«Наука в Сибири» № 5 (2491) 4 февраля 2005 г. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ В Санкт-Петербургском филиале Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН разработан первый отечественный силикон-гидрогелевый материал для мягких контактных линз продленного ношения. Санкт-Петербургский филиал организован в составе Института катализа 6 лет назад как подразделение, занимающееся проблемами катализа в процессах синтеза полимеров. В. Павлюченко, доктор химических наук. г. Санкт-Петербург Проблемы катализа в процессах синтеза биополимеров — главное научное направление для филиала. Однако организован также ряд исследований, которые не являются традиционными для Института катализа, в частности, исследования в области химии и технологии медицинских полимеров. Некоторые из них уже были представлены директором филиала, членом-корреспондентом РАН, профессором С. Иванчевым на Общем собрании РАН в 2004 г. К ним относятся, например, работы по синтезу полимерных материалов для мягких контактных линз, применяемых для коррекции зрения. Нельзя сказать, что эти исследования не имеют никакого отношения к проблемам катализа. Многие синтезы основаны на реакциях, осуществляемых в присутствии оригинальных катализаторов. Остановлюсь в основном на работах по созданию нового материала для мягких контактных линз. Данное исследование выполнялось фактически на стыке двух дисциплин: науки о полимерах и офтальмологии. По этой причине работа проводилась в тесном контакте со специалистами кафедры офтальмологии Военно-медицинской академии. Контактная коррекция — один из наиболее эффективных методов исправления дефектов зрения. Метод практически безальтернативен, если речь идет о коррекции зрения у людей, чья профессиональная деятельность протекает в экстремальных условиях (военнослужащие, сотрудники правоохранительных органов, пожарные, спортсмены). Альтернативные подходы могла бы обеспечить лазерная микрохирургия (иссечение роговицы). Однако очень высокая стоимость операций этого типа и возможность осложнений пока не позволяют рекомендовать такой метод для широкого распространения. Современная офтальмология предъявляет очень высокие требования к материалам для мягких контактных линз. Кроме оптической прозрачности, они должны иметь биохимическое сходство с роговицей глаза. Этому требованию отвечают гидрогели на основе полимеров 2-гидроксиэтилметакрилата, N-винилпирролидона и некоторых других соединений, получивших широкое распространение в медицинской технике, благодаря способности удерживать от 0.6 до 2.3 г воды на 1 г полимера. Высокая гидрофильность линз, изготовленных из таких материалов, обеспечивает хороший обмен слезной жидкости между внутренней и внешней поверхностями линзы, и небольшую подвижность линзы на роговице глаза, что уменьшает вероятность отложений протеинов, фосфолипидов и других веществ на поверхности линзы и создает комфортность при ее ношении. Несмотря на высокое содержание воды, линзы имеют вполне удовлетворительную прочность, сочетающуюся с эластическими свойствами. Подавляющее большинство мягких контактных линз, производимых и продаваемых в Российской Федерации, изготовлено из полимерных гидрогелей. Главный недостаток заключается в их низкой кислородопроницаемости, вызывающей неблагоприятные гипоксические реакции роговицы глаза (отек роговицы) и исключающей возможность длительного непрерывного ношения гидрогелевых линз. В связи с этим специалисты обратили внимание на кремний- и фторсодержащие полимеры, обладающие исключительно высокой способностью поглощать и пропускать кислород воздуха. Однако изготовление линз из гидрофобных полимеров, даже при условии их поверхностной гидрофилизации, не дает удовлетворительного решения проблемы из-за крайне низкой водопроницаемости кремний-фторорганических материалов. В настоящее время наиболее перспективный подход — создание мягких контактных линз на основе материалов, имеющих бифазную природу, т.е. сочетающих фрагменты кремний-органического или кремний-фторорганического полимера (силикона) и гидрофильного полимера (гидрогеля). Высоких результатов в этом направлении достигли зарубежные фирмы Ciba Vision (Швейцария) и Bausch & Lomb (США). Напряженная, почти 20-летняя работа привела к созданию в конце 90-х годов силикон-гидрогелевых линз, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться (не снимая на ночь) в течение 30 дней. Линзы этих фирм появились и на отечественном рынке. Однако из-за очень высокой стоимости они недоступны для массового потребителя. Причины дороговизны понятны. Они обусловлены применением очень дорогого сырья для синтеза силикон-гидрогелевых полимеров и сложной технологией производства. Сложность связана с тем, что бифазная структура материала реализуется путем химического связывания гидрофильного и гидрофобного фрагментов в одной макромолекуле (блоксополимере), состоящей из нескольких разнородных блоков. Другая проблема состоит в очень плохой смачиваемости поверхности материала, т.