DE60221902T2

DE60221902T2 - Readjustierbare optische elemente

Info

Publication number: DE60221902T2
Application number: DE60221902T
Authority: DE
Inventors: Jagdish M. Pasadena JETHMALANI; Shiao H. Arcadia CHANG
Original assignee: Calhoun Vision Inc
Current assignee: RxSight Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: ES2291545T3; EP1468044A2; CN1622969A; ATE370189T1; AU2002357390A8; WO2003058287A8; CN100497455C; WO2003058287A3; JP2005514495A; US20030174375A1; US6851804B2; EP1468044B1; WO2003058287A2; EP1468044A4; DE60221902D1; AU2002357390A1

Description

Die Erfindung betrifft optische Elemente, dessen optischen Eigenschaften über längere Zeiträume nacheingestellt werden können. In einer Ausführungsform wird eine Intraokularlinse verwenden, dessen optischen Eigenschaften nach der Implantation mehrmals verändert werden können.
STAND DER TECHNIK
Ungefähr zwei Millionen Operationen des grauen Stars werden in den Vereinigten Staaten jährlich durchgeführt. Das Verfahren umfasst im Allgemeinen die Erzeugung einer Inzision in der Vorderlinsenkammer, um die vom grauen Star befallene kristalline Linse zu entfernen und stattdessen eine Intraokularlinse zu implantieren. Die Stärke der implantierten Linse wird so ausgewählt (aufgrund der präoperativen Messungen der Augenlänge und der Hornhautkrümmung), dass der Patient ohne zusätzliche korrektive Maßnahmen (z. B. einer Brille oder Kontaktlinsen) sehen kann. Leider werden sich aufgrund von Messfehlern und/oder einer variablen Linsenpositionierung und Wundheilung etwa die Hälfte aller Patienten, die sich einem solchen Verfahren unterziehen, ohne einer Korrektur nach der Operation keiner optimalen Sehkraft erfreuen. Brandser et al., Acta Ophthalmol Scand 75: 162-165 (1997); Oshika et al., J. Cataract Refract Surg 24: 509-514 (1998). Da die Stärke der Intraokularlinse des Standes der Technik nach dem Implantieren im Allgemeinen nicht eingestellt werden kann, muss der Patient üblicherweise zwischen dem Ersetzen der implantierten Linsen durch eine andere Linse mit unterschiedlicher Stärke oder den Rückgriff auf zusätzliche Korrekturlinsen, wie Brillen oder Kontaktlinsen, wählen. Da die Vorteile der ersteren Möglichkeit üblicherweise die Risiken nicht aufwiegen, wird diese fast nie durchgeführt.
Kürzlich wurde ein neuer Typ von Intraokularlinsen beschrieben, welche eine postoperative Beeinflussung der optischen Eigenschaften der Linsen ermöglicht. Dies ermöglicht das postoperative Einstellen der Linsen, um für den Patienten eine optimale Sehqualität zu erreichen. Die postoperative Beeinflussung erfolgt durch die Polymerisation einer modifizierenden Zusammensetzung ("MC") in bestimmten Regionen der Linse durch externe Reize, wie Licht. Durch Polymerisieren der MC in bestimmten Regionen können die optischen Eigenschaften der Linse eingestellt werden, bis die gewünschten optischen Eigenschaften erreicht werden. Um weitere Veränderungen in den optischen Eigenschaften zu vermeiden, wird jedoch jegliche verbliebene MC anschließend überall in der Linse polymerisiert, wodurch die Eigenschaften "eingefroren" werden.
Dies verunmöglicht leider die weitere Einstellung der Linse zu einem späteren Zeitpunkt. Wenn die Linsen beispielsweise in ein Kind implantiert werden, ist es nicht möglich, die Linsen nachträglich einzustellen, um Veränderungen der Sehkraft aufgrund des Alterns oder dergleichen zu kompensieren. In diesem Fall müsste sich der Patient zwischen einer Operation zur Entfernung der Linsen oder der Verwendung anderer Korrekturvorrichtungen, z. B. einer Brille, entscheiden.
Es besteht folglich ein Bedarf für eine Intraokularlinse, dessen optischen Eigenschaften bei mehr als einer Gelegenheit nacheingestellt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft optische Elemente, dessen optischen Eigenschaften nach der Herstellung beeinflusst und mehrmals eingestellt werden können. In einer bestimmten Ausführungsform wird eine Intraokularlinse, dessen optischen Eigenschaften nach der Implantation mehr als einmal eingestellt werden kann, verwendet. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Mischung aus einem Reizabsorber und einem Reizinitiator in einem optischen Element zur Verzögerung der Polymerisationseinleitung einer modifizierenden Zusammensetzung (MC) bis zum Erreichen eines vorbestimmten Reizintensitätsniveaus bereit, wobei das optische Element eine erste Polymermatrix und die darin dispergierte MC umfasst, wobei die MC einer reizinduzierten Polymerisation unterworfen werden kann.
Die optischen Eigenschaften der Elemente werden durch die lokalisierte reizinduzierte Polymerisation einer modifizierenden Zusammensetzung ("MC"), die in dem optischen Element dispergiert ist, eingestellt. Wenn die MC in einer bestimmten Region des Elements polymerisiert wird, ändern sich die optischen Eigenschaften des Elements. Dies wird erreicht durch das Ändern des Brechungsindex des Elements in dem Bereich, in dem die Polymerisation erfolgte, oder durch Verändern der Form des Elements oder beidem. Ein Hauptaspekt der Erfindung besteht darin, dass dies ohne das Hinzufügen oder die Entfernung von Material aus dem Element erfolgt.
