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문제 정의
- 따라서 본 연구는 N,N-dimethylacrylamide (DMA)를 하이드로젤 렌즈 재료로 널리 사용되는 2-hydroxyethyl methacrylate, methyl methacrylate, N-vinyl-2-pyrrolidone, ethylene glycol dimethacrylate 등과 공중합하여 콘택트렌즈를 제조한 후 제조된 콘택트렌즈의 함수율(water content), 굴절률(refractive index), 광투과율(optical transmittance) 등 기본적인 콘택트렌즈의 물성을 측정하여 콘택트렌즈 재료로써의 활용도를 알아보았다. 또한 acrylamide(AAm)를 첨가한 조합과 산소투과율(oxygen transmissibility)을 비교하여 고산소투과성 콘택트렌즈 재질로서의 N,N-dimethylacrylamide의 유용성을 분석하였다.
제안 방법
- 함수율 측정은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic opticsContact lenses-Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials)을 기준으로 gravimetric method를 사용하여 측정하였다. 광투과율 측정은 TM-2(TOPCON, Japan)를 사용하였으며, 가시광선 및 UV-A, UV-B 영역에 대해 백분율로 표시하여 그 투과율을 나타내었다.
- 따라서 본 연구는 N,N-dimethylacrylamide (DMA)를 하이드로젤 렌즈 재료로 널리 사용되는 2-hydroxyethyl methacrylate, methyl methacrylate, N-vinyl-2-pyrrolidone, ethylene glycol dimethacrylate 등과 공중합하여 콘택트렌즈를 제조한 후 제조된 콘택트렌즈의 함수율(water content), 굴절률(refractive index), 광투과율(optical transmittance) 등 기본적인 콘택트렌즈의 물성을 측정하여 콘택트렌즈 재료로써의 활용도를 알아보았다. 또한 acrylamide(AAm)를 첨가한 조합과 산소투과율(oxygen transmissibility)을 비교하여 고산소투과성 콘택트렌즈 재질로서의 N,N-dimethylacrylamide의 유용성을 분석하였다.
- 본 연구는 콘택트렌즈 재질로 널리 사용되는 친수성 monomer와 DMA (N,N-dimethylacrylamide)를 공중합하여 콘택트렌즈를 제조하고 제조된 콘택트렌즈의 함수율, 굴절률, 광투과율, 산소전달율 등의 물성을 측정하였다. 그 결과, 함수율은 약 36 - 42%의 범위로 측정되었으며, DMA에 비율이 증가할수록 함수율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 재질의 고유한 특성인 산소전달율(Dk)은 산소투과율(Dk/t)과 중심두께를 측정한 후 계산하여 결정하였으며, 그 결과 AAm과 DMA가 포함되지 않은 Ref.는 일반적인 하이드로젤 콘택트렌즈의 산소전달율과 비슷한 11.
- 전체 시스템은 General Incubator에 위치하여 35℃ ± 0.5 ℃의 온도를 유지하였으며, 실험에 사용된 콘택트렌즈는 최소 검사 24시간 전에 표준 식염수 용액에 보관하고 검사 온도에서 최소한 2시간 동안 평형을 이루게 하였다.
대상 데이터
- HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate), MMA (methyl methacrylate), NVP (N-vinyl-2-pyrrolidone), DMA (N,Ndimethylacrylamide), AAm (acrylamide)는 모두 Aldrich 사에서 구입한 특급시약을 정제하지 않고 사용하였다. 가교제는 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA, Aldrich 사)를 사용하였으며, 중합개시제는 azobisiobutyronitrile(AIBN, Junsei 사)을 사용하였다.
- HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate), MMA (methyl methacrylate), NVP (N-vinyl-pyrrolidone)를 일정 비율로 배합하고 개시제인 AIBN (azobisisobutyronitrile) 0.1%와 가교제인 EGDMA (ethylene glycol dimethacrylate)를 0.5% 비율로 사용하여 고분자를 중합한 결과, 투명한 하이드로젤 렌즈가 제조되었다. AAm (acrylamide)를 비율별로 넣은 조합에서는 함량에 따라 투명도의 차이를 나타내었다.
- HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate), MMA (methyl methacrylate), NVP (N-vinyl-2-pyrrolidone), DMA (N,Ndimethylacrylamide), AAm (acrylamide)는 모두 Aldrich 사에서 구입한 특급시약을 정제하지 않고 사용하였다. 가교제는 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA, Aldrich 사)를 사용하였으며, 중합개시제는 azobisiobutyronitrile(AIBN, Junsei 사)을 사용하였다. 실험에 사용한 콘택트렌즈 제조 방법으로는 캐스트 몰드법(cast mould)을 사용하여 렌즈를 제조 하였으며, 일정한 배율로 배합된 monomer를 콘택트렌즈 몰드에 주입시키고 80 ℃에서 2시간 열중합 하였다.
- 측정에 사용된 기기는 Rehder singlechamber system-O2 permeometer 사용하였으며, 온도를 일정하게 유지하기 위한 발열상자(heated box)는 General Incubator (LIB-030M, Labtech, Korea)를 사용하였다. 또한 사용된 폴라로그래픽 셀(polarographic cell)의 곡률반경은 8.5 mm의 것을 사용하였다. 전체 시스템은 General Incubator에 위치하여 35℃ ± 0.
- 3 Polarographic method)을 기준으로 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 Rehder singlechamber system-O2 permeometer 사용하였으며, 온도를 일정하게 유지하기 위한 발열상자(heated box)는 General Incubator (LIB-030M, Labtech, Korea)를 사용하였다. 또한 사용된 폴라로그래픽 셀(polarographic cell)의 곡률반경은 8.
데이터처리
- Thickness)을 기준으로 Electronic thickness gauge Model ET-3을 사용하여 중심부의 두께를 측정하였다. 굴절률은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic optics - Contact lenses - Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials, 4.5. Refractive index)을 기준으로 하여 ABBE Refractormeter (ATAGO NAR 1T, Japan)를 사용하여 수화된 상태의 콘택트렌즈를 총 3회 측정한 평균값을 계산하여 사용하였다. 함수율 측정은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic opticsContact lenses-Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials)을 기준으로 gravimetric method를 사용하여 측정하였다.
이론/모형
- 산소투과율(Dk/t) 측정은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic optics - Contact lenses - Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials, 4.4.3 Polarographic method)을 기준으로 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 Rehder singlechamber system-O2 permeometer 사용하였으며, 온도를 일정하게 유지하기 위한 발열상자(heated box)는 General Incubator (LIB-030M, Labtech, Korea)를 사용하였다.
- 가교제는 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA, Aldrich 사)를 사용하였으며, 중합개시제는 azobisiobutyronitrile(AIBN, Junsei 사)을 사용하였다. 실험에 사용한 콘택트렌즈 제조 방법으로는 캐스트 몰드법(cast mould)을 사용하여 렌즈를 제조 하였으며, 일정한 배율로 배합된 monomer를 콘택트렌즈 몰드에 주입시키고 80 ℃에서 2시간 열중합 하였다.
- 5 ℃의 온도를 유지하였으며, 실험에 사용된 콘택트렌즈는 최소 검사 24시간 전에 표준 식염수 용액에 보관하고 검사 온도에서 최소한 2시간 동안 평형을 이루게 하였다. 콘택트렌즈 재질의 고유한 특성인 산소전달율(oxygen permeability; Dk) 측정을 위한 콘택트렌즈의 두께는 ISO 18369-3:2006 (Ophthalmic optics - Contact lenses - Part 3: Measurement methods, 4.4. Thickness)을 기준으로 Electronic thickness gauge Model ET-3을 사용하여 중심부의 두께를 측정하였다. 굴절률은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic optics - Contact lenses - Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials, 4.
- Refractive index)을 기준으로 하여 ABBE Refractormeter (ATAGO NAR 1T, Japan)를 사용하여 수화된 상태의 콘택트렌즈를 총 3회 측정한 평균값을 계산하여 사용하였다. 함수율 측정은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic opticsContact lenses-Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials)을 기준으로 gravimetric method를 사용하여 측정하였다. 광투과율 측정은 TM-2(TOPCON, Japan)를 사용하였으며, 가시광선 및 UV-A, UV-B 영역에 대해 백분율로 표시하여 그 투과율을 나타내었다.
