В настоящее время рынок контактных линз (КЛ) стремительно развивается, в 2022 году его оценивали в 9,9 миллиарда долларов [1], в 2025 он составит уже 17,1 миллиарда, а к 2033 году ожидается рост до 26,5 миллиарда долларов [2]. Силикон-гидрогелевые контактные линзы являются наиболее востребованными. Так, в США (наиболее развитый рынок КЛ) они занимают около 70 % продаж от всех линз (рис. 1). Объясняется это тем, что силикон-гидрогелевые КЛ обладают комплексом свойств, делающим их наиболее комфортными для ношения: в них сочетается высокая кислородопроницаемость (от 60 до 200 баррер), оптимальное влагосодержание (от 30 до 80 %) и удовлетворительный модуль упругости (от 0,5 до 1,5 МПа). Благодаря указанным характеристикам удается избежать нежелательных явлений, которые снижают комфортность использования и несут потенциальную угрозу здоровью пациента: гипоксии роговицы, сухости глаз, контаминации линзы, воспалительных реакций [3].

Предшественник силикон-гидрогелевых линз – гидрогелевые линзы, они и по сей день занимают значительную долю рынка [1]. Гидрогели получают из исключительно органических мономеров, и они характеризуются высоким влагопоглощением, за счет чего обеспечивают соответствующим линзам комфортное глазу влагосодержание. Добавление в состав молекул гидрогеля силиконовых фрагментов и привело к возникновению силикон-гидрогелей. Главным преимуществом, отличающим силикон-гидрогелевые линзы от гидрогелевых, является их бóльшая пригодность к длительному ношению и возможность использования ночью за счет обеспечения лучшего питания глаз кислородом [4][5]. При всех очевидных преимуществах силикон-гидрогелевых линз их основным недостатком является более высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящих силиконовых мономеров.

На сегодня очевидно, что силикон-гидрогель во многом является оптимальным материалом для контактных линз, однако важно понимать, что за получением материала с таким комплексом свойств стоят десятилетия работы ученых: осуществлен обширный поиск подходящих мономеров, их соотношения, методов модификации подобранных мономеров, способов обработки контактных линз. Так, от первых исследований, связанных с полимеризацией силиконовых мономеров с мономерами гидрогелей, до появления первых коммерческих линз прошло более 20 лет. Для понимания структуры современных силикон-гидрогелей и взаимосвязи «структура – характеристика» целесообразно рассмотреть эволюцию этих материалов.

Цель: установление структуры материалов, используемых в производстве контактных линз, а также выделение достоинств и недостатков каждого материала для этих изделий.

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.

Этапы развития производства контактных линз можно проследить по природе материалов, из которых они изготавливались. Одни материалы практически остались в истории, тогда как другие заменили их и в том или ином объеме используются до сих пор. Выделим следующие категории контактных линз в порядке их возникновения:

1) стеклянные склеральные линзы,

2) линзы из полиметилметакрилата (ПММА),

3) гидрогелевые линзы,

4) линзы из силиконового полимера,

5) силиконовые жесткие газопроницаемые линзы,

6) силикон-гидрогелевые линзы.

Первые оптические приспособления, напоминающие современные контактные линзы, были предложены швейцарским офтальмологом А. Фиком в 1888 году. По конструкции они представляли собой жесткие склеральные линзы из стекла определенной кривизны. Первое промышленное производство было запущено в 1914 году компанией Carl Zeiss, Германия. При этом на предприятии уже изготавливали индивидуальные линзы для каждого человека с использованием специальных наборов для подбора линзы [6]. Однако стекло по своей природе жесткий материал с нулевой газопроницаемостью, поэтому носить такие линзы можно было очень непродолжительное время во избежание гипоксии роговицы и развития заболевания глаз.

1.1. Начало применения полимерных материалов в контактных линзах

Следующей вехой в истории развития контактных линз стало применение синтетического полимера – полиметилметакрилата. Полимеры представляют собой макромолекулы, состоящие из составных звеньев – множества повторяющихся атомов или их группировок, и обладают определенным набором свойств, который не изменяется при удалении или добавлении одного или нескольких составных звеньев [7]. Эти соединения получают реакцией полимеризации мономеров, которые при взаимодействии друг с другом (например, посредством раскрытия двойной связи или конденсации с образованием силоксановой связи и т. д.) образуют макромолекулы с соответствующим набором составных звеньев. Некоторые мономеры, используемые для получения материалов контактных линз, и соответствующие им полимеры приведены на рис. 2.

