Dk = 16 - CSGI

LEZIONE 7 14/12/2011 

Lenti morbide: Idrogel fisici e chimici. Classi 

materiali per LAC morbide. Monomeri: HEMA, 

DMA, GMA, PC. Idrogel al silicone: I a e II a 

generazione. Produzione LaC: tornitura, 

centrifugazione e stampaggio. Interazione con 

le proteine. Trattamenti Superficiali LaC: Plasma 

e PC-IMC. 

Chimica dei Materiali per l’Ottica

Lenti Morbide 

Sono comunemente le più usate (85% del mercato). 

Sono costituite da un idrogel di un polimero “plastico” sopra alla 

sua temperatura di transizione vetrosa contenente acqua. 

1-2 mm più grandi della cornea 

Adattabilità maggiore e quindi maggior comfort. 


Idrogel 

Gli idrogeli sono network 3-dimensionali che in acqua gonfiano ma 

non si dissolvono (polimero insolubile in acqua ma altamente 

idratabile). 

Quando un idrogel viene privato del solvente (ad es. liofilizzazione) 

si parla di xerogel. Quest’ultimo solitamente possiede proprietà 

meccaniche molto simili ad un solido molto poroso. (rigidità = 

lavorabilità). 


Idrogel 

Classificazione: 

– In base ai cross-link possono essere distinti idrogeli chimici o fisici. 


Idrogel 

– In base all’origine del polimero o dei polimeri che lo 

compongono (naturali, sintetici o misti). 


Idrogel 

– In base alla risposta ad uno stimolo esterno 


– In base alla biodegradabilità. 

Idrogel 


Idrogel 

Un idrogel chimico si ottiene per polimerizzazione e cross-linking 


Idrogel 

I cross-link rendono il polimero insolubile in acqua. 


Idrogel 

Un idrogel naturale: il collagene!! 


Idrogel 

Rilascio controllato di medicinali (vedi ad es. lenti terapeutiche 

per idratazione o veicolazione di farmaci “in situ”). 


Idrogel 

Rigonfiamento indotto dal pH in un idrogel cationico. 

% Swelling or 

Chimica dei Materiali per l’Ottica 

pka7

Idrogel 

Il grado di rigonfiamento e’ quantificato attraverso: 

• Rapporto fra il volume (o il peso) del campione nello 

stato rigonfiato rispetto a quello nello stato secco. 

E’ importante perché regola: 

• Il coefficiente di diffusione dei soluti (gas, molecole o 

ioni) nell’idrogel. 

• Le proprietà superficiali e la mobilità superficiale. 

• Le proprietà meccaniche dell’idrogel. 


Idrogel 

Es.: 

Idrogel altamente rigonfiati: 

– derivati della cellulosa 

– Poli Vinil Alcool, pVA 

– Poli N-Vinil Pirrolidone, pNVP 

– Poli EtilenGlicol, pEG 

Moderatamente o poco rigonfiati: 

– Poli idrossietilmetacrilato, pHEMA e suoi derivati 

Per copolimerizzazione si possono ottenere i 

rigonfiamenti intermedi e quindi le proprietà 

meccaniche volute. 


Idrogeli 

pHEMA idrogel e’ il piu’ usato, ha un contenuto in 

acqua simile a quello dei tessuti viventi, e’ inerte ai 

processi biologici, mostra resistenza alla degradazione, 

e’ permeabile ai metaboliti, non viene assorbito dal 

corpo umano, resiste alla sterilizzazione termica, può 

essere facilmente preparato in varie forme. 

Le proprietà dipendono dalla frazione in volume del 

polimero, dal grado di cross-linking, dalla temperatura, 

dall’agente di swelling, dai co-monomeri acrilici con i 

quali viene polimerizzato. 


Classificazione FDA 

FDA (Food and Drug Administration) rilascia per ogni materiale per 

lente a contatto un nome generico. In generale, tutti i nomi 

generici di lenti hydrogel finiscono con il suffisso "filcon" mentre tutte 

quelle non hydrogel finiscono in "focon." 

Le lenti hydrogel sono raggruppate in 4 sottogruppi al fine di 

valutare gli effetti di prodotti accessori (soluzioni) sul materiale che 

costituisce le lenti. Le lenti con meno del 50% di acqua sono 

considerate a basso contenuto di acqua mentre le altre sono 

considerate ad alto contenuto di acqua. Le superfici meno 

reattive sono denominate “non ioniche” mentre quelle di materiali 

piu’ reattivi sono dette “ioniche”. 