Wie oben erwähnt, ist die Polymerisation des MC reizinduziert. Dies bezieht sich typischerweise auf eine Photopolymerisation; es können jedoch auch andere externe Reize verwendet werden. Die reizinduzierte Polymerisation wird durch die Gegenwart eines oder mehrerer Initiatoren verursacht, die bei der Aussetzung gegenüber einem geeigneten Reiz die Polymerisation der MC induziert oder einleitet.
Die Erfindung betrifft das Steuern der Bedingungen, unter welchen die Initiatoren die Polymerisation der MC starten. Es wurde gefunden, dass es durch die Verwendung der verschiedenen reizabsorbierenden Verbindungen in Kombination mit den Initiatorverbindungen möglich ist, die Bedingungen, unter denen die Polymerisationsreaktion erfolgt, zu steuern. Es ist folglich möglich, die Bedingungen so zu steuern, dass alle externen Reize, die in der normalen Umgebung vorhanden sind und mit denen das Element konfrontiert wird, keine Polymerisation der MC verursachen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine graphische Darstellung der Lichtintensität gegen die Wellenlänge, welche die Niveaus für Umgebungssonnenlicht und das ANSI MPE Niveau zeigt.
2 ist eine graphische Darstellung der UV-Absorption gegen die Wellenlänge für eine Kombination eines UV-Absorber und eines Initiators, die bei der Ausführung der Erfindung nützlich ist.
3 ist ein Querschnitt eines Teils eines optischen Elements zur Verwendung in der Erfindung.
4 ist ein Querschnitt eines optischen Elements zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung nach Aussetzen gegenüber UV-Licht.
5 ist ein Querschnitt eines Teils eines optischen Elements zur Verwendung in der Erfindung nach Aussetzen gegenüber UV-Licht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft optische Elemente, deren optischen Eigenschaften kontinuierlich während deren Gebrauchsdauer modifiziert oder eingestellt werden können.
Dieses Einstellen wird in einem selbstenthaltenden System erreicht, das ohne das Hinzufügen oder das Entfernen von Material aus dem Element auskommt.
Typische optische Elemente zur Verwendung in der Erfindung beinhalten Datenspeicherelemente, einschließlich Kompakt-Disketten, Digital-Video-Disks; Linsen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Brillengläser; Kontaktlinsen, Intraokularlinsen; Spiegel, Prismen und dergleichen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element eine Intraokularlinse.
Das optische Element ist üblicherweise aus einer ersten Polymermatrix hergestellt, die dem Element eine Form wie auch viele seiner physikalischen Eigenschaften, wie Härte, Flexibilität und dergleichen, verleiht.
Das optische Element enthält auch eine darin dispergierte MC. Diese MC kann eine einzelne Verbindung oder eine Kombination von Verbindungen sein, die zu einer reizinduzierten Polymerisation, vorzugsweise einer Photopolymerisation, in der Lage ist.
Die Beschaffenheit der ersten Polymermatrix und der MC variiert in Abhängigkeit der für das optische Element vorgesehenen Endverwendung. Die erste Polymermatrix und die MC werden jedoch in der Regel so ausgewählt, dass die Komponenten, welche die MC ausmachen, innerhalb der ersten Polymermatrix diffundieren können. Anders ausgedrückt wird eine lockere erste Polymermatrix tendenziell mit größeren MC-Komponenten gepaart und eine dichte erste Polymermatrix wird tendenziell mit kleineren MC-Komponenten gepaart.
Nach Aussetzen gegenüber einer geeigneten Energie (z. B. Wärme oder Licht) formt die MC üblicherweise eine zweite Polymermatrix in dem ausgesetzten Bereich des optischen Elements. Die Gegenwart der zweiten Polymermatrix verändert die Materialeigenschaften dieses Bereichs des optischen Elements, wodurch dessen Brechungsvermögen moduliert wird. Im allgemeinen erhöht die Bildung der zweiten Polymermatrix üblicherweise den Brechungsindex des betroffenen Bereichs des optischen Elements. Nach dem Aussetzen migriert die MC in dem nicht ausgesetzten Bereich mit der Zeit in den ausgesetzten Bereich. Die Menge der MC-Migration in den ausgesetzten Bereich ist zeitabhängig und kann genau gesteuert werden. Bei einer ausreichenden Zeitdauer werden sich die MC-Komponenten reequilibrieren und erneut überall in dem optischen Element (d.h. der ersten Polymermatrix, einschließlich des ausgesetzten Bereichs) verteilen. Wenn der Bereich erneut der Energiequelle ausgesetzt wird, polymerisiert die MC, die seitdem in den Bereich migriert ist (was weniger sein kann, als wenn die MC reequilibrieren gelassen wurde), um die Bildung der zweiten Polymermatrix weiter zu steigern. Dieser Prozess (Aussetzen, gefolgt von einem geeigneten Zeitintervall, um eine Diffusion zu ermöglichen) kann wiederholt werden, bis der ausgesetzte Bereich des optischen Elements die gewünschte Eigenschaft (z. B. Stärke, Brechungsindex oder Form) erreicht hat. Dabei erfolgt wegen der Gegenwart des UV-Absorbers keine weitere Polymerisation bis das Element der spezifischen Wellenlänge und Intensität ausgesetzt wird. Folglich kann im Falle einer Intraokularlinse die Linse natürlichem Licht und dergleichen ohne weitere Veränderungen in der Linse ausgesetzt werden. Wenn eine Anpassung aufgrund des Alterns oder Veränderungen der Gesundheit des Patienten erforderlich ist, kann die Linse beispielsweise durch Aussetzen gegenüber einer geeigneten Energiequelle eingestellt werden.