Стоит отметить, что в более современных материалах для контактных линз используются преимущественно полимеры, получаемые совместной полимеризацией сразу нескольких мономеров (сополимеризацией).

1.2. Механизм реакции полимеризации

При получении материалов для контактных линз реакция полимеризации, как правило, протекает по свободнорадикальному механизму [8–11]. Рассмотрим его подробнее.

В процессе радикальной полимеризации происходит образование свободных радикалов – частиц, которые содержат на внешней электронной оболочке один или несколько неспаренных электронов. Для получения радикалов используют реакцию инициирования. Различают следующие ее виды:

При производстве материалов для контактных линз, как правило, сочетают вещественное и фотохимическое инициирование: в смесь мономеров вводится фотоинициатор, который активируется при воздействии излучения определенной длины волны. На рис. 3 в качестве примера показан распад инициатора ДАК (динитрила азобисизомасляной кислоты) [12].

Радикалы взаимодействуют с молекулами мономера и образуют новые радикалы, которые длиннее своих предшественников на одно мономерное звено. Таким образом, происходит рост полимерной цепи (рис. 4).

Макромолекула продолжает расти, пока не происходит обрыв цепи, в ходе которого радикал теряет свою активность. Обрыв происходит при взаимодействии радикалов друг с другом, с молекулами полимера, растворителя, мономеров, примесей или специально вводимых веществ – обрывателей полимеризации. При взаимодействии радикалов обрыв может пойти по механизму диспропорционирования (при котором макромолекулы не изменяются в размерах) или рекомбинации (при котором два радикала соединяются в более длинную макромолекулу, рис. 5) [7].

Свободнорадикальная полимеризация является простым и технологичным методом, поскольку она не требует применения дорогостоящих катализаторов, а все побочные продукты реакции и непрореагировавшие вещества можно удалить на этапе очистки после синтеза. Именно поэтому большинство современных контактных линз получают этим способом.

1.3. Контактные линзы из полиметилметакрилата

Линзы из полиметилметакрилата (ПММА) впервые были изготовлены в 1931 году И. Дьерфи и Т. Обригом [6]. В сравнении со стеклянными линзами они стали тоньше, вдвое легче и обладали лучшими оптическими свойствами. Кроме того, упростилась технология их производства. Стало возможным изготовление роговичных линз. Однако время их ношения не превышало 10 часов, так как полиметилметакрилат так же, как и стекло, не пропускает кислород [6]. Это объясняется низкой подвижностью углеродной цепи ПММА и сильными межмолекулярными взаимодействиями, а именно физическим переплетением полимерных цепей и диполь-дипольными взаимодействиями. Диполи создаются отрицательно заряженным (электрохимически отрицательным) кислородом в сравнении с соседними положительно заряженными (электрохимически положительными) атомами углерода и водорода. Из-за них цепи практически не вращаются, не перемещаются и при этом притягиваются друг к другу. Также в ПММА нет крупных боковых подвесных структур. По этим причинам полимер является жесткоцепным с очень небольшим свободным объемом между молекулами, через который мог бы проходить кислород, и имеет высокий модуль упругости [8].

Сегодня полиметилметакрилат в контактных линзах практически не используют ни в коммерческих, ни в исследовательских целях. Возможная область применения – специальные жесткие склеральные линзы для пациентов, перенесших операции на глазах [13]. Но так как полимер является очень хорошо изученным, в основном он используется как эталонный материал для изучения влияния контактных линз на здоровье глаз. Имеются исследования о ношении линз из ПММА при астигматизме [13], косоглазии [14] и блефароптозе [15].

Идея создания гидрогелевых офтальмологических имплантов возникла у чешского исследователя Отто Вихтерле в 1953 году [16]. Вихтерле увидел в журнале рекламу танталового протеза глазного яблока, высказал предположение, что было бы более целесообразно изготавливать такие имплантаты из биосовместимых полимеров, и предложил идею трехмерных и слабосшитых гидрофильных гелей. Получение первого такого материала произошло в ходе интересного случая. Его можно считать очередным примером того, как многие важные открытия в науке происходят по счастливой случайности. В 1953 году младший коллега Отто Вихтерле Драгослав Лим из Пражского химико-технологического института изучал возможность применения полимеров диметакрилата триэтиленгликоля в ламинатах из стекловолокна. Он синтезировал мономер триэтиленгликольдиметакрилата путем кислотно-катализируемой переэтерификации метилметакрилата триэтиленгликолем (рис. 6).

