen a unei comee de animal, dupa ce o lentila de contact a fost pusa pe ea. Pot aparea rezultate eronate, daca masuratorile se realizeaza in laborator, in conditiile unei temperaturi ambientale necontrolate.

In conditii extreme, cateva molecule de oxigen, trec prin majoritatea materialelor, dar nu intr-o cantitate necesara fiziologic.

Materialele cu un continut mare de apa, nu la sa treaca mai mult oxigen. Apa este o bariera in difuzia gazelor, dar unele materiale hidrofobe, lasa sa treaca oxigenul si dioxidul de carbon (de exemplu siliconul).

Permeabilitatea multor materiale depinde de grosime.

Copolimerizarea PMMA - ului cu siliconul ofera o posibilitate de a obtine o permeabilitate crescuta la gaz, fara a afecta proprietatile de baza ale PMMA -ului.

HEMA poate fi de asemenea copolimerizata cu PMMA. si se obtine un material ce absoarbe o cantitate mica de apa si o crestere a umectabilitatii suprafetei.

Proprietati electrice - cateva proprietati electrice sunt de mentionat, cum ar fi: constanta dielectrica, factorul de dispersie si rezistenta electrica. Acestea pot fi specificate pentru fiecare substanta si in cazul lentilelor de contact trebuie luate in calcul, atunci cand se alege materialul pentru confectionarea lentilei.