Die erste Polymermatrix ist eine kovalent oder physikalisch verbundene Struktur, die als optisches Element dient und aus einer ersten Polymermatrixzusammensetzung ("FPMC") gebildet ist. Im allgemeinen umfasst die erste Polymermatrixzusammensetzung ein oder mehrere Monomere, die nach Polymerisation die erste Polymermatrix bilden. Die erste Polymermatrixzusammensetzung kann gegebenenfalls irgendeine Anzahl von Formulierungshilfsmitteln enthalten, welche die Polymerisationsreaktionen beeinflussen oder irgendeine Eigenschaft des optischen Elements verbessern. Erläuternde Beispiele für geeignete FPMC-Monomere beeinhalten Acrylharzderivate, Methacrylate, Phosphazene, Siloxane, Vinyle, Homopolymere und Copolymere davon. Ein "Monomer" wie hierin verwendet, bezeichnet irgendeine Einheit (die selbst entweder ein Homopolymer oder ein Copolymer sein kann), die zur Bildung eines Polymers verbunden sein kann, das sich wiederholende Einheiten derselben enthält. Wenn das FPMC-Monomer ein Copolymer ist, kann es aus dem gleichen Typ von Monomeren (z. B. zwei unterschiedlichen Siloxanen) bestehen oder es kann aus unterschiedlichen Arten von Monomeren (z. B. einem Siloxan und einem Acrylharzderivat) bestehen.
In einer Ausführungsform werden die ein oder mehreren Monomere, welche die erste Polymermatrix bilden, in Gegenwart der MC polymerisiert und vernetzt. In einer anderen Ausführungsform wird das Polymerausgangsmaterial, welches die erste Polymermatrix bildet, in Gegenwart der MC vernetzt. Bei jedem Szenario müssen die MC-Komponenten kompatibel sein und nicht nennenswert interferieren mit der Bildung der ersten Polymermatrix. Ebenso sollte die Bildung der zweiten Polymermatrix auch kompatibel mit der bestehenden ersten Polymermatrix sein. Anders gesagt sollten die erste Polymermatrix und die zweite Polymermatrix keiner Phasentrennung unterliegen und die Lichtdurchlässigkeit durch das optische Element sollte nicht beeinflusst sein.
Wie oben erwähnt kann die MC eine einzelne Komponente oder eine Vielzahl von Komponenten sein, sofern: (i) sie mit der Bildung der ersten Polymermatrix kompatibel ist; (ii) sie nach Bildung der ersten Polymermatrix weiterhin einer reizinduzierten Polymerisation zugänglich bleibt; und (iii) sie innerhalb der ersten Polymermatrix frei diffusionsfähig bleibt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die reizinduzierte Polymerisation eine photoinduzierte Polymerisation.
Im allgemeinen gibt es zwei Typen von Intraokularlinsen ("IOLs"). Der erste Typ einer Intraokularlinse ersetzt die natürliche Augenlinse. Der häufigste Grund für eine solche Maßnahme ist der graue Star. Der zweite Typ von Intraokularlinsen ergänzt die existierende Linse und fungiert als permanente Korrekturlinse. Dieser Typ von Linse (manchmal als phakische Intraokularlinse bezeichnet) wird in die Vorder- oder Hinterkammer implantiert, um irgendeinen Brechungsfehler des Auges zu korrigieren. In der Theorie kann die Stärke für beide Typen von Intraokularlinsen, die für die Emmetropie (d.h. einen perfekten Brennpunkt auf der Retina aus Licht aus der Unendlichkeit) benötigt wird, genau berechnet werden. In der Praxis wird jedoch geschätzt, dass aufgrund von Messfehlern der Hornhautkrümmung und/oder einer variablen Linsenpositionierung und Wundheilung nur etwa die Hälfte aller Patienten, die sich einer IOL-Implantation unterziehen, in den Genuss der bestmöglichen Sehkraft ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrektur nach der Operation kommen. Da die IOLs des Standes der Technik nach einer Operation im Allgemeinen keiner Stärkeänderung unterzogen werden können, müssen die restlichen Patienten auf andere Sehkorrekturarten, wie externe Linsen (z. B. Brillen oder Kontaktlinsen), oder eine Hornhautoperation zurückgreifen. Die Notwendigkeit solcher Arten von zusätzlichen Korrekturmaßnahmen wird durch die Verwendung der Intraokularlinsen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vermieden.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Intraokularlinse umfasst eine erste Polymermatrix und eine darin dispergierte MC. Die erste Polymermatrix und die MC sind wie oben beschrieben, mit der zusätzlichen Bedingung, dass die resultierende Linse biologisch verträglich ist.
Erläuternde Beispiele für eine geeignete erste Polymermatrix beinhalten: Polyacrylate, wie Polyalkylacrylate und Polyhydroxyalkylacrylate; Polymethacrylate, wie Poly methylmethacrylat ("PMMA"), ein Polyhydroxyethylmethycrylat ("PHEMA"), und Polyhydroxypropylmethacrylat ("HPMA"); Polyvinyle, wie Polystyrol und Polyvinylpyrrolidon ("NVP"); Polysiloxane, wie Polydimethylsiloxan; Polyphosphazene und Copolymere davon. Das U.S. Patent Nr. 4,260,725 und die Patente und Referenzen, die dort angeführt sind, geben mehrere spezifische Beispiele von geeigneten Polymeren an, welche verwendet werden können, um die erste Polymermatrix zu bilden.
In bevorzugten Ausführungsformen weist die erste Polymermatrix im Allgemeinen eine verhältnismäßig geringe Glasübergangstemperatur ("T_g") auf, so dass die resultierende IOL dazu neigt, ein fluidartiges und/oder elastomeres Verhalten aufzuweisen. Bei Anwendungen, bei denen die Flexibilität wichtig ist (z. B. Intraokularlinsen oder Kontaktlinsen), ist die T_g im Allgemeinen weniger als 25°C, vorzugsweise weniger als 20°C. Falls Steifheit wichtig ist, ist die Tg viel höher, z. B. 25°C bis 50°C.