После получения самого продукта Лим собирался нейтрализовать кислоту, добавить воды для разделения смеси на органический слой с триэтиленгликольдиметакрилатом и водный слой, промыть органический водой до нейтральной реакции, отделить его, осушить и выделить триэтиленгликольдиметакрилат перегонкой. Но ученый не стал проводить весь процесс за один рабочий день, он добавил воды и оставил смесь до следующего дня для разделения фаз. Однако когда он вернулся на работу, то обнаружил не две несовместимые жидкие фазы, а одну в виде прозрачного гидрогеля. Этот гидрогель представлял собой сополимер триэтиленгликольмонометакрилата с триэтиленгликольдиметакрилатом [17]. Очевидно, переэтерификация прошла не полностью, из-за чего образовались ди- и монозамещенные сложные эфиры триэтиленгликоля, затем за ночь они полимеризовались и образовался высокомолекулярный продукт, сильно набухающий в воде.

В дальнейшем материал для контактных линз стали искать среди сшитых метакрилатных эфиров триэтиленгликоля, диэтиленгликоля и этиленгликоля. Наилучшим показал себя сшитый этилендиметакрилатом (диметакрилатом этиленгликоля, ЭГДМА) поли-2-гидроксиэтилметакрилат (полимер монометакрилата этиленгликоля) [18]. Структура полимера отображена на рис. 7. Этот сополимер был выбран Вихтерле и Лимом по двум причинам: во-первых, он показал правильный баланс гидрофильности и гидрофобности и позволил получить гидрогели с подходящими механическими свойствами для применения в мягких контактных линзах; во-вторых, его оптические свойства, а также равновесная степень набухания гидрогеля на его основе (около 40 % воды в равновесном набухшем состоянии) меняются незначительно при изменении концентрации сшивающего агента. Это позволило получать мягкие контактные линзы с воспроизводимыми свойствами, даже если качество мономеров в определенной степени варьировалось.

Позже гидрогели гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА) были исследованы на биосовместимость, а также при сотрудничестве с компанией Dioptra Лим и Вихтерле разработали первые гидрогелевые линзы с ровными краями, готовые к применению, после чего в 1959 году их опробовали первые пользователи. Испытания доказали способность мягких контактных линз корректировать ошибки рефракции и хорошую переносимость пациентами [17]. Были разработаны методы производства контактных линз центробежным формованием [19] и точением. Причем установку для первого метода Вихтерле изготовил в домашних условиях, используя детский набор конструкторов своего внука (рис. 8).

Впоследствии лицензия на гидрогелевые контактные линзы была передана американской компании Bausch&Lomb, которая запустила их промышленное производство. Таким образом, ГЭМА зарекомендовал себя как основной материал для изготовления гидрогелевых контактных линз.

В гидрогелевых линзах проводником кислорода выступает водная фаза. Кислородопроницаемость чистой воды составляет около 80 баррер. Соответственно, с увеличением доли водной фазы, то есть влагосодержания, увеличивается и кислородопроницаемость материала. По этой причине в дальнейшем, помимо ГЭМА, в гидрогелевых контактных линзах стали использовать мономеры с сильными гидрофильными свойствами, такие как N-винилпирролидон, акриловая и метакриловая кислоты. За счет этого удалось получить материалы с высоким влагосодержанием – более 50 %. Полученные линзы обладали более высокой кислородопроницаемостью, но и значительно большей толщиной. Такие толстые линзы сложны в изготовлении и обращении, имеют пониженные механические свойства, склонны к повышенной адсорбции белков из слезной пленки, а также быстрому высыханию [20]. Так стало понятно, что невозможно получить линзы с хорошей кислородопроницаемостью и остальными свойствами в коммерческом диапазоне (то есть не уступающие по характеристикам современным аналогам, представленным на рынке), максимально увеличивая влагосодержание материала.

По различным оценкам, кислородопроницаемость, исключающая возможность повреждения роговицы и обеспечивающая возможность ночного ношения контактных линз, составляет 87 баррер для линзы толщиной 0,1 мм по критерию Холдена и Мерца [21] или 125 баррер/0,1 мм по альтернативным оценкам [22]. Гидрогелевые линзы с высоким влагосодержанием, особенно с уменьшенной до 0,1 мм толщиной, не соответствуют этим показателям из-за своей хрупкости.