Classi Materiali Morbidi 


Classificazione FDA 

La disinfezione delle lenti a basso contenuto di acqua (Gruppo 1 e 

3) può essere fatta attraverso metodi termici, chimici o a base di 

acqua ossigenata. Le lenti ad alto contenuto in acqua (Gruppi 2 e 

4) non devono essere disinfettate per via termica, mentre i sistemi 

chimici e a perossido di idrogeno sono sicuri ed efficaci. 

Comunque, alcuni polimeri ionici del Gruppo 4 possono reagire 

con il potassio sorbato o soluzioni a base di acido sorbico usati 

come preservanti (E200). 

Il Dk (permeabilità) delle lenti a contatto hydrogel e’ funzione del 

contenuto in acqua, quindi i materiali a basso contenuto in acqua 

hanno valori Dk inferiori rispetto a materiali ad alto contenuto in 

acqua. Per un dato materiale i valori di Dk sono teoricamente 

assoluti ma praticamente questi possono variare da laboratorio a 

laboratorio a causa del metodo di rivelazione impiegato. Lo stesso 

vale per la bagnabilità. 


HEMA 

Idrossi Etil Metacrilato 


pHEMA: Polimerizzazione Radicalica 

. 


pHEMA Polimerizzazione Radicalica 



Cross-linking con EGDMA essenziale per formare 

la maglia che sarà lo scheletro dell’idrogel. 

C=CH 2 

C=CH 2 




pHEMA 


Nature 


Nature 


GMA 

Gliceril Metacrilato 

-OH 

CH 2 -OH 

Usato ad es. In COMPLETE(R) Aquavision: idrogel ultrastabile che rimane 

saturo nel tempo. Hioxifilcon 60% (HEMA/GMA, Group 2, High-Water, Non- 

Ionico) 


Vinil Pirrolidone 

Al fine di aumentare le bagnabilità viene solitamente 

copolimerizato N-vinil pirrolidone: 

H 

H 

C 

NVP 

N.B.: oltre ad aumentare la bagnabilità incrementa 

molto anche l’idratazione del polimero. 


N 

O

DMA 

N,N’-DiMetilAcrilammide 


AA 

Acido Acrilico 

La presenza di AA mi sposta il materiale nelle classi III e IV. Aumenta la 

propensione alla formazione di depositi (vedi dopo). 


Tefilcon (38%), Dk=8.9 

Cibasoft 

Illusions 

Softint 

STD 

Torisoft 

GROUP1 Low Water (

GROUP2 High Water (>50% H 2 0) 

Lidofilcon B (79%), Dk=38 

CW 79 

LL 79 

Surfilcon A (74%), Dk=35 

Permaflex 

Lidofilcon A (70%), Dk=31 

Acti FRESH 

CV 70 

LL 70 

N&N 70 

Q&E 70 

Netrafilcon A (65%), Dk=34.5 

GentleTouch 

Nonionic Polymers 

Hefilcon C (57%) 

Gold Medalist Toric 

Alfafilcon A (66%), Dk=32 

Soflens66 

Omafilcon A (59%), Dk=33 

Proclear 

Proclear Tailor Made Toric 

Proclear Compatibles (62%) 

Vasurfilcon A (74%), Dk=39.1 

Permaflex UV Naturals 

Precision UV 

Hioxifilcon A (59%), Dk=36 

Satureyes Toric and Sphere 


Nelfilcon A (69%), Dk=26 

Focus Dalies 

Focus Dalies Toric 

Focus Dalies Progressive 

Hilafilcon A (70%), Dk=35 

Soflens One Day 

Hilafilcon B (59%), Dk=22 

Soflens 59

GROUP3 Low Water (

GROUP4 High Water (>50% H 2 0) 

Bufilcon A (55%), Dk=16 

Hydrocurve II 

Hydrocurve II 55 Bifocal 

Hydrocurve 3 Toric 

Softmate II 

Perfilcon A (71%), Dk=34 

Permalens 

Permalens XL 

Permalens Theraputic 

Permalens Aphakic 

Etafilcon A (58%), Dk=28 

Acuvue 

1-Day Acuvue 

Acuvue 2 

Acuvue 2 Colours 

Acuvue Bifocal 

Acuvue Toric 

Surevue 

Focofilcon A (55%), Dk=16 

Fre-Flex 

Ocufilcon B (53%), Dk=16 

Continental 

Ocu-Flex 53 

Ionic Polymers 

Ocufilcon C (55%), Dk=16 

UCL 55 

UCL-Pediatric 

Ocufilcon D (55%), Dk=19.7 

Biomedics Colors 

Biomedics Toric 

Color Girl Colors 

Biomedics 55 

Proactive 55 

Ocufilcon E (65%), Dk=22 

Ocuflex 65 

Ocufilcon F (60%), Dk=24.3 

Hydrogenics 60 UV 

Phemfilcon A (55%), Dk=16 

Durasoft 3 

Durasoft 3 Optifit 

Freshlook 

Freshlook Toric 

Prosoft 

Wildeyes 

Methafilcon A (55%), Dk=18 

Biocurve Toric & Sphere 

Choice A.B. 

