Эластичный искусственный хрусталик и способ его изготовления - RU2074673C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области медицины, а конкретно к офтальмологии.

В настоящее время в офтальмологии наибольшее применение находят искусственные хрусталики глаза (интраокулярные линзы ИОЛ), выполненные из полиметилметакрилата (Федоров С. Н. и др. Заднекамерная интраокулярная коррекция травматических катаракт и афакий. Офтальмохирургия, 1991. N2. с.5).

Интраокулярные линзы из полиметилметакрилата обладают хорошими оптическими характеристиками и низкой токсичностью. Недостатком этих хрусталиков является их высокая жесткость и связанная с этим возможность послеоперационных осложнений в виде травматизации окололежащих тканей глаза.

Известны ИОЛ из кремнийорганических полимеров силиконов, сополимера коллагена (Федоров С.Н. и др. Коррекция афакии методом имплантации ИОЛ из нового биосовместимого материала сополимера коллагена. Офтальмохирургия, 1992. N2, с.24) и гидрогеля (2-гидрооксиэтилметакрилата) (Федоров С.Н. и др. Гидрогелевый хрусталик в хирургии катаракты. Офтальмохирургия, 1990. N 4. с. 18). Недостатком этих хрусталиков является то, что используемые материалы обладают низкой внутренней когезией, что приводит к низкой прочности изделия
разрушению хрусталика при его сворачивании. Низкая прочность ИОЛ из этих материалов не позволяет использовать инжекторное введение их в глаз пациента. Кроме того, все эти материалы обладают значительно большей токсичностью по сравнению с полиметилметакрилатом, что создает большую вероятность послеоперационных воспалительных процессов глаза.

Известны эластичные ИОЛ, выполненные из пространственно-сшитых акриловых каучуков.

Хрусталики из этого материала обладают достаточно большой прочностью, их можно сворачивать и инжектировать в глаз через отверстие в зрачке. Однако их недостатком является высокая реактивность при взаимодействии с тканями глаза.

Известен способ изготовления интраокулярных линз путем высокотемпературной вулканизации в литьевой форме кремнийорганического полимера с последующим термостатированием.

Недостатком этого способа является то, что длительное выдерживание практически всех известных полимеров при высоких температурах 200 300^oС приводит не только к их сшиванию (вулканизации), но и к деструкции. При деструкции полимеров образуются низкомолекулярные продукты, способные диффундировать в ткани глаза и вызывать токсикологию.

Другим недостатком этого способа является то, что он позволяет использовать при изготовлении ИОЛ лишь очень узкий класс материалов, а именно те, у которых коэффициент усадки близок к нулю. В той же мере последнее относится и к способам изготовления линз, при которых отверждение жидкого материала в литьевой форме происходит под действием света или какого-либо другого излучения. В связи с тем что для подавляющего большинства фотоотверждаемых материалов коэффициент усадки находится в пределах от 5 до 22% считают, что такие способы не могут обеспечить изготовление линз с приемлемыми оптическими характеристиками (Полимерные оптические материалы. Сб. статей. Черноголовка. 1989, с.199).

Однако, известны патенты США N 4382902 (1983) и 4166088 (1979 ) кл. Б 29 Д 11/00, в которых описаны способы изготовления контактных линз для глаз путем отверждения жидкого материала в форме из оптически прозрачного материала под действием УФ света. За прототип выбран патент США N 4166088.

Отметим, что в данном случае описаны способы изготовления не ИОЛ, а контактных линз. Последние являются выпукло-вогнутыми линзами, для которых не характерна значительная разнотолщинность. В связи с чем можно допустить, что имеющиеся в литьевых формах демферирующие устройства дают возможность получить удовлетворительные по оптике характеристики линзы. ИОЛ это двояковыпуклые или плосковыпуклые линзы, у которых разнотолщинность много больше, чем у контактных линз. Для такого типа линз не одна из конструкций литьевой формы не позволяет получать таким способом линзы с удовлетворительными оптическими характеристиками.

Технической задачей изобретения является создание интраокулярной линзы, обладающей небольшой плотностью, способностью к сворачиванию и восстановлению ранее заданной формы, малотоксичной и нереактивной для среды глаза.