Рассмотрим немного подробнее, что вообще представляет собой такой параметр, как кислородопроницаемость. Коэффициент проницаемости (P) – это произведение коэффициента диффузии (D) на коэффициент растворимости (S):

P = D × S.

В области контактных линз стало традиционным обозначение коэффициента растворимости (S) буквой k, по этой причине кислородопроницаемость и обозначается, как Dk.

Итак, величина коэффициента диффузии определяется подвижностью полимерных цепей и легкостью прохождения через них кислорода, а растворимости – количеством кислорода, которое материал может растворить при данном парциальном давлении окружающей среды. В гидрогелевых линзах присутствие воды обеспечивает определенную растворимость и увеличивает легкость диффузии, несмотря на это растворимость кислорода в водной фазе гидрогеля будет всегда намного меньше, чем растворимость кислорода в чистой воде. Как было показано ранее, нельзя добиться хорошей газопроницаемости одним увеличением растворимости, поэтому исследователям было целесообразно найти материал с бóльшим коэффициентом диффузии. Со временем такие материалы были найдены, самыми перспективными оказались полисилоксаны [23].

В поисках веществ с повышенной проводимостью кислорода исследователи нашли два класса таких материалов – фторуглероды и силиконы. В табл. 1 приведены отдельные их представители и соответствующие им значения Dk.

Как видно, силикон обладает кратно большей кислородопроницаемостью, чем фторуглероды и вода (Dk воды = 80). При этом необходимо отметить, что перфторуглероды обладают на порядки большей кислородопроницаемостью, однако они не применяются в медицине из-за высокой токсичности.

Высокие значения кислородопроницаемости силиконов объясняются особенностями их молекулярной структуры и природой силоксановой связи. Эта связь является очень гибкой, благодаря чему силоксановые цепи сворачиваются в спираль с «торчащими наружу» алкильными группами. Из-за этого полимерные цепи силоксанов характеризуются слабым межмолекулярным взаимодействием – они не «притягиваются» друг к другу, и в материале возникает большой свободный объем, способствующий высокой проницаемости для кислорода и других газов [24].

Кроме того, силиконовый полимер обладает удачным сочетанием физико-механических свойств для контактных линз – будучи эластомером, он занимает промежуточное положение между термопластами (полиметилметакрилат) и гидрогелями (полигидроксиэтиметакрилат). С первой группой его связывает достаточно высокая прочность, а со второй – оптимальная твердость. Саму возможность применения силиконов в области медицины обеспечивает их биосовместимость [25][26].

Как уже упоминалось, силоксановая цепь при нормальной температуре представляет собой клубок с ориентированными наружу углеводородными радикалами. Помимо указанных преимуществ, такая конфигурация обуславливает очень существенный недостаток силиконовых контактных линз, а именно гидрофобность. Из-за гидрофобных углеводородных групп цепи силикона отталкивают от себя молекулы воды, и контактные линзы приобретают низкую смачиваемость [23][24]. Эту проблему можно было бы решить модификацией поверхности для придания ей гидрофильности, однако и здесь гибкость силоксановой связи этому препятствует: из-за легкости вращения силоксановых цепей любая такая модификация сходит на нет, так как гидрофобные полимерные цепи быстро вновь возвращаются на поверхность линзы. Кроме того, силиконовые контактные линзы склонны к быстрому накоплению отложений липидов из слезной пленки [23], из-за чего такие линзы быстро загрязняются. Помимо всего, силикон в чистом виде обладает достаточно высоким модулем упругости (1–3 МПа у полидиметилсилоксана1) в сравнении с современными материалами для контактных линз (0,5–1,5 МПа [23]) – то есть материал обладает бóльшей жесткостью. Из-за этого силиконовая линза «стягивает» роговицу [27] и «захватывает» ее после деформации при моргании [23], что также вызывает дискомфорт.

Указанные недостатки оказались критическими для массового использования линз из силиконового эластомера и оставили им очень ограниченную область применения. В настоящее время такие линзы применяются при коррекции детской афакии, так как в этой области важна очень высокая кислородопроницаемость и прочность материала (и, как следствие, долговечность) [23].

