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KR-20260060582-A - High-functional silicone hydrogel contact lens with active oxygen scavenging function and its manufacturing method

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Abstract

본 발명은 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈에 관한 것으로 보다 구체적인 것은, 고 산소투과성을 가진 실리콘 하이드로겔 소재에 항산화 기능이 우수한 알파리포산을 결합하여 항산화 기능을 가지는 콘택트렌즈 소재를 개발하고, 렌즈 패턴 안료에 산화그래핀 나노입자를 결합하여, 착색 효과를 높이면서 렌즈의 항균성과 내구성과 친수성을 높여 착용감이 우수한 컬러 콘택트렌즈를 제조할 수 있게 한 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈 및 그 제조방법이다.

Inventors

  • 김영일

Assignees

  • 김영일
  • 대구가톨릭대학교산학협력단

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (7)

  1. 실리콘 하이드로겔에 항산화 기능이 우수한 알파리포산을 결합하여 항산화 기능을 가지는 콘택트렌즈 소재를 제조하고, 렌즈 패턴 안료에 그래핀 옥사이드 나노입자를 결합하여 착색효과를 높이면서 렌즈의 항균성과 내구성과 친수성과 착용감을 우수하게 만드는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 하이드로겔은 2-Hydroxyethyl methacrylate(HEMA)에 N,N-Dimethylacrylate(DMA)와 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propyl methacrylate(TRISS)를 각각 2:1, 1:1 그리고 1:2 비율중에서 선택하여 배합비로 배합하고, VORTEX 8 RPM에 1시간 교반하고, 100℃에서 1시간 중합하는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  3. 제2항에 있어서, HEMA에는 실리콘 모너머로 VTMS, TMDS 그리고 DCS를 1~10중량% 비율로 첨가하여 중합함으로써, 투과성과 내구성을 최적화로 만드는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  4. 제3항에 있어서, 중합에는 100℃~120℃에서 60분~100분의 중합 조건을 유지하는 열중합과, 광중합에 의하여 중합시간 40초, 50초로 진행하는 중합이 동원되고, 그 결과 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  5. 제1항에 있어서, Graphene Oxide nanoparticles는 100nm 이하의 입자를 선택하고, 시약으로 N,N-Dimethylacrylate(DMA)와, 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propyl methacrylate(TRISS)를 각각 2:1로 실리콘 모노머 TMDS를 5%, VTMS를 1%에 교차결합체인 EGDMA, AIBN을 0.5%, 0.2% 비율로 첨가하고, Graphene oxide, Graphene oxide nanocolloids, Graphene nanoplatelets를 0.1% 비율로 첨가하고, 분산방법으로 VORTEX 10RPM 1시간에 초음파 2h을 함께 시행하거나 VORTEX 10RPM 2시간에 초음파 1시간~2시간을 함께 시행하는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 알파리포산은 시약으로 알파 R-리포산(Acid,알리포산), 알파 S-리포산, 알파 RS-리포산 3종류의 리포산을 선택하는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈.
  7. 산소투과율이 높은 실리콘 하이드로겔에 항산화 기능이 우수한 알파리포산을결합하여 항산화 기능을 향상시키는 콘랙트렌즈 소재 제조단계와, Graphene Oxide nanoparticles를 패턴용 착색제 제조단계와, 몰드 소재 제조단계와, 렌즈 성형단계와, 렌즈에 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈 제조방법.