Edge III 55 


Flexlens 

Frequency 55 Toric & Sphere 

Horizon 55 Bi-Con 

Kontur 

Lifestyle Frequency 

LL 55 

Metro 55 

Sof-form 55 

Sunsoft Additions 

Sunsoft Eclipse 

Sunsoft Multiples Toric & Sphere 

Sunsoft Revolution 

Sunsoft SunFlex 

Sunsoft SunFlex Prism Ballast 

Sunsoft Aphakic 

Sunsoft Toric 15.0 

Westcon Toric & Sphere 

Methafilcon B (55%), Dk=18 

Frequency 55 Toric 

Hydrasoft Sphere 

Hydrasoft Toric 

Vilfilcon A (55%), Dk=16 

Focus 1-2 Week 

Focus Monthly 

Focus Progressives 

Focus Toric Monthly 

Softcon 

Softcon EW

Dk limitato!!!! 

Per idrogel standard possiamo considerare approssimativamente: 

H 2 O Dk 

38% 9 

55% 18 

75% 36 

E’ importante ricordare che Dk/L (trasmissibilità centrale e media) 

sono dipendenti dalla configurazione degli spessori (geometria 

della lente) e sono più importanti di Dk. 

Per ovviare a questo limite sono stati sviluppati gli idrogel al silicone. 


Idrogel al Silicone 

Si possono dividere in idrogel di prima generazione 

(balafilcon A, lotrafilcon A). Incorporano nel materiale gli 

elementi strutturali delle gomme siliconiche (alti Dk) 

incrementando notevolmente la permeabilità all’ossigeno. 

Nel caso del Balafilcon A (PureVision, B&L) questo e’una 

combinazione omogenea di un monomero contenente 

silicone (TVPC, un vinil carbammato derivato dal TRIS) 

copolimerizzato con un monomero idrofilico caratteristico di 

idrogel classici, l’N-vinil pirrolidone. Il polimero finito ha un Dk 

di 99 barrers e un WC del 36%. 

Se consideriamo invece il Lotrafilcon A (Night and Day, 

CIBA) in questo viene impiegata una struttura molecolare a 

due canali o bifasica. La fase fluoro-silossanica facilita 

l’immagazzinamento e la trasmissione di ossigeno mentre 

contemporaneamente la fase idrogel trasmette acqua e 

ossigeno. Lotrafilcon A contiene un macromero fluoro-etere 

copolimerizzato con il trimetilsilossil-silano (TRIS, gia’ 

incontrato nelle RGP)e l’N,N-dimetil acrilammide (DMA). 

L’idrogel al silicone corrispondente contiene il 24% in acqua 

e ha un Dk di 140 barrers. 


Macromeri 

Polydimethylsiloxane; 

Macromeri: 





Al fine di aumentare l’idrofilicità della superficie si usa un 

trattamento con plasma: 

– Balafilcon A: trattando con un gas plasma si trasformano per 

ossidazione i gruppi siliconici (organici, idrofobici) in silicati 

(inorganici, idrofilici). Sulla superficie si formano delle isole 

“vetrose” di silicato interconnesse che nascondono la parte 

idrofobica sottostante. 

– Lotrafilcon A: il plasma gassoso reattivo viene incorporato sulla 

superficie come uno strato idrofilico di 25 nm, molto denso a 

alto indice di rifrazione sotto forma di un polimero azotato 

organico. 

In entrambe i casi aumentano la bagnabilità e la resistenza ai 

depositi. 

N.B.: Non e’ un trattamento che può essere rimosso perché la 

superficie e’ stata modificata chimicamente ed e’ parte 

integrante della lente a contatto. 



Ci sono poi gli idrogel al silicone di seconda generazione 

(Galyfilcon A, Vistacon). Non vengono sottoposti a nessun 

trattamento superficiale. Il problema dell’idrofobicità e’ superato 

incorporando un agente bagnante (Hydraclear) all’interno del 

materiale costituente la lente. La molecola Hydraclear appartiene 

alla stessa famiglia del pVP; lega l’acqua e mantiene la lente 

umida. 

