Полимерные синтетические материалы для контактных линз, их эволюция, свойства (обзор литературы)

Актуальность. В настоящее время рынок контактных линз как в мире, так и в России динамично развивается. При этом отрасль включает в себя несколько классов контактных линз, различающихся по структуре и свойствам. В России собственные основные материалы для производства контактных линз практически отсутствуют. Поэтому представляется актуальным провести обзор литературных данных по методам изготовления линз и основного химического сырья для их создания. Цель: установление структуры материалов, используемых в производстве контактных линз, а также выделение достоинств и недостатков каждого материала для этих изделий. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели был проведен литературный обзор 29 научных статей, посвященных методам изготовления контактных линз. При этом рассматривались материалы для контактных линз, оказавшие значительное влияние на дальнейшее развитие отрасли либо ставшие коммерческим продуктом. Результаты. Рассмотрена история открытия и исследованы направления развития стеклянных, полиметилметакрилатных, гидрогелевых и  силикон-гидрогелевых линз. Приведены структуры материалов различных классов: так, гидрогелевые линзы представляют собой сополимеры гидроксиэтилметакрилата, N‑винилпирролидона, N‑диметилакриламида и других органических мономеров; силикон-гидрогелевые – сополимеры указанных веществ и силиконовых олигомеров. Показано, что стеклянные и полиметилметакрилатные линзы слишком жесткие для комфортного ношения, а гидрогелевые оптимальны по модулю упругости, но не обеспечивают должного питания глаз кислородом. Основной раздел посвящен силикон-гидрогелевым линзам. Они безопасны за счет биоинертности силиконов, и потому основной научный интерес сейчас сосредоточен в этой области – ведутся активные поиски способов улучшения совместимости гидрофильных и  гидрофобных доменов силикон-гидрогеля, оптимальных структур силиконовых макромеров, способов модификации поверхности линзы и новых методов изготовления контактных линз. Рассмотрены четыре поколения коммерческих силикон-гидрогелевых материалов, а также новое направление исследований – подобные живым тканям материалы, в основе которых метакрилоксиэтилфосфорилхолин. Заключение. В сравнении с предшествующими классами линз силикон-гидрогелевые линзы на сегодняшний день являются наиболее продвинутыми, так как они обеспечивают наибольший комфорт для пользователя и лучше всего подходят для пролонгированного ношения за счет оптимального влагосодержания, кислородопроницаемости, модуля упругости и т.д. Новое перспективное направление – создание «биомиметических» контактных линз из  материалов со  структурой, похожей на структуру натуральных тканей.

1. Nichols JJ, Fisher D. Contact lenses 2020. Contact Lens Spectr. 2021;36:24–29.

2. Kakroo V. Contact lenses market size, share, and trends 2024 to 2033. Precedence Research. 2024. URL: https://www.precedenceresearch.com/contact-lenses-market (accessed 23.12.2024).

3. Джонс Л, Уолш К. Эволюция однодневных силикон-гидрогелевых линз. Два десятилетия инноваций в области материалов и дизайнов. Вестник оптометрии. 2018;4:22–28.

4. Stern J, Wong R, Naduvilath TJ, et al. Comparison of the performance of 6- or 30-night extended wear schedules with silicone hydrogel lenses over 3 years. Optometry and Vision Science. 2004;81(6):398–406. doi: 10.1097/01.opx.0000135092.69383.fd

5. Nilsson SE. Seven-day extended wear and 30-day continuous wear of high oxygen transmissibility soft silicone hydrogel contact lenses: A randomized 1-year study of 504 patients. CLAO Journal. 2001;27(3):125–136.

6. Перфильева ЕА. Эволюция материалов и дизайна мягких контактных линз. The EYE ГЛАЗ. 2018;20(2):10–14.

7. Киреев ВВ. Высокомолекулярные соединения: учебник для академического бакалавриата. М.: Юрайт; 2015:602.

8. Musgrave CSA, Fang F. Contact lens materials: A materials science perspective. Materials (Basel). 2019;12(2):261. doi: 10.3390/ma12020261

9. Wuchte L, DiPasquale S, Masterson A, et al. Characterization and analysis of extended-wear silicone hydrogel contact lenses utilizing novel silicone macromers. J Biomed Mater Res A. 2022;110(8):1512–1523. doi: 10.1002/jbm.a.37389

10. dos Santos JF, Alvarez-Lorenzo C, Silva M, et al. Soft contact lenses functionalized with pendant cyclodextrins for controlled drug delivery. Biomaterials. 2009;30(7):1348–1355. doi: 10.1016/j.biomaterials.2008.11.016

11. Zhao Z, Xie H, An S, Jiang Y. The relationship between oxygen permeability and phase separation morphology of the multicomponent silicone hydrogels. J Phys Chem B. 2014;118(50):14640–14647. doi: 10.1021/jp507682k