Die erste Polymermatrix wird üblicherweise durch Vernetzen eines oder mehreren Polymerausgangsmaterialien gebildet, wobei jedes Polymerausgangsmaterial wenigstens eine vernetzbare Gruppe enthält. Erläuternde Beispiele von geeigneten vernetzbaren Gruppen umfassen Hydrid, Acetoxy, Alkoxy, Amino, Anhydrid, Aryloxid, Carboxy, Enoxy, Epoxy, Halogenid, Isocyano, Olefin und Oxin, sind jedoch nicht darauf beschränkt. In bevorzugteren Ausführungsformen enthält jedes Polymerausgangsmaterial terminale Monomere (auch als Endkappen bezeichnet), die entweder gleich oder verschieden zu dem einen oder mehreren Monomer sind, die das Polymerausgangsmaterial ausmachen, jedoch wenigstens eine vernetzbare Gruppe enthalten. Mit anderen Worten beginnt und endet das Polymerausgangsmaterial mit den terminalen Monomeren, welche wenigstens eine vernetzbare Gruppe als Teil ihrer Struktur enthalten. Obwohl es für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, ist der Mechanismus des Vernetzens des Polymerausgangsmaterials vorzugsweise verschieden von dem Mechanismus der reizinduzierten Polymerisation der Komponenten, welche die MC ausmachen. Wenn beispielsweise die MC durch eine photoinduzierte Polymerisation polymerisiert wird, ist es bevorzugt, dass die Polymerausgangsmaterialien vernetzbare Gruppen aufweisen, die durch einen anderen Mechanismus als eine photoinduzierte Polymerisation polymerisiert werden.
Eine besonders bevorzugte Klasse von Polymerausgangsmaterialien zur Bildung der ersten Polymermatrix stellen Polysiloxane (auch bekannt als "Silikone") dar, die mit einem terminalen Monomer als Endkappe versehen sind, das eine vernetzbare Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acetoxy, Amino, Alkoxy, Halogenid, Hydroxy und Mercapto beinhaltet. Da Silikon-IOLs dazu neigen, flexibel und faltbar zu sein, können im Allgemeinen kleinere Inzisionen während dem IOL-Implantationsverfahren verwendet werden. Ein Beispiel eines besonders bevorzugten Polymerausgangsmaterials ist Bis(diacetoxymethylsilyl)polydimethylsiloxan (welches ein Polydimethylsiloxan ist, das mit einem terminalen Diacetoxymethylsilyl-Monomer als Endkappe versehen ist).
Die MC, die bei der Herstellung von IOLs verwendet wird, ist wie oben beschrieben, außer, dass sie die zusätzliche Voraussetzung der biologischen Verträglichkeit aufweist. Die MC ist zu einer reizinduzierten Polymerisation in der Lage und kann eine einzelne Komponente oder mehrere Komponenten sein, solange: (i) sie mit der Bildung der ersten Polymermatrix kompatibel ist; (ii) sie nach Bildung der ersten Polymermatrix weiterhin einer reizinduzierten Polymerisation zugänglich bleibt; und (iii) sie innerhalb der ersten Polymermatrix frei diffusionsfähig ist. Im Allgemeinen kann die gleiche Art von Monomeren, die zur Bildung der ersten Polymermatrix verwendet wird, als Komponente der MC verwendet werden. Aufgrund des Erfordernisses, dass die MC-Monomere innerhalb der ersten Polymermatrix diffusionsfähig sein müssen, neigen die MC-Monomere allerdings im Allgemeinen dazu, kleiner zu sein (d. h. geringere Molekulargewichte aufzuweisen) als die Monomere, welche die erste Polymermatrix bilden. Zusätzlich zu dem einen oder mehreren Monomeren kann die MC andere Komponenten, wie Initiatoren und Sensibilisatoren enthalten, welche die Bildung der zweiten Polymermatrix erleichtern.
Aufgrund der Präferenz für flexible und faltbare IOLs sind Polysiloxane, die mit einer terminalen Siloxangruppe als Endkappe versehen sind, die eine photopolymerisierbare Gruppe enthält, eine besonders bevorzugte Klasse von MC-Monomeren. Eine erläuternde Darstellung eines solchen Monomers ist: X – Y – X1 , wobei Y ein Siloxan ist, das ein Monomer, ein Homopolymer oder ein Copolymer, gebildet aus irgendeiner Anzahl von Siloxan-Einheiten, ist, und X und X¹ gleich oder unterschiedlich sind und jeweils unabhängig voneinander eine terminale Siloxangruppe sind, die eine photopolymerisierbare Gruppe enthält.
Erläuternde Beispiele für Y beinhalten:
wobei: m und n unabhängig voneinander jeweils eine ganze Zahl sind und
R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Alkyl (primär, sekundär, tertiär, zyklisch), Aryl oder Heteroaryl sind. In bevorzugten Ausführungsformen sind R¹, R², R³ und R⁴ ein C₁-C₁₀-Alkyl oder Phenyl. Da festgestellt wurde, dass MC-Monomere mit einem verhältnismäßig hohen Arylgehalt größere Veränderungen des Brechungsindex der Linse zur Verwendung in der Erfindung erzeugt, ist es allgemein bevorzugt, dass wenigstens einer von R¹, R², R³ und R⁴ ein Aryl, insbesondere ein Phenyl ist. In bevorzugteren Ausführungsformen sind R¹, R², R³ gleich und sind Methyl, Ethyl oder Propyl und R⁴ ist Phenyl.
Erläuternde Beispiele für X und X¹ (oder X¹ und X, abhängig davon, wie das MC-Polymer dargestellt ist) sind:
wobei:
R⁵ und R⁶ unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Alkyl, Aryl oder Heteroaryl sind; und
Z eine photopolymerisierbare Gruppe ist.