Поставленная техническая задача по искусственному хрусталику глаза решается тем, что в искусственном хрусталике, содержащем оптическую и опорную части из полимерного материала на основе метакрилата, согласно изобретению, полимерный материал изготовлен путем отверждения композиции, приготовленной из смеси:
олигоуретанметакритала следующего строения:

m=60 150
метакрилового эфира метилкарбитола

метакриловой кислоты

и 2,2'-диметокси-2-фенилацетофенона

при этом вышеуказанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

2,2-диметокси-2-фенилацетофенон 0,1 0,8
Метакриловая кислота 2 10
Метакриловый эфир метилкарбитола 20 40
Олигоуретанметакрилат остальное
После фотоотверждения получаем оптически прозрачный, эластичный, способный к сворачиванию и восстановлению заданной формы хрусталик.

Поставленная техническая задача по способу решается тем, что в способе изготовления искусственных хрусталиков глаза, заключающемся в обучении УФ светом жидкого фотоотверждаемого материала, помещенного в литьевую форму, состоящую из двух половинок и выполненную из оптически прозрачного материала, согласно изобретению, половинки литьевой формы выполнены в виде цилиндров с оптически полированными торцевыми поверхностями, на внутренних поверхностях которых в центральной части имеются углубления, которые при соединении двух половинок литьевой формы, образуют оптическую часть хрусталика, при этом на внутренней поверхности одной половинки формы выполнен рисунок, содержащий как прозрачные, так и непрозрачные для УФ света участки, негативное изображение которого соответствует плоскому изображению оптической части хрусталика и его опорных элементов, на внутренней поверхности другой половинки формы выполнен подобный рисунок, негативное изображение которого соответствует изображению только оптической части хрусталика, а облучение формы проводят в две стадии: первоначально свет фокусируют в центре формы и далее с равномерной скоростью, не превышающей скорость отверждения композиции, увеличивают радиус освещаемой площади до величины, равной радиусу оптической части хрусталика, затем форму облучают по всей поверхности от источника света, обеспечивающего равномерную освещенность всей поверхности формы, и дополнительно включают стадию проявления, состоящую в удалении неотвержденного жидкого материала с той внутренней поверхности формы, где сформирован хрусталик, путем растворения в подходящем растворителе, и отжига, состоящего в дополнительном облучении хрусталика, помещенного в бидистиллированную воду при Т=40 60^oС, УФ-светом в течение 3 10 мин.

В патентуемых композициях совокупность минимальных значений ингредиентов определяет пороговое значение с точки зрения минимума, ниже которого либо не достигается требуемой эластичности и прочности изделия, либо процесс полимеризации осуществляется не полностью, что приводит к возникновению острых реакций в тканях глаза.

Максимальные значения ингредиентов определяются тем, что при больших значениях проявляется либо излишняя жесткость хрусталика, либо ухудшение его оптических характеристик (искажение формы, появление мутности и т.д.).

Способ изготовления ИОЛ осуществляется следующим образом.

Для изготовления искусственных хрусталиков глаза используют литьевую форму, состоящую из двух половинок, выполненных из оптически прозрачного материала, например кварца, и кольцеобразную прокладку, толщина которой равна толщине опорной части хрусталика (фиг.1). Половинки литьевой формы выполняют в виде цилиндров с оптически полированными торцевыми поверхностями, на внутренних поверхностях которых в центральной части имеются углубления, которые при соединении двух половинок литьевой формы образуют оптическую часть хрусталика (фиг. 1). На внутренней поверхности верхней половинки формы выполнен рисунок, содержащий прозрачные и непрозрачные для УФ света участки, например из хрома, негативное изображение которого соответствует плоскому изображению оптической части хрусталика и его опорных элементов (фиг.2). На внутренней поверхности второй половинки формы выполнен аналогичный рисунок, негативное изображение которого соответствует изображению только оптической части хрусталика (фиг.3).

На нижней половинке формы устанавливают кольцеобразную прокладку, далее заливают в нее фотоотверждаемый материал с образованием верхнего мениска (фиг. 4), накладывают верхнюю половинку формы, совмещают центры двух половинок формы по двум координатам в плоскости и плотно сжимают (фиг.5).

Далее форму облучают УФ светом с λ=320-380 нм в две стадии.