Description

활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈 및 그 제조방법{High-functional silicone hydrogel contact lens with active oxygen scavenging function and its manufacturing method} 본 발명은 활성산소 제거기능을 가진 고기능성 실리콘 하이드로겔 콘택트렌즈에 관한 것으로 보다 구체적인 것은, 고 산소투과성을 가진 실리콘 하이드로겔 소재에 항산화 기능이 우수한 알파리포산을 결합하여 항산화 기능을 가지는 콘택트렌즈 소재를 개발하고, 렌즈 패턴 안료에 산화그래핀 나노입자를 결합하여, 착색 효과를 높이면서 렌즈의 항균성과 내구성과 친수성을 높여 착용감이 우수한 컬러 콘택트렌즈를 제조할 수 있게 한 것이다. 특히 본 발명은 항산화 기능이 우수한 알파리포산의 배합비와 산화그래핀 나노입자의 배합비를 개발하여, 실리콘 하이드로겔 소재의 상용성을 확보하고, 칼라 콘택트렌즈의 착색력과 기능성을 향상시키고, 적합한 몰드를 개발하여 렌즈의 생산성 향상에 기여하고, 제조된 렌즈의 물리적 화학적 성능을 평가할 수 있는 항산화 기능을 가지는 콘택트렌즈를 제공할 수 있게 한 것이다. 콘랙트렌즈는 눈에 직접 착용함에 따라 병원균으로부터 쉽게 노출되므로, 그 보관과 관리는 매우 중요하며, 관리가 잘못되면 안과적 질환이 야기될 수 있으므로, 렌즈의 소재와 물리적 특성 및 광학적 특성, 생체 적합성에 대한 충분한 배려가 있어야 한다. 그리고, 콘택트렌즈가 칼라화됨에 따라 다양한 안료가 개발되고 있으나, 이에 따른 기능성 착색제를 개발함으로써, 습윤성을 높이고 내구성 및 항균성을 높여 항솬화 기능을 가지는 제품 개발이 필요하다. 본 발명은 고산소투과성을 가진 실리콘 하이드로겔 소재를 기반으로 하고, 알파리포산을 활용하여 다양한 중합체를 생성하여 항산화를 가진 소프트 콘택트렌즈 소재를 개발하고, 패턴 안료에 Graphene oxide nanoparticles를 적용한 착색제를 개발하여 렌즈의 기능성을 더욱 극대화시켜 항균성, 내구성 및 착용감이 우수한 컬러 콘택트렌즈를 개발한 것이다. 가. 그래핀 옥사이드 나노입자(Graphene oxide nanoparticles)를 활용한 착색제 개발 그래핀 옥사이드 나노입자는 형태 및 크기에 따라 다양한 특성을 가지며, 소량을 사용하여도 큰 효과를 가질 수 있음. 그래핀 나노입자는 빠른 전자 이동으로 인한 높은 열전도도및 높은 강도를 가지고 있으며, 특히 가공이 용이함, 그래핀은 독성이 적고, 탄성 및 빛의 투과성이 뛰어나 기존 콘택트렌즈의 성능 향상시킬 수 있어 각광받는 소재임. 또한, 그래핀의 전기적 특성을 활용하여 국내 콘택트렌즈 기업인 인터로조사에서는 스마트 콘택트렌즈 및 의료용 콘택트렌즈를 개발한다고 밝힌 바가 있으며, 나노입자를 활용한 콘택트렌즈 소재 개발은 꾸준히 행해지고 있음. 본 발명은 그래핀에 친수성 작용기가 붙은 그래핀 산화물 나노입자를 활용하여 콘택트렌즈의 패턴 안료에 적용함으로써, 기능성이 높은 착색제를 만들어 칼라 콘택트렌즈를 제조할 수 있게 한 것임. 특히, 나노 입자는 높은 표면 에너지를 갖고 있어 응집성이 강하고, 하이드로겔 콘택트렌즈 소재에 서로 다른 입자 크기의 탄소 나노입자를 각각 첨가하여 분산성을 확인한 결과, 나노입자가 뭉치지 않고 렌즈 전체에 고르게 분산되었고, 이에 따라 인장강도가 증가하는 특성을 확인하였음. 