Focus N&D = Lotrafilcon A 

PureVision = Balafilcon A 

AVAdvance = Galyfilcon A 

Acuvue 2 = Etafilcon A (58%), Dk=28 




p-HEMA Polimacon 

Il poli-idrossietil metacrilato (p-HEMA) e’ il più 

vecchio e più comunemente usato materiale 

per lenti a contatto morbide. Questo materiale 

e’ il più familiare ai produttori ed e’ 

relativamente il più semplice da utilizzare per la 

produzione di lenti di performance modeste. 

Polimacon ha un contenuto idrico saturo del 

38% (in fiala) e perde circa il 10% del suo 

contenuto idrico sull’occhio. La popolazione di 

portatori di lenti a contatto morbide a livello 

mondiale sta costantemente migrando verso 

lenti fatte con materiali a più alte prestazioni. 


POLYMACON, POLYMACON 

A, POLYHEMA, TEFILCON A 

E’ il polimero più semplice costituito solo da 

HEMA. La quantità di acqua all’equilibrio e’ 

38%. 

VIFILCON A 

E’ un copolimero di HEMA, MA e pVP (dove 

quest’ultimo costituisce la parte graft). WC=55% 


TETRAFILCON A 

E’ un copolimero HEMA, NVP e MMA cross-linked 

tramite DiVinilBenzene (DVB). 

Il polimero finito contiene il 43% di acqua di idratazione. 


PERFILCON A 

E’ un copolimero di HEMA, NVP e MA. Il crosslinker 

e’ l’etilen glicol dimetacrilato (EGDMA). 

La bagnabilità e’ aumentata dalla presenza 

dell’acido metacrilico e l’idratazione da quella 

dell’N-VinilPirrolidone. Il polimero finito contiene 

il 71% di acqua di idratazione. 


p-HEMA/NVP: Hefilcon A ,B e C 

Copolimeri di HEMA e N-Vinilpirrolidone (NVP) 

sono tra i più vecchi materiali in uso per 

contenuti idrici inferiori al 55%. Questi polimeri 

contengono tipicamente 25-50% in peso di 

NVP. Sono caratterizzati da una sensazione 

morbida al tatto, scarsa stabilità nelle 

dimensioni ed una perdita di acqua di circa il 

10%. 


p-HEMA/MA: Methafilcon, Ocufilcon, 

Etafilcon 

Copolimeri di HEMA e acido metacrilico sono i 

materiali più usati comunemente per lenti a 

contatto periodiche e sono normalmente 

disponibili con un contenuto idrico che va dal 

55% al 60% (nella fiala). Durante l’utilizzo queste 

lenti perdono circa il 10% del loro contenuto 

idrico e vedono accrescere notevolmente 

accumulo proteico (depositi). A causa dei 

depositi proteici, i materiali tipo-methafilcon non 

vengono usati normalmente per lenti su 

prescrizione al di fuori dagli USA. 


BUFILCON A 

Il copolimero e’ costituito da HEMA, DiAcetone 

Acrilammide (DAA), Acido Acrilico (AA) e crosslinkate 

da trimetapropano trimetacrilato 

(TMPTMA). 


+ 

BUFILCON A 

L’acido acrilico e’ impiegato per aumentare la 

bagnabilità, mentre l’idratazione e la permeabilità sono 

incrementate attraverso l’impiego di DAA. Il polimero 

finito contiene il 55% di acqua di idratazione. 


LIDOFILCON 

Questo copolimero e’ costituito da monomeri di MMA, 

NVP con EGDMA come cross-linker. 

A seconda delle proporzioni reciproche dei monomeri si 

ottengono formulazioni contenenti il 70% (LIDOFILCON 

A) ed il 79% (LIDOFILCON B). 


p-MMA/NVP: Lidofilcon A, B, C e modificati 

Acofilcon A e B 

Questi copolimeri e terpolimeri basati su MMA and N- 

Vinilpirrolidone (NVP) sono i più vecchi materiali con alto 

contenuto acquoso utilizzati per lenti a contatto. I materiali 

Lidofilcon si trovano in molte versioni, che sono fatte 

aggiungendo altri monomeri alla formulazione base MMA/NVP. 