4.1. Возниконовение силикон-гидрогелей

Поскольку силиконы в чистом виде показали свою непригодность к применению в контактных линзах массового производства, в дальнейшем их попробовали совместить с метакрилатами. Полученные силоксиметакрилаты объединили в себе простоту получения акрилов и кислородопроницаемость силиконов. Один из таких мономеров, который и по сей день используется в жестких и мягких контактных линзах под условным наименованием TRIS, в 1974 году запатентовал Норман Гейлорд [28]. Трис- (триметилсилокси)-метакрилоксипропилсилан (TRIS), показанный в табл. 2, представляет собой молекулу метилметакрилата с боковой подвесной структурой в виде силоксанового фрагмента. Этот мономер (в сочетании с метилметакрилатом и фторметакрилатами) открыл дорогу к получению современных жестких газопроницаемых линз (Rigid Gas Permeable Lens, RGP lens). Баланс указанных трех компонентов позволил получить материалы с оптимальной смачиваемостью, кислородопроницаемостью и твердостью.

Силиконы имеют более высокий коэффициент диффузии, чем метакрилаты, поэтому логичным решением стала разработка силикон-гидрогеля – материала, включающего в себя фрагменты силикона и органических фрагментов, традиционных для гидрогелей. Для его получения использовали зарекомендовавшие себя гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА) и TRIS. Однако сополимеризация гидрофильного ГЭМА и гидрофобного TRIS и последующая гидратация полученной линзы приводит к частичному разделению фаз и потере материалом оптической прозрачности. Большой массив существующих патентов силикон-гидрогелей с близкой химической структурой обусловлен как раз множеством подходов к решению этой проблемы. Так, существуют следующие стратегии (которые в одном материале могут комбинироваться):

Наилучшим образом в рецептурах коммерческих силикон-гидрогелевых линз себя зарекомендовали подходы b и c. В том или ином виде все три подхода описывались в патентной литературе в течение почти 25 лет, и только в конце 1990-х годов стали появляться первые коммерческие линзы [23].

4.2. Патент CIBA Vision и раскрытие структуры силикон-гидрогеля

В 1996 году был опубликован патент компании CIBA Vision под названием «Extended wear ophthalmic lens» [29]. В нем была впервые описана морфологическая структура силикон-гидрогеля как материала, состоящего из двух совместно-непрерывных фаз, связывающих непосредственно переднюю и заднюю поверхности контактной линзы. Одна из этих фаз является кислородопроницаемой (силиконовая), а другая ионопроницаемой (органическая). Таким образом, в патенте утверждается, что молекулярная сетка силикон-гидрогеля имеет микроблочную структуру. То есть материал представляет собой пространственную макромолекулу, разные участки которой находятся сразу в двух различных фазах. Силиконовые участки сетки (микродомены силикона) образуют, соответственно, силиконовую фазу, а органические участки сетки (органические микродомены) формируют гидрогелевую фазу (рис. 9). Последняя имеет такое название за счет того, что органические микродомены характеризуются высоким водопоглощением.

В дальнейших исследованиях это предположение также подтвердилось. Например, на рисунке 10 представлены снимки силикон-гидрогелей на основе бис- (триметилсилилокси)-метилсилилпропилглицеролметакрилата и TRIS с различным соотношением компонентов, полученные сканирующей электронной микроскопией [11]. Как видно, материалы имеют двухфазную зернистую (A), волокнистую (C) или промежуточную структуру (B).

Далее снова вернемся к рассмотрению патента, указанного в заголовке раздела. В нем был выделен новый критерий отбора для силикон-гидрогелевых линз: ионная и водная проницаемость. Было установлено, что для адекватного движения линзы на глазу ее материал должен обладать значениями ионной и водной проницаемости не ниже пороговых. Так, пороговым значением проницаемости для ионов натрия патент устанавливает значение 0,2 × 10–6см2с–1, что очень близко к проницаемости полигидроксиэтилметакрилата (0,18 × 10–6см2с–1). Также заявляется точно такое же необходимое значение водной проницаемости.

В патенте был предложен ряд рецептур силикон-гидрогелей, близких к современным. Они включали TRIS, силиконовый макромер, этанол (растворитель) и N, N-диметилакриламид в качестве «внутреннего смачивающего агента», то есть вещества, которое увеличивает совместимость силиконов с органическими компонентами. Внутренний смачивающий агент выполняет функцию растворителя, но, в отличие от обычного растворителя, он вступает в реакцию и входит в состав полимерной сетки. В современных рецептурах в этой же роли зачастую используется N-винилпироллидон (N-ВП).