그래핀 산화물 나노입자(GO NPs)는 항균, 인장강도, 습윤성 등의 특성을 기대할 수 있으며, 이들의 특성을 제대로 발현하기 위해서는 나노입자의 응집현상 및 균일한 분산이 필요하므로 본 발명은 나노입자 분산방법으로는 분산제, 유기용매, 초음파 기기 등을 사용하여 개발을 완료하였고, 나노입자 분산 방법을 설명하면 아래표와 같음 따라서 본 발명은 나노입자의 응집현상 및 분산을 해결하여 항균 인장강도 습윤성등의 특성을 살릴 수 있었음, 나. 그래핀 옥사이드 나노입자를 활용한 착색제 수지 및 기능성 안료 개발 안료 및 염료를 대체한 그래핀 옥사이드 나노입자를 콘택트렌즈 착색제로 활용하여 그래핀 옥사이드 나노입자만의 색깔 및 특성을 착색제 수지에 비율별로 적용하여 기능성 착색제를 개발하였음. 또한, 안료 및 염료와 함께 그래핀 옥사이드 나노입자를 비율별로 배합하여 본래의 안료 및 염료의 채도를 조절하여 다양한 컬러를 구사하는 기능성 안료를 개발하였음. 본 발명에서는 흑연을 화학적 산화법을 통해 제조된 산화 그래핀을 환원하지 않고 용매에 분산시켜 이를 기능성 안료 가능성에 대한 연구를 진행하였으며, 물리 화학적 특성을 분석 하였음. 분산 용매로는 에틸렌글리콜을 사용하였으며, 분산 방법은 초음파를 사용하여 분산을 진행하였음. 그래핀 나노입자의 사이즈를 확인하기 위해 SEM을 측정하였으며, 그 결과 안료에 그래핀의 함유율이 높을수록 입자 사이즈가 더 작은 것을 확인하였음. 이는 용매에 분산되어있는 용질이 농도가 높아 초음파 분산을 더 많이 받을 수 있어 박리가 더 잘 이루어졌을 것으로 판단하였음. 이에 따라 그래핀 안료를 기존 안료들과 함께 적용할 수 있었음. 다. 패턴 디자인 개발 미용 콘택트렌즈에 대한 관심이 급증하고 있어 이에 따라 다양한 컬러 패턴에 대한 연구가 진행되고 있음. 패턴이 있는 컬러 콘택트렌즈의 경우 개발된 디자인을 인쇄 작업에서 렌즈에 부가되어짐. 따라서 콘택트렌즈의 컬러 패턴을 다양하게 디자인 개발한 후, GO NPs을 활용하여 자사만의 특징적인 모양을 가진 패턴을 개발하여 인쇄 및 전사 등으로 부가하였음. 다양한 망점(halftone)의 K계수 값 및 DPI(Dot Per Inch)를 선택하여 패턴 디자인에 적용하였으며, 포토샵을 활용하여 다양한 렌즈의 디자인을 적용하였음. 1~3 TONE의 인쇄 방식을 통하여 다양한 무늬를 가진 렌즈 패턴 디자인을 하였으며, 1~3 TONE 단계의 무늬 또한 각각 다양하게 변화를 주었음. 2TONE 2TONE을 가진 브라운, 초코, 그레이 다양한 색상의 그라데이션 디자인을 접목한 컬러 콘택트렌즈를 개발하였음. 3TONE 3TONE을 가진 그레이 색상과 브라운 색상을 혼합한 디자인을 접목한 투톤 컬러 콘택트렌즈를 개발하였음. 3TONE을 가진 홍채와 닮은 패턴을 적용하여 브라운 색상의 디자인을 접목한 컬러 콘택트렌즈를 개발하였음. 라. 항산화 기능을 가진 콘택트렌즈 소재 개발 알파 리포산을 활용한 기능성 소재 개발 하이드로겔 및 실리콘 하이드로겔 소재를 바탕으로, 각각의 알파 리포산을 비율을 조절하여 소재를 개발하고, 그에 대한 상용성을 평가하였음. 우선적으로 선별한 알파 RS-리포산(Alpha RS-Lipolic Acid; *ALA로 명명)을 바탕으로, 첨가비율을 0.05~2% 조절하여 상용성을 평가하였음. 