In bevorzugten Ausführungsformen sind R¹ und R⁶ jeweils unabhängig voneinander ein C₁- und C₁₀-Alkyl oder Phenyl und Z ist eine photopolymerisierbare Gruppe, die einen Anteil enthält, der aus der Gruppe bestehend aus Acrylat, Allyloxy, Cinnamoyl, Methacrylat, Stibenyl und Vinyl ausgewählt ist. In bevorzugteren Ausführungsformen sind R⁵ und R⁶ Methyl, Ethyl oder Propyl und Z ist eine photopolymerisierbare Gruppe, die einen Acrylat- oder Methacryalatanteil enthält.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist ein MC-Monomer folgende Formel auf:
wobei X und X¹ gleich sind und R¹, R², R³ und R⁴ wie oben definiert sind. Erläuternde Beispiele solcher MC-Monomere umfassen ein Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Vinyldimethylsilangruppe als Endgruppe versehen ist; ein Dimethylsiloxan-Methylphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe als Endkappe versehen ist; und ein Dimethylsiloxan, das mit einer Methacryloxypropyldimethysilangruppe als Endkappe versehen ist. Obwohl irgendein geeignetes Verfahren verwendet werden kann wurde gefunden, dass eine Ringöffnungsreaktion von einem oder mehreren zyklischen Siloxanen in Gegenwart von Trifluormethansulfonsäure ein besonders effizientes Verfahren zur Herstellung einer Klasse von MC-Monomeren zur Verwendung in der Erfindung darstellt. Kurz zusammengefasst, umfasst das Verfahren das Kontaktieren eines zyklischen Siloxans mit einer Verbindung der Formel:
in Gegenwart von Trifluormethansulfonsäure, wobei R⁵, R⁶ und Z wie oben definiert sind. Das zyklische Siloxan kann ein zyklisches Siloxanmonomer, -homopolymer oder –copolymer sein. Alternativ kann mehr als ein zyklisches Siloxan verwendet werden. Beispielsweise wird ein zyklisches Dimethylsiloxantetramer und ein zyklisches Methylphenylsiloxantrimer mit Bismethacryloxypropyltetramethyldisiloxan in Gegenwart von Trifluormethansulfonsäure kontaktiert, um ein Dimethylsiloxanmethylphenylsiloxan-Copolymer zu bilden, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe als Endkappe versehen ist, ein besonders bevorzugtes MC-Monomer.
Wie oben erläutert, benötigt die reizinduzierte Polymerisation die Gegenwart eines Initiators. Der Initiator ist so, dass dieser nach Aussetzen gegenüber einem bestimmten Reiz die Polymerisation der MC induziert oder einleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Initiator ein Photoinitiator. Der Photoinitiator kann auch mit einem Sensibilisator assoziiert sein. Beispiele für zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung geeignete Photoinitiatoren sind Acetophenone (z. B. substituierte Haloacetophone und Diethoxyacetophenone); 2,4-Dichlormethyl-1,3,5-triazine; Benzoinmethylether; und O-Benzoyloximinoketone.
Geeignete Sensibilisatoren beinhalten p-(Dialkylaminoaldehyd); n-(Alkylindolyliden); und Bis[p-(dialkylamino)benzyliden]keton.
Alternativ kann die MC zur Verwendung in der Erfindung multifunktionelle Acrylatbasierende Monomere umfassen, welche die allgemeine Formel:
aufweisen, wobei Q eine Acrylat-basierte Verbindung ist, die zur Erzeugung des Acrylat-Monomers verwendet wird; A und A¹ gleich oder verschieden sind und die allgemeine Struktur
aufweisen, wobei R⁷ und R⁸ Alkyl, Haloalkyl, Aryl und Haloaryl sind, und X und X¹ Anteile enthalten, die zur reizinduzierten Polymigration in der Lage sind, vorzugsweise photopolymerisierbare Gruppen, und N und M ganze Zahlen sind.
In einer Ausführungsform weist das Makromer die allgemeine Struktur
auf, wobei R⁹, R¹⁰ und R¹¹ unabhängig voneinander aus der Gruppe bestehend aus Alkylen, Haloalkylen, Arylen und Haloarylen ausgewählt sind und m und n ganze Zahlen sind und X und X¹ wie oben definiert sind.
Eine andere Hauptkomponente zur Verwendung in der Erfindung ist eine reizabsorbierende Erfindung. Diese Verbindungen steuern das Niveau des externen Reizes, das erforderlich ist, um die Polymerisation der MC einzuleiten.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die reizabsorbierende Verbindung eine lichtabsorbierende Verbindung, bevorzugter ein UV-Absorber. UV-Absorber, die zur Ausführung dieser Erfindung verwendbar sind, beinhalten Benzotriazolverbindungen mit der allgemeinen Formel:
und Mischungen davon, wobei X aus der Gruppe bestehend aus H, Alkoxyresten, die vorzugsweise 1 bis etwa 6 Kohlestoffatome enthalten, und Halogen ausgewählt ist, R₁ aus der Gruppe bestehend aus H und Alkylresten, die vorzugsweise 1 bis etwa 8 Kohlestoffatome enthalten, ausgewählt ist, mit der Maßgabe, dass wenigstens X und/oder R₁ nicht H ist, und R₂ ein organischer Rest, vorzugsweise ein Alkenylrest, mit einer terminalen Doppelbindung ist. Der Alkoxyrest ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Methylrest und t-Alkylresten, die 4 bis etwa 6 Kohlestoffatome enthalten. Die vorliegenden Zusammensetzungen, einschließlich der kovalent gebundenen ultraviolettes Licht absorbierenden Komponente, können vorzugsweise ultraviolettes Licht im Bereich von etwa 300 nm bis etwa 400 nm absorbieren.