Первоначально свет от внешнего источника фокусируют в центре формы и далее с равномерной скоростью, не превышающей скорости отверждения композиции, увеличивают радиус освещаемой площади до величины, равной радиусу оптической части хрусталика. Распределение освещенности вдоль диаметра оптической части хрусталика в начальный момент времени должно быть таким, как показано на фиг. 6, на конечной стадии облучения как показано на фиг.7. Изменение освещенности формы в процессе облучения осуществляют с помощью специальной установки экспонирования, состоящей из источника света (ртутно-кварцевой лампы марки ДРТ-120), диафрагмы, оптической системы, позволяющей проецировать открытую часть диафрагмы на рабочую поверхность литьевой формы, и устройства, позволяющего открывать диафрагму с заданной скоростью (не показано). Скорость расширения светового пятна подбирают таким образом, чтобы при достижении границы оптической части хрусталика произошло полное отверждение жидкого материала.

На второй стадии форму облучают по всей поверхности от источника света, обеспечивающего равномерную освещенность всей поверхности формы. Оптимальное время экспониpования подбирают эмпирически так, чтобы после проявления ИОЛ линейные размеры опорных элементов совпадали с соответствующими размерами, указанными на фиг.2.

После завершения облучения разъединяют две половинки формы. Изделие остается на одной из половинок формы с остатками неотвержденного жидкого материала. Изделие тщательно проявляют в подходящем растворителе, например в изопропиловом спирте, далее полученное изделие, не отделяя его от формы, облучают дополнительно УФ светом в течение 3 10 мин в бидистиллированной воде при Т=40 60^oС.

На фиг. 1 изображен общий вид литьевой формы в собранном состоянии; на фиг.2 вид снизу на внутреннюю поверхность верхней половинки формы без нижней половинки; на фиг. 3 вид сверху на внутреннюю поверхность нижней половинки формы без верхней половинки; на фиг.4 нижняя половинка литьевой формы после заливки композиции; на фиг.5 общий вид литьевой формы в собранном состоянии с залитой композицией; на фиг.6 распределение интенсивности света Е_o в начальный момент экспонирования, где r_o радиус оптической части; на фиг.7 распределение интенсивности света Е_o в момент времени, соответствующий полностью освещаемой оптической части.

Литьевая форма состоит из нижней 1 и верхней 2 половинок, 3 кольцевая прокладка, 4 прозрачный участок, соответствующий оптической части линзы, 5 - прозрачные участки, соответствующие опорным элементам линзы, 6 залитая фотоотверждаемая композиция.

Пример 1. В реакционную колбу, снабженную мешалкой, последовательно вводят олигоуретанметакрилат 78,19 г с количеством групп

m=80, метакриловый эфир металкарбитола 13,7 г, метакриловую кислоту 7,77 г и 2,2-диметокси-2-фенилацтофенон- 0, 34 г.

Полученную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 40 мин до полного растворения 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона.

После перемешивания композицию отфильтровывают и откачивают с помощью вакуумного насоса при давлении 0,5 1 мм рт.ст. до полного прекращения газовыделения.

Откаченную композицию используют для изготовления ИОЛ.