성능/효과
- 와 비슷한 수치를 나타내었다. AA-3의 평균 함수율은 40.38%, AA-5의 평균 함수율은 41.26%, AA-10은 46.58%로 나타나 acrylamide의 비율이 증가할수록 함수율은 점차 증가하는 경향을 나타냈다. N,N-dimethylacrylamide을 비율별로 첨가한 DA 조합의 함수율은 DA-1의 평균 함수율이 38.
- 422로 각각 나타났다. AAm의 비율이 증가할수록 굴절률은 감소하는 것으로 나타났다. DMA를 비율별로 첨가한 조합에서는 DA-1 1.
- 116 × 10-11(cm2/sec) (mlO2/mL × mmHg)로 각각 나타났다. AAm의 비율이 증가할수록 산소전달율(Dk)은 증가하는 경향을 나타냈으며, 이는 함수율의 증가와 관련이 있는 것으로 판단된다. DMA를 비율별로 첨가한 조합에서는 DA-1 13.
- 05%로 나타나 N,Ndimethylacrylamide이 증가할수록 함수율이 증가하는 경향을 나타내었다. Acrylamide를 비율별로 첨가한 AA 조합과 N,N-dimethylacrylamide을 비율별로 첨가한 DA 조합의 함수율을 비교한 결과 AA 조합이 전체적으로 높은 함수율을 나타내어 acrylamide가 N,N-dimethylacrylamide 보다 물흡수율이 뛰어난 것으로 판단된다. 각 sample의 함수율 측정 결과를 Table 2에 나타내었으며, AA조합과 DA 조합의 함수율 변화에 관한 비교를 Fig.
- DMA의 비율이 증가할수록 산소전달율(Dk)은 현저히 증가하는 경향을 나타내었다. DA 조합의 산소전달율 증가는 함수율 증가의 영향을 일정부분 받은 것으로 보이나 함수율이 감소한 DA-3에서도 산소전달율이 증가하는 경향을 나타내어 함수율의 증가가 아닌 재질의 변화로 인한 산소전달율의 증가로 판단된다. 또한 AAm를 포함하는 AA 조합보다 DMA를 포함하는 DA 조합은 함수율이 상대적으로 낮음에도 불구하고 산소전달율은 큰 것으로 나타나 DMA가 산소전달율을 증가시키는 작용을 한 것으로 판단된다.
- 00%로 가시광선 투과율의 감소를 나타내었다. DMA를 넣은 DA 조합은 AAm 을 넣은 AA 조합보다 모든 조합에서 전체적으로 가시광선 투과율이 높게 측정되었다. 자외선 영역의 경우 UV-B 74 - 82%, UV-A 79 - 89%로 나타나 전체적으로 차단하지 못하는 것으로 나타났다.
- AAm의 비율이 증가할수록 굴절률은 감소하는 것으로 나타났다. DMA를 비율별로 첨가한 조합에서는 DA-1 1.433, DA-3 1.435, DA-51.431, DA-10 1.426으로 각각 나타났으며, 전체적으로 DMA의 비율이 증가할수록 굴절률이 감소하는 것으로 나타났다. 굴절률은 일반적으로 함수율과 반비례하게 변화하게 되는데, 모든 조합에서 동일한 경향을 나타내었다.
- 288 × 10-11(cm2/sec) (mlO2/mL × mmHg)로 각각 나타났다. DMA의 비율이 증가할수록 산소전달율(Dk)은 현저히 증가하는 경향을 나타내었다. DA 조합의 산소전달율 증가는 함수율 증가의 영향을 일정부분 받은 것으로 보이나 함수율이 감소한 DA-3에서도 산소전달율이 증가하는 경향을 나타내어 함수율의 증가가 아닌 재질의 변화로 인한 산소전달율의 증가로 판단된다.
- 426의 범위로 나타났으며, DMA의 비율이 증가할수록 굴절률이 감소하는 경향을 보였다. 가시광선 투과도는 모든 조합에서 90% 이상의 투과도를 나타내었으며, 자외선 차단성은 없는 것으로 나타났다. 산소전달율은 조합별로 13 - 21 × 10-11(cm2/sec) (mlO2/ mL × mmHg)의 범위를 나타내었다.