Подводя итоги: в патенте были сформулированы четыре требования к силикон-гидрогелевым линзам, обязательные для успешного длительного ношения:

1) адекватная кислородная проницаемость для удовлетворения потребности роговицы в кислороде;

2) адекватная ионная проницаемость для обеспечения движения линзы;

3) двухфазная структура, необходимая для достижения кислородной и ионной проницаемости;

4) совместимость покрытия линзы с компонентами слезной жидкости [29].

Таким образом, этот патент во многом определил вектор дальнейшего развития силикон-гидрогелевых материалов и предшествовал появлению коммерческих линз [23].

4.3. Развитие силикон-гидрогелевых линз на примере коммерческих продуктов

В развитии коммерческих силикон-гидрогелевых линз можно выделить общую тенденцию: постепенный переход от относительно высокомодульных материалов с низким влагосодержанием с физически модифицированными поверхностями к материалам с более низким модулем упругости и высоким содержанием воды без покрытия или с химической модификацией поверхности. Выделяют три поколения силикон-гидрогелевых линз, принципиально отличающиеся по структуре и свойствам.

Коммерческие силикон-гидрогелевые линзы первого поколения – Bausch & Lomb Pure Vision (материал Balafilcon A) и Focus Night & Day (Lotrafilcon A) от CIBA Vision (нынешняя Alcon). В Balafilcon A был задействован подход по созданию более гидрофильных вариаций TRIS. Использованный мономер (рис. 11) был описан еще в 1985 году в патенте Т. Харви [31].

В основе Lotrafilcon A – фторэфирный макромер, показанный на рис. 12, полученный спополимеризацией с мономерами TRIS и диметилакриламидом в пристутствии растворителя [29].

Оба материала подвергаются плазменной обработке, но если компания Bausch&Lomb выбрала плазменное окисление, то CIBA использовали плазменное покрытие. В первом случае на поверхности образуются стеклянные островки, а во втором – плотное покрытие толщиной 25 нм с высоким показателем преломления. Ключевые свойства и характеристики указанных выше и упоминаемых далее материалов представлены в таблице 2.

Одними из первых силикон-гидрогелевых линз второго поколения являются Acuvue Advance, выпущенные в 2004 году компанией Vistakon. Разработанный материал Galyfilcon A получают сополимеризацией еще одного производного TRIS, запатентованного К. Танакой в 1979 году, – простого силоксимакромера с полимеризуемым метакрилатным звеном на конце цепи (рис. 13), ГЭМА, N, N-ДМА и N-ВП (впервые использованного в качестве внутреннего смачивающего агента). Стоит отметить, что, хотя указанный макромер был разработан Танакой, его не удалось получить по описанным в патенте методикам, и сотрудники Vistakon разработали собственный усовершенствованный способ его получения [23].

Galyfilcon A стал предшественником Senofilcon A, который используется в популярных в настоящее время линзах Acuvue Oasys. Senofilcon A имеет тот же химический состав, но, очевидно, производится при другом соотношении компонентов, так как имеет гораздо большую кислородопроницаемость и меньшее влагосодержание (табл. 2). Cиликон-гидрогели второго поколения имеют совершенно иную формулу, чем первое поколение, о чем свидетельствует гораздо более низкий модуль упругости Acuvue Oasys по сравнению с PureVision, который имеет аналогичное содержание воды. Другим заметным отличием является отсутствие покрытия, поскольку присутствие в полимерной сетке материала звеньев N-ВП придает поверхности бóльшую смачиваемость.

Параллельно с Vistakon CIBA Vision разработали свои линзы второго поколения – Air Optix. Первоначально их использовали с плазменным покрытием, однако в более поздних Air Optix Aqua поверхность модифицировали введением сополимера N-винилпирролидона-N, N-диметиламиноэтилметакрилата (коммерчески доступного как сополимер 845, ISP Corporation) в раствор для упаковки линз перед заключительным этапом автоклавирования [23].