1) 상용성 TEST A : HEMA, MA, DMA가 포함된 하이드로겔 소재 B : TRISS, DMA가 포함된 실리콘하이드로겔 소재 C : TRISS, DMA, MPC, MA가 포함된 실리콘하이드로겔 소재 제조된 콘택트렌즈를 육안으로 평가한 결과, ALA의 1% 이상의 비율은 노란색 형상이 너무 확인되었으며, 렌즈 중합체로써의 사용이 어려움을 확인하였음. 이를 바탕으로 중합조건 및 중합방법을 확인하고자 하였으며, 항산화성 및 상용성을 확인할 예정임. 또한, 리포산 중합체 및 그래핀 소재에 적합한 몰드도 개발된 것임. 2) 중합 조건 및 중합 방법 개발 이황(S-S) 결합 및 오각형 고리구조로 되어 있는 알파 리포산은 불안정하여 열에 의해 쉽게 깨지는 특성을 가짐. 중합방법에는 열중합 및 광중합 방법이 가장 대표적이며, 열에 약한 알파 리포산의 특성을 유지하기 위해 광중합을 실시하여 항산화 특성이 우수한 콘택트렌즈소재를 제조하였음. 열중합 방법의 경우, 열 개시제인 Azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하였으며, 온도는 100℃~150℃, 시간은 45분~150분으로 설정하여 온도 및 시간에 따른 중합도를 평가 하였음. 그 결과, 100℃ 에서는 중합이 되지 않아 렌즈액이 몰드에 대부분 묻어져 나온 것을 확인하였으며, 150℃에서는 렌즈가 부서져 렌즈 탈착의 어려움을 확인하였음. 110~140℃, 45~150분에서 중합도를 확인한 결과, 120℃/120분, 130℃ 100, 120분에서 가장 중합도가 양호한 것을 확인하였음. 광중합 방법의 경우, 광 개시제로 2-hydroxy-2-methylpropiophenone를 사용하였으며, 첨가비율을 0.1~1%로 조절하면서 80~30초 시간동안 중합도를 관찰하였음. 그 결과, 0.3%의 개시제 양을 사용하여 50~60초에서 중합하였을 때 가장 중합도가 양호한 것을 확인하였음. 양호하게 제조된 렌즈는 모두 90%이상의 투과율을 나타내어 상용성이 우수한 것을 확인하였으며, 외관 평가를 통해 모두 일정하고 우수한 형상을 확인하였음. 이의 중합조건에 따라 알파 리포산의 결합을 유지하는 조건에서 적절한 공정을 거쳐 중합 안정성이 우수하고 항산화 기능을 극대화 시킨 콘택트렌즈 소재를 최적화할 예정임. 마. 몰드 제조기술 개발 개발렌즈에 적합한 몰드 소재 개발 몰드 사출 후 열을 가할 때 몰드 수축이 생기므로 치수 안정성이 우수한 플라스틱 소재를 선별하여, 콘택트렌즈의 형상을 최대한 재현할 수 있도록 우수한 조건의 몰드를 개발이 필요함. 일반적인 콘택트렌즈 제조에 사용되는 몰드의 소재는 종류에 따라 폴리프로필렌(PP), 폴리브틸렌텔레프탈레이트(PBT) 등이 있으며, 낮은 열팽창계수와 낮은 수분 흡수율의 특성으로 치수 안정성이 우수한 플라스틱 종류를 조사하였음. 본 발명에서 수축률이 작고, 열적안정성이 높은 플라스틱 소재 중 일반적으로 기존 콘택트렌즈 몰드 제조 시 사용되는 PP, PBT을 각각 사용하여 몰드를 제작하고 평가하였음. PP 소재는 성형성 우수하고 가격이 다소 저렴하여 우선적으로 개발하였으며, BC몰드 및 FC몰드에 각각 적용하여 제조하였음. 그러나 PP의 매끄러운 재질로 인한 컬러 인쇄에 제한점이 있어 BC몰드의 적용에 어려움이 있었으며, 표면을 개선 및 컬러 인쇄에 연구를 가하였음. 또한, PBT의 경우에는 가공성 및 치수 안정성이 우수하며, 각각의 BC 몰드에 적용하였으며, FC 몰드의 적용 시에는 투과성이 좋지