Wie im Fall des Photoabsorbers sind bevorzugte Photoinitiatoren, die bei der Ausführung der Erfindung nützlich sind, UV-empfindliche Photoinitiatoren. Besonders bevorzugte Photoinitiatoren sind x-Alkyl/Benzoine mit der allgemeinen Formel oder Struktur:
wobei R¹ H, ein Alkylrest, ein Arylrest, ein substituiertes Alkyl oder ein substituierter Arylrest ist, und R² H, ein Alkylrest, ein Arylrest, ein substituiertes Alkyl oder ein substituierter Arylrest ist; R³ und R⁴ Phenyl oder substituiertes Phenyl sind. Spezielle Beispiele für R⁴- und R²-Gruppen umfassen Methyl, Phenyltrifluorpropyl, Ethyl und Cyanopropyl. Die Phenylsubstituenten der R³- und R⁴-Gruppen können Alkyl, Alkoxyl, Halogen, Alkyaryl, Cyanoalkyl, Haloalkyl und N,N-Dialkylamino umfassen. Photoinitiatoren, die bei der Ausführung der Erfindung nützlich sind, beinhalten Irgacure 819, Irgacure 184, Irgacure 369 und Irgacure 651, die alle von Ciba Speciality Chemicals Inc. erhältlich sind. Falls Durchsichtigkeit benötigt wird, wie in optischen Elementen, ist Irgacure 651 bevorzugt.
Auch verwendbar bei der Ausführung der Erfindung sind Photoinitiatoren, die zwei Initiatoren aufweisen, die durch ein kurzes Polymergrundgerüst verbunden sind. Eine solche Verbindung ist Benzoin-Polydimethylsiloxan-Benzoin (B-pdms-B), worin zwei Benzoinanteile über eine Dimethylsiloxanbrücke verbunden sind. Die Verbindung weist die allgemeine Formel:
auf.
Die Synthese dieser Verbindungen ist in dem U.S. Patent Nr. 4,477,326 beschrieben.
Die relativen Mengen des UV-Absorbers und Initiators variiert in Abhängigkeit des gewünschten Absorptionsgrades der bestimmten Anwendung. Im Allgemeinen liegt das Verhältnis des Photoinitiators zu dem UV-Absorber im Bereich von etwa 6:1 bis etwa 25:1. Im Allgemeinen können die relativen Mengen des Photoinitiators und des UV-Absorbers unter Verwendung der Formel: cos T = A = ε1b1c1 + ε2b2c2 berechnet werden, wobei T die Durchlässigkeit, A die Absorption, ε₁ der Extinktionskoeffizient für den UV-Absorber, b₁ die Weglänge des Lichts und c₁ die Konzentration des UV-Absorbers sind. ε₂, b₂ und c₂ sind wie oben definiert, außer, dass diese sich auf den Photoinitiator beziehen. In der Praxis wurde gefunden, dass die tatsächliche Absorption im Allgemeinen geringer ist als die vorhergesagten Werte, so dass die verwendete Menge im Allgemeinen wenigstens 1,5 mal so hoch sein sollte wie die berechnete Menge.
Der Photoinitiator und der UV-Absorber werden mit den zu polymerisierenden oder zu vernetzenden Polymeren, Monomeren oder Makromeren kombiniert. In einer Ausführungsform ist der Photoinitiator an die Makromere gebunden. In anderen Ausführungsformen verbleibt der Photoinitiator frei in der Mischung.
Obwohl die obige Darstellung sich auf Ultraviolett basierte Initiatoren und Absorbern bezieht, treffen dieselben Prinzipien auf andere Initiator/Absorber-Kombinationen zu. Beispielsweise kann der Initiator durch Infrarotstrahlung aktiviert werden. In diesem Fall muss eine Infrarot absorbierende Verbindung verwendet werden, um die Aktivierung zu steuern. Das gleiche trifft für andere Reizquellen, wie Licht, zu.
Ein Hauptvorteil des in der vorliegenden Erfindung verwendeten optischen Elements liegt darin, dass eine Elementeigenschaft nach der Herstellung verändert werden kann. Im Falle einer IOL kann die Veränderung beispielsweise nach der Implantation ins Auge erfolgen. Es können beispielsweise irgendwelche Fehler bei der Stärkeberechnung aufgrund nicht perfekter Hornhautmessungen und/oder einer variablen Linsenpositionierung und Wundheilung in einem ambulanten Verfahren nach der Operation geändert werden. Ferner können auch Korrekturen aufgrund von körperlichen Veränderungen des Patienten über die Zeit durchgeführt werden.
Zusätzlich zu der Veränderung des Brechungsindex des Elements wurde auch gefunden, dass die reizinduzierte Bildung der zweiten Polymermatrix die Stärke des Elements durch Verändern der Form des Elements in einer vorhersehbaren Art und Weise beeinflusst. In einer Ausführungsform verändert beispielsweise die Bildung der zweiten Polymermatrix das thermodynamische Gleichgewicht dieses Elements. Dies wiederum fördert die Migration der MC, was wiederum eine Veränderung der Linsenkrümmung verursachen kann. Folglich können beide Mechanismen ausgenützt werden, um die Eigenschaft einer IOL, wie die Stärke, einzustellen, nachdem diese in das Auge implantiert wurde. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren zur Implementierung eines optischen Elements zur Verwendung in der Erfindung mit einer ersten Polymermatrix und einer darin dispergierten MC:

(a) Aussetzen wenigstens eines Teils des optischen Elements gegenüber einem Reiz, wobei der Reiz die Polymerisation der MC induziert. Dieser Schritt kann ausgelassen werden, wenn das Element die erwünschten Anfangseigenschaften aufweist;
(b) Bestimmen, dass eine Veränderung der optischen Eigenschaften erforderlich oder gewünscht ist;
(c) Aussetzen oder erneutes Aussetzen wenigstens eines Bereichs des Elements gegenüber einem Reiz, wobei der Reiz die Polymerisation der MC induziert, um eine Veränderung der optischen Eigenschaften des Elements herbeizuführen;
(d) Warten für eine Zeitdauer;
(e) Beurteilen der Wirkungsweise des Elements.