Третье поколение силикон-гидрогелевых линз появилось с выходом на рынок линз Biofinity от CooperVision. Разработанный материал Comfilcon A принципиально отличается от своих предшественников по структуре, так как при полимеризации не используются уже ставшие базовыми TRIS или его производные. Вместо него применяется сочетание двух силоксимакромеров различных размеров, один из которых имеет одну полимеризуемую акрилатную группу, а другой – две. Как известно, кислородопроницаемость силиконового каучука значительно выше, чем у TRIS. Исходя из этого, логично, что замена TRIS более высокомолекулярными линейными силиконами приведет к увеличению газопроницаемости. Подобная стратегия позволяет получить более высокую кислородопроницаемость силиконовой части, не снижая при этом влагосодержание. По этой причине материал и обладает удивительно высокой газопроницаемостью при достаточно высоком влагосодержании (табл. 2). Этот подход описывается в перешедшем к CooperVision патенте Дж. Иваты [32]. Также из патента была задействована идея использования N-метил-N-винилацетамида в качестве внутреннего смачивающего агента. Все это, а также ряд других тонкостей, вероятно, и позволили улучшить совместимость гидрофильных и гидрофобных микродоменов.

Альтернативный подход описан в патенте Р. А. Броада [33]. Предложен способ получения силикон-гидрогеля с высокой смачиваемостью поверхности и высоким влагосодержанием (материал Somofilcon A, табл. 2). Для этого в процессе полимеризации вводится достаточно большое количество N-винилпирролидона, чтобы продукт содержал значительную долю гомополимера поливинилпирролидона и образовывал полувзаимопроникающую сетку с силиконовым сополимером. Другой элемент новизны заключается в использовании макромера с линейной боковой полисилоксановой цепью (рис. 14) – по существу, монофункционального макромера, способного образовать полимерную сетку с подвесными полидиметилсилоксановыми структурами, который используется в сочетании с 3-метакрилоксипропилтрис- (триметилсилокси)-силаном (TRIS). Это вместе с использованием гидрофильного мономера в дополнение к N-винилпирролидону позволяет получить оптически чистый продукт. Доступные в настоящее время линзы (Clariti), основанные на этой технологии, представляют собой линзы для ежедневного ношения с повышенным влагосодержанием, но пониженной кислородопроницаемостью и модулем упругости, эквивалентным модулю полигидроксиэтилметакрилата [23].

Одним из инновационных подходов является создание «биомиметических» контактных линз, то есть материалов со структурой, похожей на структуру натуральных тканей. К. Исихара и др. [34][35] предложили использовать в этих целях макромер метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (МЭФХ). Фосфорилхолиновая группа в его составе, являющаяся типичной полярной группой фосфолипида, присоединена к полимеризуемой метакрилатной группе. Таким образом, полимер МЭФХ образует структуру, подобную структуре клеточной мембраны (рис. 15), и линза принимает структурное подобие роговицы [30].

Фосфорилхолиновая (ФХ) группа склонна к гидратации молекулами воды, за счет чего МЭФХ обладает очень высокой гидрофильностью и обеспечивает поверхности линзы высокую смачиваемость. Кроме того, она имеет нейтральный заряд и не притягивает из слезной пленки молекулы белка и других отложений. Это позволяет снизить адсорбцию белка контактной линзой [36].

При всем этом МЭФХ не вводят в структуру силикон-гидрогеля в процессе полимеризации, а наносят в качестве поверхностного слоя на преимущественно силиконовый субстрат в виде привитого полимерного слоя на поверхности. Это позволяет получить материал с кислородопронциаемостью силикона и высокой смачиваемостью и влагосодержанием поверхностного слоя МЭФХ (табл. 2).

Проведенный анализ патентной и научной литературы в области получения современных контактных линз показывает, что основная тенденция развития этой области офтальмологии – создание низкомодульных силикон-гидрогелевых линз со средним влагосодержанием и высокой кислородопроницаемостью. Такие материалы являются оптимальными для пролонгированного ношения и обеспечивают наибольший комфорт для пользователя. В связи с этим наиболее актуальными проблемами в отрасли контактных линз сейчас являются поиски способов улучшения совместимости гидрофильных и гидрофобных доменов силикон-гидрогеля, оптимальных структур силиконовых макромеров, способов модификации поверхности линзы и т. д. Стоит ожидать, что будущий научный интерес будет сосредоточен именно в этой области.

1. Бочкарев МВ. Свойства и применение полидиметилсилоксана (PDMS) в биомедицинской инженерии. Молодежь и XXI век – 2022: материалы 12-й Международной молодежной научной конференции. Т. 2. Курск: Юго-Западный государственный университет. 2022;411–415.Bochkarev MV. Characteristics and uses of polydimethylsiloxane (PDMS) in the field of medical engineering. Youth and the XXI Century – 2022: Proceedings of the 12th International Youth Scientific Conference. Vol. 2. Kursk: Southwestern State University. 2022;411–415. (In Russ.)