Contengono NVP come componente idrofilico primario. I 

materiali con base Lidofilcon vanno dal 48% al 77% di contenuto 

acquoso (in fiala) e contengono dal 30% a più del 70% NVP in 

peso. Sono caratterizzate da instabilità nelle dimensioni dovute a 

perdita di acqua, che porta al risultato di un evidente 

restringimento della lente. Perdita idrica e restringimento della 

lente compromettono l’aderenza della lente, il movimento della 

lente, la permeabilità all’ossigeno ed il comfort. Poiché questi 

polimeri legano debolmente l’acqua, le lenti perdono il 10-18% in 

peso durante le prime ore di utilizzo. Tutte le lenti disponibili in 

commercio tagliate col tornio al di sopra del 60% (eccetto AQUA 

70, hioxifilcon C) sono materiali basati lidofilcon. 


Esempi LaC Morbide 










Ibridi 

Uniscono la qualità ottica delle lenti rigide (GP) 

al comfort delle lenti morbide. Complicazioni di 

affinità nella produzione e costi maggiori. 

solitamente impiegate per casi speciali. 


Produzione LAC 

Esistono essenzialmente 3 metodi per mezzo 

dei quali le lenti a contatto vengono 

prodotte: 

• Tornitura 

• Spin-Casting o Centrifugazione 

• Stampaggio 



Tornitura: il monomero e’ polimerizzato in barre cilindriche. I 

cilindri vengono tagliati in bottoni (5 mm di spessore) da 

lavorare direttamente con torni di precisione. Il tornio viene 

guidato da un computer per ridurre il bottone a lente. Le 

superfici delle lenti vengono poi lucidate. Questo metodo 

ha un’alta resa e una qualità moderata. Si usa per le RGP e 

alcune morbide allo stato secco poi vengono idratate. 

Velocità di rotazione fra 8000 e10000 giri/min. 





Il secondo metodo per produrre lenti a contatto e’ lo 

spin-casting. In questo metodo il monomero liquido e’ 

posto nello stampo (conio) e lo stampo viene fatto 

ruotare ad altissime velocità. Il monomero viene poi 

polimerizzato direttamente dentro lo stampo rotante per 

aumento di temperatura o tramite raggi UV. Questo 

metodo produce lenti di alta qualità ma con bassa 

resa. Lo spin-casting ha il vantaggio di poter cambiare 

la geometria della lente semplicemente cambiando la 

velocità di rotazione e/o la forma dello stampo. La 

superficie anteriore e’ definita dalla superficie dello 

stampo. 



Il terzo metodo per produrre lenti a contatto e’ la 

polimerizzazione in stampi o stampaggio. In questo metodo 

uno stampo viene riempito con il monomero. Lo stampo viene 

chiuso e il monomero polimerizzato tramite UV. I parametri 

della lente vengono variati cambiando la forma delle facce 

superiore e inferiore dello stampo. Le lenti vengono poi 

idratate e finite. Questo metodo produce lenti di alta qualità 

(gli stampi in plastica sono solitamente copie negative di 

stampi in metallo ad altissima qualità) e con alte rese. E’ il 

metodo più impiegato ed ha permesso l’introduzione delle 

lenti usa e getta. 


PC 

Fosforil Colina 


PC-IMC 

1) Sintesi polimero per coating 

2) Si ricoprono le pareti dello stampo con il polimero 

tramite deposizione con solvente volatile 

3) Si polimerizza il bulk della lente nel materiale voluto e 

se il polimero per il coating ha insaturazioni avviene il 

grafting. 


PC-IMC 


Esempio pHEMA 

A seconda del tipo di processo cambiano anche i tempi e le 

metodiche di polimerizzazione. Il processo può richiedere frazione 

di ore o molte ore. 

Sono diverse anche le impurezze superficiali che possono provenire 

dagli utensili di lavorazione, detergenti usati nella post-produzione, 

soluzioni saline di equilibratura, etc. Solitamente la lavorazione al 

tornio porta una maggior concentrazione di contaminanti. 


Pro/Contro 

Vantaggi lenti stampate o centrifugate: 

superfici ben levigate 

bordi sottili 

elevata riproducibilità 

bassi costi di produzione 

assenza di detriti di tornitura 

Svantaggi lenti stampate o centrifugate 

difficoltà di mantenere la forma nei poteri bassi 

occasionale presenza di residui di materiale non polimerizzato 


Interazione Proteine/Idrogeli 

Lisozima pI=11.4 

pH>pI carica negativa 

pH


negativa 

positiva 


Lys pI=11.4 

pH>pI carica 

pH


% MAA 



Esempio resistenza all’adesione dei protozoi. 


Fine LEZIONE 7 - 3 Ore 

14/12/2011 

http://www.csgi.unifi.it/~fratini/materiali.html

Dk = 16 - CSGI

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