Nach dem Aussetzen gegenüber einem externen Reiz kann es erforderlich sein, das Element erneut dem Reiz auszusetzen, bis die erwünschten optischen Eigenschaften erreicht werden.
In einer anderen Ausführungsform, in der die Eigenschaften eines optischen Elements verändert werden müssen, umfasst ein Verfahren zum Verändern des Elements:

(a) Aussetzen eines ersten Bereichs des optischen Elements gegenüber einem Reiz, wobei der Reiz die Polymerisation der MC induziert; und
(b) Aussetzen eines zweiten Bereichs der Linse gegenüber dem Reiz.

Der erste Elementbereich und der zweite Elementbereich stellen unterschiedliche Regionen der Linsen dar, obwohl diese überlappen können. Gegebenenfalls kann das Verfahren ein Zeitintervall zwischen dem Aussetzen des ersten Elementbereichs und dem Aussetzen des zweiten Elementbereichs umfassen. Zusätzlich kann das Verfahren ferner das erneute Aussetzen des ersten Elementbereichs und/oder des zweiten Elementbereichs beliebig oft (mit oder ohne einem Zeitintervall zwischen dem Aussetzen) umfassen oder kann das Aussetzen von zusätzlichen Bereichen des Elements (z. B. eines dritten Elementbereichs, eines vierten Elementbereichs, etc.) umfassen.
Im Allgemeinen variiert die Lage des einen oder mehreren ausgesetzten Bereichs in Abhängigkeit der Art des zu korrigierenden Brechungsfehlers. In einer Ausführungsform ist der ausgesetzte Bereich der IOL beispielsweise die optische Zone, die die zentrale Region der Linse ist (z. B. zwischen etwa 4 mm und etwa 5 mm im Durchmesser). Alternativ können der eine oder die mehreren ausgesetzten Linsenbereiche entlang des Aussenrands der IOL oder entlang einem bestimmten Meridian liegen. In einer anderen Ausführungsform können unterschiedliche Regionen eines Brillenglases einem Reiz ausgesetzt werden, wodurch ein bifokales Brillenglas erzeugt wird. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Reiz Licht. In bevorzugteren Ausführungsformen stammt das Licht aus einer Laserquelle.
Nachdem die gewünschte Korrektur erfolgt ist, muss kein weiteres Aussetzen gegenüber dem Reiz erfolgen, um die Form oder die Eigenschaften „festzufrieren". Die Gegenwart der Absorberverbindung verhindert weitere Veränderungen in dem Element, bis das Element einem Reiz mit korrekter Frequenz und Intensität ausgesetzt wird. Dies ermöglicht es, dass das optische Element, nachdem das anfängliche Einstellen erfolgt ist, in situ verwendet wird und, falls erforderlich, die optischen Eigenschaften in situ nachgestellt werden. Im Falle einer Intraokularlinse bedeutet dies, dass nach dem anfänglichen Einstellen der Patient während der Lebensdauer der Linse für zukünftige Einstellungen wegen Faktoren, wie dem Alter oder dergleichen, zurückkommen kann. In einer anderen Ausführungsform können Brillen erzeugt werden, deren Korrektureigenschaften wiederholt eingestellt werden können, wodurch die Notwendigkeit für neue Linsen bei Veränderungen des Sehvermögens des Patienten wegfällt.
Durch die Verwendung eines fokussierten externen Reizes, wie UV-Licht, ist es möglich, eine Polymigration der MC in bestimmte Regionen des optischen Elements herbeizuführen. Dies beinhaltet das Steuern der Tiefe der zweiten Matrix als auch wo die Matrix in Bezug auf das Zentrum des Elements angeordnet ist. Die 3 bis 5 stellen dieses Prinzip dar.
3 zeigt einen Bereich eines Querschnitts eines optischen Elements zur Verwendung in der Erfindung und zeigt die erste Polymermatrix 11 und die in der ersten Polymermatrix dispergierte modifizierende Zusammensetzung 12.
4 gibt das Aussetzen des optischen Elements gegenüber UV-Licht in einem vorbestimmten Muster, einer vorbestimmten Länge und einer vorbestimmten Intensität wieder. Der UV-Absorber in dem ausgesetzten Bereich verhindert die Polymerisation der MC bis das Absorptionsniveau des UV-Absorbers überschritten ist. Dann wird der Inhibitor getriggert, was zu einer Polymerisation der MC und der Bildung einer zweiten Polymermatrix führt. Die Bildung der Matrix erfolgt jedoch nur, wenn die Absorptionskapazität des UV-Absorbers überschritten ist. Dadurch ist es möglich, die Tiefe der zweiten Polymermatrix zu begrenzen, indem die Intensität und Dauer des Aussetzens gegenüber UV-Licht begrenzt wird. 5 stellt eine solche begrenzte Matrixbildung dar. Die zweite Polymermatrix erstreckt sich nur teilweise durch das optische Element mit optischen Eigenschaften, die zu den nicht modifizierten Berei chen unterschiedlich sind. Weiteres Aussetzen des optischen Elements gegenüber UV-Licht kann dann verwendet werden, um die optischen Eigenschaften weiter zu verändern.
Wie oben erwähnt können diese Einstellungen während des anfänglichen Einstellens durchgeführt werden oder können Wochen oder Jahre später erfolgen. Da sich die Bedürfnisse der Benutzer im Zeitverlauf ändern, können die optischen Eigenschaften folglich ohne das Erfordernis einer Operation oder dergleichen eingestellt werden.