к. гидрофильные фрагменты в значительной степени «захораниваются» в объеме силикона. Это заставляет вводить в процесс еще одну дорогостоящую операцию — плазмохимическую поверхностную обработку готового изделия. Мы начали свои исследования в 2002 году, располагая изложенной выше информацией и обладая опытом в создании многофазных полимерных систем. Это позволило нам в сравнительно короткие сроки получить новый силикон-гидрогелевый материал по разработанной нами новой оригинальной технологии, принципиально отличной от технологий упомянутых ведущих зарубежных фирм. Мы не пытались искать сложные способы совмещения разнородных макромолекул за счет образования между ними химических связей, а пошли по пути создания так называемых взаимопроникающих полимерных сеток. Суть нашей технологии состоит в том, что на первой стадии процесса получают сетчатый фторсиликоновый полимер, а затем в него внедряют гидрофильные мономеры, и из них формируют вторую сетку внутри первой. Таким образом, благодаря зацеплениям сеток удается связать два полимера без образования химических связей. Безусловно, для достижения конечного результата пришлось преодолеть немало трудностей, например при решении задачи обеспечения высокой оптической прозрачности материала. Бифазный материал, включающий полимеры с разными показателями преломления, как правило, непрозрачен. Действительно, в сухом состоянии наш материал также был непрозрачен. Однако нам удалось подобрать такой состав гидрофильной фазы, который при гидратации (именно в гидратированном состоянии эксплуатируется линза) приобретает показатель преломления, близкий к характеристике силикона. Преимущества разработанной нами технологии состоят в возможности ее осуществления при использовании относительно недорогого отечественного сырья и в простоте ее реализации. Процесс не требует специальной обработки поверхности материала с целью его гидрофилизации. Вероятно, это связано с другим механизмом формирования бифазной структуры, при котором фрагменты сеток из-за многочисленных зацеплений не имеют такой свободы перемещений, как большие фрагменты блоксополимера. Еще одно преимущество обусловлено технологией производства контактных линз. Синтез материала и получение линзы совмещены в одном процессе, поскольку получение силиконовой сетки осуществляется в форме, имеющей конфигурацию линзы. Иными словами, геометрические параметры линзы задаются именно на этой стадии. Как известно, существующая в России технология изготовления линз из гидрогелей основана на использовании малопроизводительной механической обработки полимерной заготовки. Таким образом, в Санкт-Петербургском филиале Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН разработан первый отечественный силикон-гидрогелевый материал для мягких контактных линз продленного ношения и способ изготовления из него конечных изделий. Он прошел комплекс медико-биологических и токсикологических исследований в Военно-медицинской академии. По показателям гипоксических осложнений и по токсико-аллергическим реакциям разработанный нами материал находится на уровне материалов упомянутых ведущих зарубежных фирм. В настоящее время НИР вышла фактически на уровень технологической разработки. Усилия исследователей направлены, главным образом, на отработку технологии изготовления мягких контактных линз и на подготовку материалов для получения разрешения на проведение клинических испытаний. Данная разработка в области создания новых полимерных материалов не единственная в Санкт-Петербургском филиале. Объем газетной статьи не позволяет подробно рассмотреть каждую из них; ограничимся лишь перечислением. Разработаны новые постметаллоценовые каталитические системы для полимеризации и сополимеризации этилена и олефинов, перспективные для крупнотоннажных производств. Получены полые полимерные микросферы непосредственно в результате проведения химических превращений мономеров без применения летучих вспенивателей. Полости имеют субмикронный размер и обладают уникальной способностью эффективно рассеивать видимый свет, что определяет главную область применения полых сфер в качестве белого пигмента, имеющего ряд преимуществ перед неорганическими аналогами (низкая плотность, хорошая совместимость с полимерными связующими). Рассматривается вопрос о применении полых сфер в качестве носителей для компонентов каталитических систем. Разработаны стирол-акрилатные пластизоли с высокой жизнестойкостью. Экологические преимущества перед широко известными поливинилхлоридными пластизолями очевидны. Получены латексные покрытия, отличающиеся высокой водостойкостью. Синтезированы латексы для получения на их основе антистатических полимерных покрытий. В настоящее время проводятся исследования по созданию новых перфторированных мембран для мембранных топливных элементов. стр. 6