ИОЛ изготавливают в кварцевых литьевых формах, состоящих из двух половинок (фиг. 1), технические характеристики которых приведены в табл.1. Нижние половинки форм (1 4 по табл.1) располагают горизонтально так, чтобы углубления под оптическую часть ИОЛ находились сверху. На поверхности размещают ограничительные прокладки, выполненные в виде кольца из листового тефлона толщиной 150 мкм. Предварительно приготовленную композицию с помощью микродозатора объемом 200 мкл вводят в углубления нижних половинок литьевых форм. Верхние половинки литьевых форм накладывают на нижние и прижимают так, чтобы композиция полностью заполнила весь объем между двумя половинками литьевых форм, ограниченных прокладкой. Заполнение литьевых форм проводят при комнатной температуре, желтом освещении, в обеспыленной атмосфере. Каждую из литьевых форм последовательно помещают под микроскоп типа МБС-10 и при 12-ти кратном увеличении, путем перемещения нижней половинки относительно верхней, достигают совмещения края оптической части верхней половинки с краем оптической части нижней половинки литьевой формы. Совмещенную литьевую форму плотно сжимают и фиксируют. Переносят литьевую форму в установку экспонирования, состоящую из источника света (ртутно-кварцевой лампы марки ДРТ-120), диафрагмы, оптической системы, позволяющей проецировать открытую часть диафрагмы на рабочую поверхность литьевой формы, и устройства, позволяющего открывать диафрагму с заданной скоростью. Литьевую форму в установке экспонирования размещают таким образом, чтобы падающий луч проходил по главной оси оптической части литьевой формы, а изображение диафрагмы формировалось в плоскости, разделяющей две половинки формы. В начальный момент времени диафрагма закрыта. Устанавливают скорость открывания диафрагмы, соответствующую увеличению радиуса освещаемой площади оптической части на 3,5 мм за 7 мин и проводят первую стадию экспонирования. На первой стадии экспонирования формируется оптическая часть ИОЛ. Переносят литьевую форму под вторую установку экспонирования, состоящую из источника света (ртутно-кварцевой лампы марки ДРТ-120) и коллиматора, и проводят вторую стадию экспонирования. Оптимальное время экспонирования подбирают эмпирически так, чтобы после проявления ИОЛ линейные размеры опорных элементов совпадали с соответствующими размерами, указанными на фиг.2. При интенсивности света, падающего на поверхность литьевой формы, 440 Вт/м² оптимальное время экспонирования составляет 1 мин 30 с. На второй стадии экспонирования формируются опорные элементы ИОЛ (гаптическая часть). После облучения литьевую форму разбирают, отделяя одну половинку формы от другой и удаляя ограничительную прокладку. Далее все операции выполняют с половинкой литьевой формы, на которой сформирована ИОЛ. Форму с ИОЛ помещают в установку проявления, состоящую из кюветы для проявителя объемом 200 мл, насоса, обеспечивающего циркуляцию проявителя, и форсунки, расположенной в крышке кюветы. Форму с ИОЛ помещают в кювету, наливают проявитель изопропиловый спирт, закрывают крышкой и включают насос. Время проявления ИОЛ 2 мин. Во время проявления происходит удаление незаполимеризованной части фотоотверждаемого материала, который во время экспонирования находился под непрозрачными для УФ-света участками рисунка, выполненного на внутренней поверхности верхней половинки литьевой формы (фиг. 2). После проявления форму с ИОЛ высушивают в потоке теплого обеспыленного воздуха в течение 5 мин. Форму с ИОЛ помещают в кювету объемом 100 мл с бидистиллированной водой, нагретой до 40 60^oС. Кювету переносят в установку экспонирования, состоящую из источника света (ртутно-кварцевой лампы марки ДРТ-120), и проводят стадию отжига, состоящую в дополнительном облучении ИОЛ. При интенсивности падающего на поверхность ИОЛ света 330 Вт/м² время облучения составляет 10 мин. После дополнительного облучения ИОЛ высушивают от воды и отделяют от формы. Получаются оптически прозрачные эластичные ИОЛ, характеристики которых приведены в табл.2.

Пример 2. Композицию готовят, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, г:
олигоуретанметакрилат с количеством групп

метакриловый эфир метилкарбитола 10
метакриловая кислота 2
2,2-диметокси-2-фенилацетофенона 0,1
Изготавливают ИОЛ, как в примере 1. Характеристики ИОЛ приведены в табл. 2.

Пример 3. Композицию готовят, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, г:
олигоуретанметакрилат с количеством групп

метакриловый эфир метилкарбитола 40
метакриловая кислота 10
2,2-диметокси-2-фенилацетофенона 0,8
Изготавливают ИОЛ, как в примере 1. Характеристики ИОЛ приведены в табл. 2.

Пример 4. Композицию готовят, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, г:
олигоуретанметакрилат с количеством групп

метакриловый эфир метилкарбитола 5
метакриловая кислота 1
2,2-диметокси-2-фенилацетофенона 0,5
Изготавливают ИОЛ, как в примере 1. Характеристики ИОЛ приведены в табл. 2.

Пример 5. Композицию готовят, как в примере 1, при следующем соотношении компонентов, г:
олигоуретанметакрилат с количеством групп

метакриловый эфир метилкарбитола 60
метакриловая кислота 15
2,2-диметокси-2-фенилацетофенон 2
Изготавливают ИОЛ, как в примере 1. Характеристики ИОЛ приведены в табл. 2.

Пример 6. Композицию готовят при соотношении компонентов, как в примере 1. ИОЛ изготовляют, как в примере 1, но устанавливают скорость открывания диафрагмы, соответствующую увеличению радиуса освещаемой площади оптической части на 3,5 мм за 4 мин, и проводят первую стадию экспонирования. Характеристики ИОЛ приведены в табл.2.

Пример 7. Композицию готовят при соотношении компонентов, как в примере 1. ИОЛ изготовляют, как в примере 1, но устанавливают скорость открывания диафрагмы, соответствующую увеличению радиуса освещаемой площади оптической части на 3,5 мм за 10 мин, и проводят первую стадию экспонирования. Характеристики ИОЛ приведены в табл.2.