Die nachstellbaren Eigenschaften des optischen Elements können auch zu neuen Datenspeichervorrichtungen führen. Indem der Bereich, in dem die zweite Polymermatrix gebildet wird, gesteuert wird, ist es möglich, Daten in drei Dimensionen aufzuzeichnen und dann die gespeicherten Daten zu einem späteren Zeitpunkt hinzuzufügen oder zu verändern.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele sind beispielhaft angeführt und sollen den Schutzumfang der Erfindung auf keine Art und Weise einschränken.
Eine Reihe von Siloxanplatten wurde wie in den nachfolgenden Tabellen wiedergegeben hergestellt. In den Kontrollexperimenten bestand der Teil A aus einem Silikonpolymer Silikon MED 6820. Der Teil B wurde hergestellt, in dem Silikon 6820 mit einem Pt-Divinyltetramethyldisiloxan-Komplexkatalysator gemischt wurde. Die Teile A und B wurden separat voneinander entgast, um jegliche Luft zu entfernen und anschließend zusammengemischt. Die Mischung wurde dann entgast und in eine 1 mm dicke Form gegeben, wo sie in einer Carver-Presse für 48 Stunden bei ungefähr 1000 psi und bei 40°C gehalten wurde.
Die Versuchsteilstücke wurden auf dieselbe Art und Weise hergestellt, außer, dass zunächst eine Mischung einer modifizierenden Zusammensetzung, eines UV-Absorbers und eines UV-Initiators hergestellt und dann zu dem Teil A gegeben wurde. Die Anteile der Komponenten waren wie in Tabelle 1 aufgeführt. Die modifizierende Zusammensetzung (in Tabelle 1 als CalAdd bezeichnet) war ein mit Methacrylat-Endkappen versehenes Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer mit einem Mn von 700 bis 1000.
In der nachfolgenden Tabelle bestanden die verwendeten Initiatoren im Allgemeinen aus den folgenden Verbindungen, Irganox 651, ein kommerziell erhältlicher UV-Initiator, der durch Ciba Speciality Chemicals Inc. hergestellt wird; dem Initiator B-pdms-B, der eine Mischung der Doppelbenzoinstrukturen mit der allgemeinen Struktur
ist, wobei n im Bereich von 2 bis 28 liegt und B-L4-B die gleiche allgemeine Struktur wie oben aufweist, außer, nur mit n = 2. Die Verwendung dieser Initiatoren ist für Anwendungen bevorzugt, bei denen Klarheit essentiell ist, wie bei optischen Elementen. In anderen Anwendungen, bei denen die Klarheit nicht essentiell ist, ist die Verwendung anderer Initiatoren, wie Irgacure 369, akzeptierbar. Noch einmal, entscheidend ist es, einen Initiator zu verwenden, der im gewünschten Längenwellenbereich getriggert wird und keine Intensität benötigt, die über die vorgeschriebenen Sicherheitsstandards hinausgeht.
In den in der nachfolgenden Tabelle wiedergegebenen Experimenten ist die verwendete Ultraviolett absorbierende Verbindung UVAM (2-(2'-Hydroxy-3'-tert-butyl-5'-vinylphenyl)-5-chlor-2H-benzotriazol), ein kommerziell erhältlicher Absorber. Obwohl die Verwendung von UVAM bevorzugt ist können andere Ultraviolett absorbierende Verbindungen verwendet werden.
In den in Tabelle 1 dargestellten Experimenten wurden die Polymerplatten wie oben beschrieben hergestellt. Teilstücke der Platten wurden dann genommen und Licht bei 365 nm für 30 bis 120 Minuten bei Intensitäten im Bereich von 0,0 bis 8 Milliwatt pro Quadratzentimeter ausgesetzt. Die Durchlässigkeit und Absorption des UV-Lichts durch das Teilstück wurde mittels eines Differential photokalorimetrie-Analysegeräts bestimmt und in der Tabelle als 10% Durchlässigkeit und ΔH (Polymerisationswärme) wiedergegeben.

Claims

Verwendung einer Mischung aus einem Reizabsorber und einem Reizinitiator in einem optischen Element zur Verzögerung der Polymerisationseinleitung einer modifizierenden Zusammensetzung (MC) bis zum Erreichen eines vorbestimmten Reizintensitätsniveaus, wobei das optische Element eine erste Polymermatrix und die darin dispergierte MC umfasst, wobei die MC einer reizinduzierten Polymerisation unterworfen werden kann.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Reiz Licht ist.
Verwendung nach Anspruch 2, wobei der Reizabsorber eine Licht absorbierende Verbindung und der Reizinitiator ein Photoinitiator ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Element eine Intraokularlinse ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Element eine Kontaktlinse ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Element ein Brillenglas ist.
Verwendung nach Anspruch 3, wobei die Licht absorbierende Verbindung ein UV-Absorber und der Photoinitiator ein UV-Initiator ist.
Verwendung nach Anspruch 7, wobei der UV-Absorber die allgemeine Formel:
worin X H, ein Alkoxyrest oder ein Halogen ist; R¹ H oder ein Alkylrest ist; mit der Maßgabe, dass X und/oder R¹ nicht H ist; und R² ein organischer Rest mit einer terminalen Doppelbindung ist; aufweist und wobei der UV-Initiator die allgemeine Formel:
worin R¹ ein organischer Rest mit einer terminalen Nichtsättigung ist; R² Alkyl, Aryl, substituiertes Alkyl oder substituiertes Aryl ist; und R³ und R⁴ unabhängig voneinander aus Phenylen oder substituierten Phenylen ausgewählt sind, hat.
Verwendung nach Anspruch 8, wobei der Alkoxyrest 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält.
Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Alkylrest 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthält.