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문제 정의
- 본 연구에서는 PEG를 포함한 단량체를 실리콘 단량체 등과 공중합 하여 실리콘 수화젤 렌즈 소재에 PEG를 도입하고 도입된 PEG 가물 흡수도 물 접촉각, 광투과도 등에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 실리콘 수화젤 렌즈의 단백질 흡착 거동을 조사하기 위해 눈물 속에 있는 단백질인 알부민, lysozyme, y-globulin 등의 흡착량을 조사하였다.
제안 방법
- ESCA를 이용하여 실리콘 수화젤 렌즈소재의 표면을 분석하였다. ESCA를 이용한 원소분석결과, PEG-MEM 도입이 없는 대조군 시료에서는 탄소 72.
- 물리 및 화학적 특성분석. FT-IR 분광분석기 (Equinox 55 FT- IR, Bruker, Germany) 를 이용하여 중합한 실리콘 수화젤 공중합체의 화학적 구조를 분석하였다. 실리콘 수화젤 렌즈 표면의 화학적 구조를 분석하기 위하여 ESCA(Nova Axis, Kratos, UK) 분석을 행하였다.
- 이 결과로부터 PEG-MEM의 함랑이 증가할수록 렌즈 표면의 친수성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다 렌즈표면의 친수성은 눈물순환을 원활하게 하여 렌즈 착용감을 향상시키는 작용을 하므로 콘택트렌즈에서 매우 중요한 요소 중 하나이다. PEG 분자량 변화가 물 접촉각에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분자량 300, 475, 1100 g/moi인 PEG-MEM을 23.1 wt% 도입하여 상호 비교하였다. 그 결과 물 접촉각은 PEG 분자량에는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다(데이터 생략).
- PEG가 도입된 실리콘 수화젤 렌즈를 제조하기 위하여 TRIS, MMA, DMA 등과 함께 PEG-MEM을 도입히여 공중합하였다. 이 실리콘수화젤 렌즈는 PEG-MEM 양의 증가에 의하여 물 흡수도는 증가하고 물 접촉각은 감소하는 경향을 나타내었다 광투과도는 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으나 감소량은 크지 않았다 기계적 물성은 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
- 1 mL의 2 N NaOH를 가하고 밀폐한 다음, 100 ℃에서 20분간 가열하여 가수분해하였다. 그 후 가수 분해물을 상온에서 냉각시킨 다음, 1.0 mL의 Folin 시약을 가하고 30~60분간 방치한 뒤 660 nm에서 흡광도를 ELISA를 사용하여 측정하였다. 앞에서 구한 검량곡선의 식을 이용하여 측정된 흡광도로부터 흡착된 단백질의 양을 계산하였다.
- 단백질 흡착실험을 위하여 100 mg albumin을 0.01 M PBS 용액 (pH 7.4) 100 mL에 녹여 알부민 수용액을 제조하였다 Lysozyme 및 #-이obulin도 마찬가지로 각각 수용액을 제조하였다. 흡착실험은 수팽윤된 실리콘 수화젤 렌즈를 상기 단백질 수용액에 넣고 37 ℃의 shaking incubator (KMC -8480F, Vision scientific, Korea) 에서 24시간동안 적절한 속도로 교반하며 행하였다.
- 도입된 PEG의 분자량 변화가 실리콘 수화젤의 물성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분자랑이 300, 475, 1100 g/mol인 PEG-MEM 을 도입하여 실리콘 수화젤을 제조하였다 이때 도입된 PEG-MEM 의 양은 전체 단량체 대비 23.1 wt%이었다.
- 또한 실리콘 수화젤 렌즈의 단백질 흡착 거동을 조사하기 위해 눈물 속에 있는 단백질인 알부민, lysozyme, y-globulin 등의 흡착량을 조사하였다.
- 5% 로 증가하였다. 물 흡수도가 높으면 습윤성은 향상되나 기계적 강도가 좋지 않은 단점을 가지게 된다 또한, PEG 분자량에 변화에 따른 물 홉수도 변화를 조사하기 위하여 분자량이 300, 475, 11(X) g/mol 인 PEG-MEM을 231 wt% 도입하여 실리콘 수화젤을 제조하고 물 흡수도를 비교하였다. 그 결과 분자량이 높을수록 물 흡수도가 대체적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다(데이터 생략).
- 물리 및 화학적 특성분석. FT-IR 분광분석기 (Equinox 55 FT- IR, Bruker, Germany) 를 이용하여 중합한 실리콘 수화젤 공중합체의 화학적 구조를 분석하였다.
- 실리콘 수화젤 렌즈 표면의 화학적 구조를 분석하기 위하여 ESCA(Nova Axis, Kratos, UK) 분석을 행하였다. 실리콘 수화젤 렌즈 표면 및 단면의 형태학적 분석을 위하여 SEMUSM-840A, JEOL, Japan) 분석을 행하였다.
- FT-IR 분광분석기 (Equinox 55 FT- IR, Bruker, Germany) 를 이용하여 중합한 실리콘 수화젤 공중합체의 화학적 구조를 분석하였다. 실리콘 수화젤 렌즈 표면의 화학적 구조를 분석하기 위하여 ESCA(Nova Axis, Kratos, UK) 분석을 행하였다. 실리콘 수화젤 렌즈 표면 및 단면의 형태학적 분석을 위하여 SEMUSM-840A, JEOL, Japan) 분석을 행하였다.
- 이때 각 소재 당 시료수는 3개로 흐}였다 접촉각 측정은 물방울이 시료 내로 흡수되기 전에 측정하기 위하여 시료표면에 물방울을 떨어뜨린 후 3~5초 내에 측정하였다. 실리콘 수화젤 렌즈의 광투과도를 측정하기 위하여 수팽윤 전후의 시료를 일회용 UV ceU (KA1961, Kartell, Korea) 에 넣고 UN 분광 광도계 (UV-visible spectrometer, UV—2450, Shimadzu, Japan)를 사용하여 450 nm 에서 측정하였다. 이때 각 소재 당 시료수는 5개로 하였다.
- 실리콘 수화젤 렌즈의 물 흡수도를 측정하기 위하여 각 시료를 100 mL의 0.01 M PBS(pH 7.4) 용액에 넣고 120 ℃ 고압멸균기 (Autoclave, HS-9041, Hanshin medical, Korea) 에서 1시간 동안 팽윤하였다 이때 각 소재 당 시료수 (n)는 5개로 하였다 다음 시료를 상온에서 1일간 방치한 후, 시료표면의 물을 필터지로 제거한 후 시료무게를 측정하였다(팽윤무게 #). 팽윤된 시료는 110 ℃ 건조오븐에서 충분히 건조한 다음 시료무게를 측정하였다(건조무게, #물 흡수도는 다음과 같은 식에 의하여 계산하였다:
- 실리콘 수화젤 렌즈의 인장강도 및 인장탄^률을 조사하기 위해 만능시험기 (Material testing system, LLOYD Instrument Co.) 를 사용하여 측정하였다. 또한 대조군으로 시바비젼(o2 OPTIX, Ciba Vision), 및 바슈롬(Pure vision, Bausch & Lomb) 제 실리콘 수화젤 렌즈를 사용하였다.
- 수화젤 렌즈의 제조. 실리콘 수화젤의 제조를 위하여 2 g TRIS, 5 g MMA, 3 g DMA를 혼합하여 공중합하였다. 이때 가교제인 EGDMA 및 중합개시제인 VAm-110은 단량체 양에 대해 각각 1.
- 실리콘 수회젤 렌즈의 물리 및 화학적 특성분석. 실리콘 수화젤 렌즈소재의 FT-IR 스펙트럼을 Figure 1에 나타내었다 그림에서 보는 바와 같이 PEG-MEM이 도입된 시료에서는 C-0 bond로 인한 강한 흡수대가 11。0 cm-1 부근에 나타났고 도입된 PEG-MEM 양의 증가에 의해 피크강도가 증가되었다.
- 0 mL의 Folin 시약을 가하고 30~60분간 방치한 뒤 660 nm에서 흡광도를 ELISA를 사용하여 측정하였다. 앞에서 구한 검량곡선의 식을 이용하여 측정된 흡광도로부터 흡착된 단백질의 양을 계산하였다.
- 실리콘 수화젤의 제조를 위하여 2 g TRIS, 5 g MMA, 3 g DMA를 혼합하여 공중합하였다. 이때 가교제인 EGDMA 및 중합개시제인 VAm-110은 단량체 양에 대해 각각 1.0 및 0.2 wt%를 사용하였다 PEG 도입에 따른 실리콘 수화젤의 물성변화를 조사하기 위하여 분자량이 300 g/mol인 PEG-MEM을 전체 단량체 대비 0, 9.1, 23.1, 33.3, 41.2, 47.4 wt%로 변화를 주어 단량체 혼합액에 혼합한 다음 공중합하였다. 렌즈중합은 단량체 혼합액을 콘택트렌즈 주조용 몰드((주) 베스콘) 에 넣어 행하였다 이때 사용된 몰드는 콘택트렌즈 모양의 오목 및 볼록 몰드로 구성되어 있다.
- 흡착 실험. 표준 단백질 용액으로 albumin, lysozyme, y-globulinir 0-1.0 mg/mL의 범위 내 여러 농도로 0.01 M PBS (pH 7.4) 에 녹여 제조하였다. 단백질흡착 검량곡선을 구하기 위하여 표준 단백질 용액 1.
- 4) 100 mL에 녹여 알부민 수용액을 제조하였다 Lysozyme 및 #-이obulin도 마찬가지로 각각 수용액을 제조하였다. 흡착실험은 수팽윤된 실리콘 수화젤 렌즈를 상기 단백질 수용액에 넣고 37 ℃의 shaking incubator (KMC -8480F, Vision scientific, Korea) 에서 24시간동안 적절한 속도로 교반하며 행하였다. 이때 실리콘 수화젤 렌즈 시료는 직경 14 mm의 천공기 (punch) 를 이용하여 천공한 후 시료의 표면적을 될 수 있는 한 일정하게 하였다 또한 인공눈물에서의 단백질 흡착을 조사흐]기 위하여 인공눈물을 albumin 0.
대상 데이터
- 이들 단량체는 모두 Aldrich Chemical 제를 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 가교제로는 ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA, Aldrich chemicalX 사용하였고 중합개시제는 2, 2, -azobis(n-butyl-2- methyl propionamide) (VAm-110, Wako pure chemical)를 사용하였다.
- ) 를 사용하여 측정하였다. 또한 대조군으로 시바비젼(o2 OPTIX, Ciba Vision), 및 바슈롬(Pure vision, Bausch & Lomb) 제 실리콘 수화젤 렌즈를 사용하였다. 이때 시료는 수팽윤 시킨 후 폭이 약 3.
- 시약 및 재료 실리콘 수화젤 중합을 위한 단량체로 TRIS, MMA, DMA 등과 PEG를 포함하는 단량체 인 PEG—MEM (molecular weight (MW) =300, 475, 1100 g/mol)) 을 사용흐]였다. 이들 단량체는 모두 Aldrich Chemical 제를 정제하지 않고 그대로 사용하였다.
- 실리콘 수화젤 렌즈의 제조. 실리콘 수화젤의 제조를 위하여 2 g TRIS, 5 g MMA, 3 g DMA를 혼합하여 공중합하였다.
- 또한 대조군으로 시바비젼(o2 OPTIX, Ciba Vision), 및 바슈롬(Pure vision, Bausch & Lomb) 제 실리콘 수화젤 렌즈를 사용하였다. 이때 시료는 수팽윤 시킨 후 폭이 약 3.5 mm, 두께가 약 0.5 mm인 것을 사용하였고 각 소재 당 시료수는 5개로 하였다.
- 한편, 단백질 흡착 실험을 위하여 알부민, lysozyme, #-obulin과인산완충용액 (PBS, pH 7.4) 을 사용하였다 그 외 흡착된 단백질 정량을 위하여 탄산나트륨, sodium potassium tartrate (Rochelle salt), cupric sulfate pentahydrate, Folin & Ciocalteu's phenol reagent 등을 사용하였다 이들 시약은 모두 Sigma Chemical 제를 사용하였다
이론/모형
- 0 mL을 취하여 단백질 가수분해 용액에 가하고 혼합한 뒤 10 분간 방치시켰다. 다음 0.1 mL의 Folin 시약을 가하고 30~60분간 방치한 뒤 ELISA (Benchmark plus microplate spectrophotometer, BMS, Korea)를 사용하여 660 nm에서 흡광도를 측정하고 최소제곱법에 의하여 검량곡선을 구하였다.
- 단백질 정량 실험은 Lowry 법을 이용하였다 단백질 흡착실험을 행한 실리콘 수화젤 시료를 0.01 M PBS(pH 7.4) 용액-으로 씻은 후 5 mL vial에 넣고 1.0 mL의 0.01 M PBS(pH 7.4) 와 0.1 mL의 2 N NaOH를 가하고 밀폐한 다음, 100 ℃에서 20분간 가열하여 가수분해하였다. 그 후 가수 분해물을 상온에서 냉각시킨 다음, 1.
- 수팽윤 전후의 실리콘 수화젤 시료의 표면 친수도를 측정하기 위하여 물 접촉각을 접촉각 측정기 (Contact ane system OCA, Data— physics, Germany) 를 사용하여 Sessile drop (water—in—air) 법으로 측정하였다. 이때 각 소재 당 시료수는 3개로 흐}였다 접촉각 측정은 물방울이 시료 내로 흡수되기 전에 측정하기 위하여 시료표면에 물방울을 떨어뜨린 후 3~5초 내에 측정하였다.
성능/효과
- 분석하였다. ESCA를 이용한 원소분석결과, PEG-MEM 도입이 없는 대조군 시료에서는 탄소 72.92 at%, 산소 19.79 at%, 질소 3.35 at%, 실리콘 3.94 at%인데 반해 47.4 wt% PEG-MEM이 도입된 시료에서는 탄소 73.30 at%, 산소 22.60 at%, 질소 1.65 at%, 실리콘 2.44 at%가 나타났다. PEG-MEM의 도입에 따라 산소의 양이 증가하는 현상으로 보아 실리콘 수화젤 렌즈표면에 PEG가 존재하는 것을 확인할 수 있었다 ESCA의 Cis 분석결과를 Fieire 2 및 Table 1에 나타내었다.
- 44 MPa을 나타내었다. PEG-MEM의 도입에 따라 인장강도는 점진적으로 감소하여 PEG-MEM 함량^ 9.1 wt%일 때 3.27±0.72 MPa에서 47.4 wt%일 때 0.03+0.02 MPa로 감소하였다. 한편, 대조군인 시바비젼 및 바슈롬제의 인장강도는 각각 3.
- 1 wt% 도입하여 상호 비교하였다. 그 결과 물 접촉각은 PEG 분자량에는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다(데이터 생략).
- 물 흡수도가 높으면 습윤성은 향상되나 기계적 강도가 좋지 않은 단점을 가지게 된다 또한, PEG 분자량에 변화에 따른 물 홉수도 변화를 조사하기 위하여 분자량이 300, 475, 11(X) g/mol 인 PEG-MEM을 231 wt% 도입하여 실리콘 수화젤을 제조하고 물 흡수도를 비교하였다. 그 결과 분자량이 높을수록 물 흡수도가 대체적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다(데이터 생략). 이는 친수성 관능기인 PEG의 분자길이 증가에 기인하는 것으로 생각되어진다
- 제조하여 단백질 흡착량을 조사하였다. 그림에서 보는 바와 같이 홉광도가 도입된 PEG-MEM 양 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다 따라서, 인공눈물에서도 도입된 PEG 양이 증가할수록 단백질의 흡착량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- 이 실리콘수화젤 렌즈는 PEG-MEM 양의 증가에 의하여 물 흡수도는 증가하고 물 접촉각은 감소하는 경향을 나타내었다 광투과도는 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으나 감소량은 크지 않았다 기계적 물성은 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 눈물 속 단백질인 albumin, lysozyme, , y-globulin 등을 이용하여 단백질 흡착실험을 한 결과, PEGeMEM 양이 증가할수록 단백질 흡착은 감소하는 것을 확인할 수 있었다 또한 인공눈물에서도 렌즈표면에의 단백질 흡착이 감소하는 것을 확인하였다.
- 반면 PEG-MEM 도입이 없는 대조군 시료에서는 C-0 피크가 크게 나타나지 않았다. 따라서, PEG 포함 단량체의 공중합에 따라 PEG의 도입을 확인할 수 있었다.
- 이 C~~0 결합피크의 증가는 도입된 PEG에 기인하는 것으로 생각된다. 따라서, PEG-MEM의 도입에 따라 렌즈표면에 PEG의 존재 및 증가를 확인할 수 있었다.
