Herstellung und Charakterisierung von hydrophil-hydrophoben Hydrogelen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von Hydrogelen beschrieben, die aus hydrophilen und hydrophoben Monomereinheiten bestehen. Die Eigenschaften der hergestellten Hydrogele wurden bezüglich ihrer Anwendung als Kontaktlinsen-Materialien auf ihre Sauerstoffpermeation, den Wassergehalt, die lineare Quellung, extrahierbare Anteile und mechanische Eigenschaften untersucht. Ethylenglykoldimethacrylat EGDMA (1) ist nach den beschriebenen Untersuchungen in den Kap. 3.1 3.5.4.5 der geeignetste Vernetzer. Poly-HEMA- Borsäureester-Hydrogele (s. Kap. 3.6.1.3 3.6.1.5, Tab. 17) haben keinen höheren Wassergehalt und damit auch keine höhere Sauerstoffpermeabilität gegenüber Poly-HEMA-Hydrogelen. Hydrogele aus geschütztem HEMA mit einer Trimethylsilyl-Schutzgruppe tm-Si-O-EMA (51), welche erstmals in dieser Arbeit eingesetzt worden ist, erbringen trotz gleichbleibenden Wassergehalts und relativ hoher extrahierbarer Anteile, die einen Hinweis auf die abgespaltene Schutzgruppe tm-Si-O- bedeuten, eine leichte Erhöhung der Sauerstoffpermeation (s. Kap. 3.7, Tab. 18). In dieser Arbeit sind für die Herstellung von superhydrophilen und superhydrophoben weichen bis flexiblen Kontaktlinsenmaterialien als hydrophile Monomere methacrylierte Zucker­alkohole und als hydrophobe Monomere perfluorierte Ester der Meth­acrylsäure (Perfluoralkyl­methacrylate: 2.2.3.3.4.4.4-Heptafluor­butyl­methacrylat HF-Bu-MA (54) und erstmalig 2.2.3.3-Tetrafluorpropylmethacrylat TF-p-MA, Hexafluorisopropylmethacrylat HF- ip-MA) eingesetzt worden. Auf Grund der Löslichkeits­problematik müssen die Zuckeralkohole vorab durch das Anbringen von Schutz­gruppen an mindestens vier OH-Gruppen des Zuckeralkohols (s. Kap. 3.8) hydro­phobiert werden. Die geschützten Zuckeralkohole werden nach saurer Hydrolyse (Überführung vom Polymer in das Hydrogel) wieder hydrophil. Folgende di-O-isopropyliden- geschützten, methacrylierten Zuckeralkohole von Adonit 5-MDP-Ado. (43), Xylit 5-MDP-Xy (44), Fructose 1-MDP-Fru (45) und 3-MDP-Fru (36) sowie Galactose 6 -MDP-Gal (48) werden eingesetzt (s. Kap. 3.9 und 3.11). Diese Hydrogele besitzen alle für Kontaktlinsen wichtigen guten Eigenschaften: hoher Wassergehalt, hohe O2-Permeabilität [bis oberhalb von 40 (ml O2 * cm2 / ml * s * mmHg), begrenzte lineare Quellung, geringe extra­hierbare Anteile und gute mechanische und optische Eigenschaften. Die Hydrogele 239 - 260 (Kap. 3.16) mit Siloxan-Anteilen [20 mol % an 3-Meth­acryloxy­propyl- tris(trimethylsiloxy)silan MA-p-Ts-TSi (55) und 1,5 mol % Vernetzer 3-Bis(3-meth­acryloxypropyl)­tetrakis(trimethylsiloxy)disiloxan DMA-p-Ts-TSi (56) und den Zucker­alkoholen 5-MDP-Xy (44), 3-MDP-Fru (36) und HF-ip-MA (53) besitzen eine gute Wasseraufnahmefähigkeit und eine besonders hohe O2-Permeabilität (99 20 ml O2 * cm2 / ml * s * mmHg). Außerdem sind sie im Vergleich zu tm-Si-O-EMA-haltigen Hydrogelen alle transparent. Diese Hydrogele sind in der Lage, mit ihren Saccharidmethacrylaten und Perfluoralkyl­methacrylaten hydrophile / hydrophobe Domänen (Kap. 3.8) zu bilden und damit für hohen Wassergehalt und hohe O2-Permeabilität zu sorgen.

In the following thesis the production of hydrogels is described, which are made up of hydrophilic and hydrophobic monomers. The characteristics of the produced hydrogels were examined under the aspects of their oxygen permeability, water content, linear expansion, extractables and mechanical stability for the purpose of using them as contact-lens materials. Ethylenglycol dimethacrylate EGMA (1) is the most suitable cross-linker according to the described experiments in the Chap. 3.1 - 3.5.4.5. Poly-HEMA- boricacidester hydrogels (see Chap. 3.6.1.3 3.6.1.5, Tab. 17) do not have a high water content and subsequently not a high oxygen permeability compared to Poly-HEMA-hydrogels. Hydrogels protected with trimethylsilyl groups tm- Si-O-EMA (51), which were first used for these experiments, show relatively high extractables and a slight increase in oxygen permeability inspite of a constant water content, which prove the splitting of these protected groups (see Chap. 3.7, Tab. 18). For this thesis for the production of superhydrophilics and superhydrophobics contact-lens materials we have used methacrylated sugar alcohols as hydrophilic monomers and perfluoralkyl methacrylates [for example 2.2.3.3.4.4.4-heptafluoro­butyl methacrylate HF-Bu- MA (54), 2.2.3.3-tetrafluoropropyl methacrylate TF-p-MA (52) and hexafluoroisopropyl methacrylate HF-ip-MA (53)] as hydrophobic monomers. Because of the solution problem between hydrophilic and hydrophobic monomers we use isopropylidene protective groups to hydrophobize the sugar alcohols (see Chap. 3.8.1). The protected sugar alcohols become hydrophilic after being hydrolized (transformation of polymers to hydrogels). The following di-O-isopropylidene protected sugar alcohol methacrylates: of Adonitol 5-MDP- Ado (43), Xylitol 5-MDP-Xy (44), Fructose 1-MDP-Fru (45) and 3-MDP-Fru (36) as well as Galactose 6-MDP-Gal ( 48) (see Chap. 3.9 and 3.11). These hdydrogels have all the necessary and vital characteristics for contact-lenses: high water content, high oxygen permeabilitiy [upto more than 40 (ml O2*cm2/ml*s*mmHg), limited linear expansion, low extractables and good mechanical and optical qualities. The hydrogels 239 - 260 (Chap. 3.16) with parts of siloxane MA-p-Ts-Tsi (55) and 1,5 mol % cross-linker DMA-p-Ts-Tsi ( 56) with the sugar alcohols 5-MDP-Xy (44), 3-MDP-Fru (36) and HF-ip-MA (53) are compatible have a good water reception, a high oxygen permeability (99 20 ml O2*cm2/ml*s*mmHg). Besides they are all transparent in comparison with tm- Si-O-EMA-hydrogels (see Chap. 3.16.1, Tab. 43 46). These hydrogels are able to build hydrophilic/hydrophobic domains with their saccharide methacrylates and perfluorinated methacrylates (see Chap. 3.8) and ensure high water-content and oxygen permeability.