12. Moad G. A critical assessment of the kinetics and mechanism of initiation of radical polymerization with commercially available dialkyldiazene initiators. Progress in Polymer Science. 2019;88:130–188. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2018.08.003

13. Alió JL, Belda JI, Artola A, et al. Contact lens fitting to correct irregular astigmatism after corneal refractive surgery. Cataract Refract Surg. 2002;28(10):1750–1757. doi: 10.1016/s0886-3350(02)01489-x

14. Shishavan AA, Nordin L, Tjossem P, et al. PMMA-based ophthalmic contact lens for vision correction of strabismus. Proceedings of the SPIE. 2016;9918. doi: 10.1117/12.2237994

15. Thean, JHJ, Mcnab AA. Blepharoptosis in RGP and PMMA hard contact lens wearers. Clin Exp Optom. 2004;87(1):11–14. doi: 10.1111/j.1444-0938.2004.tb03139.x

16. Michálek J., Podešva J., Dušková-Smrčková M. True story of poly(2-hydroxyethyl methacrylate)-based contact lenses: How did it really happen. Substantia. 2022;6(2):79–91. doi: 10.36253/Substantia-1591

17. Kopecek J. Hydrogels: From soft contact lenses and implants to self-assembled nanomaterials. Journal of polymer science / Part A. Polymer chemistry. 2009;47(22):5929–5946. doi: 10.1002/pola.23607

18. Wichterle O, Lim D. Hydrophilic gels for biological use. Nature. 1960;185:117–118. doi: 10.1038/185117a0

19. Wichterle O. Method of centrifugally casting thin edged corneal contact lenses. Patent US3660545A – 1972-05-02.

20. Nicolson PC, Vogt J. Soft contact lens polymers: an evolution. Biomaterials. 2001;22(24):3273–3283. doi: 10.1016/s0142-9612(01)00165-x

21. Holden BA, Mertz GW. Critical oxygen levels to avoid corneal edema for daily and extended wear contact lenses. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1984;25(10):1161–1167.

22. Harvitt DM, Bonanno JA. Re-evaluation of the oxygen diffusion model for predicting minimum contact lens Dk/t values needed to avoid corneal anoxia. Optom Vis Sci. 1999;76(10):712–719. doi: 10.1097/00006324-199910000-00023

23. Tighe BJ. Extended wear contact lenses. Biomaterials and Regenerative Medicine in Ophthalmology. 2010;304–336.

24. Воронков МГ, Милешкевич ВП, Южелевский ЮА. Силоксановая связь. Новосибирск: Наука; 1976:413.

25. Kossovsky N, Freiman CJ. Physicochemical and immunological basis of silicone pathophysiology. J Biomater Sci Polym Ed. 1995;7(2):101–113. doi: 10.1163/156856295x00625

26. Habal MB. The biologic basis for the clinical application of the silicones. A correlate to their biocompatibility. Arch Surg. 1984;119(7):843–848. doi: 10.1001/ archsurg.1984.01390190081019

27. Key JE. Development of contact lenses and their worldwide use. Eye & Contact Lens. 2007;33(6):343–345. doi: 10.1097/ICL.0b013e318157c230

28. Gaylord NG. Oxygen-permeable contact lens composition methods and article of manufacture. Patent US3808178 – 30- 04-1974.

29. Nicholson PC, Baron RC, Chabrecek P, et al. Extended wear ophthalmic lens. Patent WO 96/31792 – 22-03-1996.

30. Ishihara K, Shi X, Fukazawa K, et al. Biomimetic-engineered silicone hydrogel contact lens materials. ACS Appl Bio Mater. 2023;6(9):3600–3616. doi: 10.1021/acsabm.3c00296

31. Harvey TB. Hydrophilic siloxane monomers and dimmers for contact lens materials and contact lenses fabricated therefrom. Patent US4711943 – 08-12-1987.

32. Iwata J, Hoki T, Ikawa S, Back A. Silicone hydrogel contact lens. Patent US8614261B2 – 20-09-2006.

33. Broad RA. Contact lens. Patent WO2008061992 – 29-05- 2008.

34. Ishihara K, Ueda T, Nakabayashi N. Preparation of phospholipid polymers and their properties as polymer hydrogel membranes. Polym J. 1990;22(5):355–360. doi: 10.1295/polymj.22.355

35. Willis SL, Court JL, Redman RP, et al. A novel phosphorylcholinecoated contact lens for extended wear use. Biomaterials. 2001;22(24):3261–3272. doi: 10.1016/S0142-9612(01)00164-8

36. Ишихара К, Папас Э, Пруитт Д и др. Инновации в контактной коррекции: создание биомиметической поверхности. The EYE ГЛАЗ. 2023;25(3):235–243. doi: 10.33791/2222-4408-2023-3-235-243.