Пример 8. Композицию готовят при соотношении компонентов, как в примере 1, но стадию отжига проводят при температуре бидистиллированной воды 20^oС. Характеристики ИОЛ приведены в табл.2.

Пример 9. Композицию готовят при соотношении компонентов, как в примере 1, но стадию отжига проводят при температуре бидистиллированной воды 90^oС. Характеристики ИОЛ приведены в табл.2.

Показатель преломления фотоотвержденного материала определяют по формуле:

где F фокусное расстояние ИОЛ,
R радиус кривизны передней и задней поверхностей ИОЛ (R₁=R₂=R).

Фокусное расстояние ИОЛ определяют по формуле F=a, где а расстояние от изображения предмета до главной оптической плоскости ИОЛ при бесконечно удаленном источнике света.

Величину рефракции определяют по формуле

где Δn разница показателей преломления фотоотвержденного материала ИОЛ и камерной влаги глаза (n=1,336).

Плотность ИОЛ определяют по стандартной методике определения плотности полимерных материалов.

Разрешающую способность определяют по штриховой мире, расположенной в фокальной плоскости ИОЛ.

Из табл.2 следует, что во всех примерах (1, 2, 3 и 7), в которых состав фотоотверждаемой композиции и способ изготовления ИОЛ соответствуют формуле изобретения, формируются хрусталик с наибольшими значениями по показателю преломления, плотности и разрешающей способности. Как показали исследования, в таких хрусталиках полностью завершен процесс полимеризации, и они не токсичны для пациента. Отклонения как по рецептуре, так и по способу изготовления ИОЛ (примеры 4 6, 8, 9) приводят к уменьшению показателя преломления, плотности и разрешающей способности, и соответственно, к появлению токсичности.

Реферат

Изобретение относится к области медицины, а конкретно к офтальмологии. Технической задачей изобретения является создание интpаокулярной линзы, обладающей небольшой плотностью, способностью к сворачиванию и восстановлению ранее заданной формы, малотоксичной и нереактивной для среды глаза. Поставленная техническая задача по искусственному хрусталику глаза решается тем, что в искусственном хрусталике, содержащем оптическую и опорную части из полимерного материала на основе метакрилата, согласно изобретению, полимерный материал изготовлен путем отверждения композиции, приготовленной из смеcи:
олигоуретанметакрилата следующего строения:

m=60 - 150
метакрилового эфира метилкарбитола

метакриловой кислоты

и 2,2 -диметокси 2-фенилацетофенона

при этом вышеуказанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
2,2-диметокси 2-фенилацетофенон - 0,1 - 0,8
Метакриловая кислота - 2 - 10
Метакриловый эфир метилкарбитола - 20 - 40
Олигоуретанметакрилат - остальное
Поставленная техническая задача по способу решается тем, что в способе изготовления искусственных хрусталиков глаза, заключающемся в облучении УФ светом жидкого фотоотверждаемого материала, помещенного в литьевую форму, состоящую из двух половинок и выполненную из оптически прозрачного материала, согласно изобретению, половинки литьевой формы выполнены в виде цилиндров с оптически полированными торцевыми поверхностями, на внутренних поверхностях которых в центральной части имеются углубления, которые при соединении двух половинок литьевой формы, образуют оптическую часть хрусталика, при этом на внутренней поверхности одной половинки формы выполнен рисунок, содержащий как прозрачные, так и непрозрачные для УФ света участки, негативное изображение которого соответствует плоскому изображению оптической части хрусталика и его опорных элементов, на внутренней поверхности другой половинки формы выполнен подобный рисунок, негативное изображение которого соответствует изображению только оптической части хрусталика, а облучение формы проводят в две стадии: первоначально свет фокусируют в центре формы и далее с равномерной скоростью, не превышающей скорость отверждения композиции, увеличивают радиус освещаемой площади до величины, равной радиусу оптической части хрусталика, затем форму облучают по всей поверхности от источника света, обеспечивающего равномерную освещенность всей поверхности формы, и дополнительно включают стадию проявления, состоящую в удалении неотвержденного жидкого материала с той внутренней поверхности формы, где сформирован хрусталик, путем растворения в подходящем растворителе, и отжига, состоящего в дополнительном облучении хрусталика, помещенного в бидистиллированную воду при Т= 40 - 60^oС, УФ-светом в течение 3 - 10 мин. 2 с.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

Формула