- 각 sample의 가시광선 영역의 투과율을 측정한 결과, AA-5와 AA-10을 제외한 모든 조합에서 90%이상의 높은 가시광선 투과율을 나타내었다. 가시광선 투과도의 경우 일반적인 콘택트렌즈의 가시광선 투과도를 만족하는 수치이며, 각 조합별로 차이를 나타내지는 않았다.
- 그 결과, 함수율은 약 36 - 42%의 범위로 측정되었으며, DMA에 비율이 증가할수록 함수율이 증가하는 것으로 나타났다. 굴절률은 1.433 - 1.426의 범위로 나타났으며, DMA의 비율이 증가할수록 굴절률이 감소하는 경향을 보였다. 가시광선 투과도는 모든 조합에서 90% 이상의 투과도를 나타내었으며, 자외선 차단성은 없는 것으로 나타났다.
- 본 연구는 콘택트렌즈 재질로 널리 사용되는 친수성 monomer와 DMA (N,N-dimethylacrylamide)를 공중합하여 콘택트렌즈를 제조하고 제조된 콘택트렌즈의 함수율, 굴절률, 광투과율, 산소전달율 등의 물성을 측정하였다. 그 결과, 함수율은 약 36 - 42%의 범위로 측정되었으며, DMA에 비율이 증가할수록 함수율이 증가하는 것으로 나타났다. 굴절률은 1.
- DA 조합의 산소전달율 증가는 함수율 증가의 영향을 일정부분 받은 것으로 보이나 함수율이 감소한 DA-3에서도 산소전달율이 증가하는 경향을 나타내어 함수율의 증가가 아닌 재질의 변화로 인한 산소전달율의 증가로 판단된다. 또한 AAm를 포함하는 AA 조합보다 DMA를 포함하는 DA 조합은 함수율이 상대적으로 낮음에도 불구하고 산소전달율은 큰 것으로 나타나 DMA가 산소전달율을 증가시키는 작용을 한 것으로 판단된다. 각 조합의 산소전달율을 Table 4에 나타내었으며, AA 조합과 DA 조합의 산소전달율 비교를 Fig.
- AAm (acrylamide)를 비율별로 넣은 조합에서는 함량에 따라 투명도의 차이를 나타내었다. 모든 조합의 콘택트렌즈는 표준 식염수 용액에서 24시간 수화시킨 결과 유연하고 부드러운 특성을 나타내었다.
- 78%로 나타나 Ref.와 비교하여 다소 낮은 수치를 나타내었으나 DA-5 39.63% DA-10은 42.05%로 나타나 N,Ndimethylacrylamide이 증가할수록 함수율이 증가하는 경향을 나타내었다. Acrylamide를 비율별로 첨가한 AA 조합과 N,N-dimethylacrylamide을 비율별로 첨가한 DA 조합의 함수율을 비교한 결과 AA 조합이 전체적으로 높은 함수율을 나타내어 acrylamide가 N,N-dimethylacrylamide 보다 물흡수율이 뛰어난 것으로 판단된다.
- DMA를 넣은 DA 조합은 AAm 을 넣은 AA 조합보다 모든 조합에서 전체적으로 가시광선 투과율이 높게 측정되었다. 자외선 영역의 경우 UV-B 74 - 82%, UV-A 79 - 89%로 나타나 전체적으로 차단하지 못하는 것으로 나타났다. 모든 조합의 광투과율을 Table 3에 나타내었으며, AA-10과 DA-10의 광투과율 그래프를 Fig.
후속연구
- 11,12 PDMA는 다른 모노머와 공중합이 가능하고 수화 시 매우 유연하기 때문에 콘택트렌즈의 재료로 활용될 수 있으며, 특히 생체적합성이 우수하고 수용성의 특성으로 인해 hydrogel 콘택트렌즈 재료로 그 활용이 클 것으로 기대된다.
- 와 비교하여 약 2배 정도 높은 수치를 나타낸 것으로 AAm을 같은 비율로 넣은 조합보다 더 높은 산소전달율을 나타내었다. DMA와 친수성 monomer와의 공중합을 통해 제조된 콘택트렌즈 재료는 콘택트렌즈의 기본적인 물성을 만족하면서도 함수율과 산소전달율이 뛰어나 생체친화성이 높은 하이드로젤 렌즈 재료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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