- 그림에서 보는 바와 같이 PEG 분자량 즉 PEG의 단복단위가 길수록 단백질 흡착량이 감소하는 경향을 나타내었다 그러나 반복 단위가 약 8 및 22는 단백질 흡착량이 유사한 것으로 나타났다. 따라서, 일정크기 이상의 PEG 길이는 단백질 흡착량에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 이와 같은 결과로 볼 때, 제조된 실리콘 수화젤 소재는 물흡수도의 증가에 따라 기계적 물성이 저하되는 것으로 나타났다. 또한, 측정된 결과를 대조군과 비교한 결과, PEGMEM 함량이 약 10~20 wt%가 기계적 물성 측면에서 적정한 것으로 사료된다.
- 이는 도입된 PEG-MEM 양의 증가에 따라 렌즈의 물 흡수도가 증가되고 이에 따라 렌즈두께가 증가하여 빛의 투과를 억제하기 때문으로 생각되어진다. 실리콘 수화젤에 분자량 300, 475, 1100 g/mol인 PEG—MEM을 23.1 wt% 도입하여 PEG 분자량 변화가 광투과도에 미치는 영향을 조사하였다 그 결과분자랑이 증가할수록 광투과도가 감소하는 경향을 보였다(데이터 생략). 이 또한 렌즈두께의 증가에 기인하는 것으로 생각되어진다.
- 한편, PEG-MEM 도입에 따라 물 접촉각이 감소하는 경향을 나타내었다. 이 결과로부터 PEG-MEM의 함랑이 증가할수록 렌즈 표면의 친수성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다 렌즈표면의 친수성은 눈물순환을 원활하게 하여 렌즈 착용감을 향상시키는 작용을 하므로 콘택트렌즈에서 매우 중요한 요소 중 하나이다. PEG 분자량 변화가 물 접촉각에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분자량 300, 475, 1100 g/moi인 PEG-MEM을 23.
- 등과 함께 PEG-MEM을 도입히여 공중합하였다. 이 실리콘수화젤 렌즈는 PEG-MEM 양의 증가에 의하여 물 흡수도는 증가하고 물 접촉각은 감소하는 경향을 나타내었다 광투과도는 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으나 감소량은 크지 않았다 기계적 물성은 PEG-MEM 양의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 눈물 속 단백질인 albumin, lysozyme, , y-globulin 등을 이용하여 단백질 흡착실험을 한 결과, PEGeMEM 양이 증가할수록 단백질 흡착은 감소하는 것을 확인할 수 있었다 또한 인공눈물에서도 렌즈표면에의 단백질 흡착이 감소하는 것을 확인하였다.
- 그림에서 보는 바와 같이 y-globulin 가장 많이 흡착되었고 lysozyme, albumin 의 순으로 흡착량이 감소하였다. 이를 통해 단백질의 소수성이 높을수록 실리콘 수화젤 표면에 보다 잘 흡착하는 것으로 알 수 있었다. 한편, PEG-MEM(MW = 300 g/mol) 함유량 증가에 따라 단백질흡착량이 감소하는 경향을 보였다.
- 6 MPa로 측정되었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 제조된 실리콘 수화젤 소재는 물흡수도의 증가에 따라 기계적 물성이 저하되는 것으로 나타났다. 또한, 측정된 결과를 대조군과 비교한 결과, PEGMEM 함량이 약 10~20 wt%가 기계적 물성 측면에서 적정한 것으로 사료된다.
- 제조된 실리콘 수화젤 렌즈의 실제 광투과도는 약 94.6-99.2% 로 PEG-MEM (MW=300 g/mol) 의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 니타내었다(Figure 5). 이는 도입된 PEG-MEM 양의 증가에 따라 렌즈의 물 흡수도가 증가되고 이에 따라 렌즈두께가 증가하여 빛의 투과를 억제하기 때문으로 생각되어진다.
- 2 MPa로 감소하였다. 한편, 대조군인 시바비젼 및 바슈롬제의 인장탄성률은 각각 15.3 ±4.9 및 12.9±1.6 MPa로 측정되었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 제조된 실리콘 수화젤 소재는 물흡수도의 증가에 따라 기계적 물성이 저하되는 것으로 나타났다.
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