Nauja disulfidų chemija: savaime taisantys minkšti lęšiai

Pakeliate kontaktinių lęšių dėžutę ir žvelgiate į blankią liniją ant lęšio. Mažas įbrėžimas. Pakankamas, kad erzintų, galbūt pakankamas, kad naktį išsklaidytų šviesą. Išmesti? Daugelis taip padarytų. Švaistymas. Erzinantis. Nebūtina, galbūt netrukus.

Nauja chemija senai problemai

Chemikai Jung-Hyun Choi ir Byoung-Ki Cho iš Dankook universiteto Pietų Korėjoje pasirinko kitokį požiūrį į gerai pažįstamą minkštų kontaktinių lęšių įbrėžimų problemą. Vietoje to, kad kurtų lęšį, kuris niekada nesibraižo, jie sukūrė tokį, kuris gali pats save atstatyti. Paslaptis: disulfidų pagrindu sukonstruotas kryžminis sujungiklis, įterptas į hidrogelio matricą. Paveikus lęšį maždaug valandą įprastos ultravioletinės šviesos, nutrūkusios polimerų grandinių jungtys gali vėl susiformuoti, uždarant paviršinius subraižymus ir atstatant didžiąją dalį medžiagos pradinio stabilumo.

Tyrėjai savo išvadas paskelbė žurnale ACS Applied Polymer Materials. Jie suderino sieros–sieros susietą kryžminį sujungiklį su metakrilato polimerine šerdimi, sukurdami tinklą, kuris yra tiek lankstus, tiek gebantis vėl susijungti, kai jis yra pažeidžiamas. Antras polimerinis komponentas padidina atsparumą įbrėžimams ir sumažina vietas, kur baltymai ar mikroorganizmai galėtų prisitvirtinti.

Tyrėjai panaudojo konkrečią molekulių mišinį savo savaime taisantiems kontaktiniams lęšiams. 

Kai komanda palygino disulfidais kryžmiškai sujungtą hidrogelį, trumpai vadinamą DS-hidrogelis, su kontroliniu hidrogelio pavyzdžiu, pagamintu iš standartinio sujungiklio, skirtumas buvo akivaizdus. Įprastiniai paviršiaus įbrėžimai, kurie išliko kontroliniame mėginyje, daugiausia išnyko DS-hidrogelio paviršiuje po UV apdorojimo. Kiekybiškai lęšiai atstatė apie 90 procentų savo struktūrinio stabilumo testuotomis sąlygomis.

Kodėl įbrėžimai yra svarbesni nei gali pasirodyti

Lengva atmesti mikroskopinį įbrėžimą kaip kosmetinį defektą. Tačiau net ir seklūs paviršiaus netolygumai keičia, kaip šviesa praeina per lęšį. Jie gali sukelti akinimą, sumažinti kontrastą ir pabloginti komfortą. Dar labiau neramina tai, kad šiurkštūs plotai suteikia baltymams ir mikroorganizmams prisitvirtinti, skatina bioapnašų susidarymą ir padidina infekcijos riziką.

Ankstesni savęs taisančių polimerų sprendimai dažnai reikalaudavo aukštesnės temperatūros arba neįprastų stimulus, kad būtų inicijuotas taisymas. Tai ribojo realų naudojimą bet kuriuo atveju, kai medžiaga turi liestis su jautria akių zona. Šio darbo reikšmingas pasiekimas yra tas, kad įprasta UV šviesa, tokia pati, kokia naudojama kai kuriuose vartotojiškuose lęšių valikliuose, pakanka suaktyvinti disulfidų chemiją beveik kambario temperatūroje.

Įbrėžimas (kairėje) ir pataisytas įbrėžimas (dešinėje) ant naujos kontaktinių lęšių medžiagos. 

Kaip veikia taisymas, trumpai

• Disulfidų jungtys kryžminyje gali lūžti dėl mechaninio streso, sukurdamos laisvus grandinės galus ten, kur tinklas yra pažeistas.
• Veikiant UV šviesai, skatinamas jungčių mainas ir atsinaujinimas, efektyviai persiuvant nutrūkusias grandines per pažeistą sąsają.
• Papildomas polimerinis komponentas pagerina paviršiaus tvirtumą ir mažina baltymų prilipimą, sumažindamas įbrėžimų dažnumą ir sunkumą.

Praktinės perspektyvos ir iššūkiai

Išsivaizduokite tai: kombinuota valymo ir taisymo dėžutė. Įdedate lęšius, prietaisas atlieka ciklą, ir po valandos lęšiai išeina beveik kaip nauji. Toks sprendimas galėtų sumažinti vartotojų išlaidas ir sumažinti plastikinių atliekų kiekį, susidarantį išmesto lęšio. Tai taip pat galėtų pagerinti saugumą, jei lęšiai išliktų glotesni ir mažiau linkę į biofilmo formavimąsi.

Tačiau kliūtys išlieka. Bet koks įrenginys ar procedūra, keičianti lęšio chemiją, privalo praeiti griežtus akių saugumo tyrimus. Akis neleidžia klaidų. Dirginimas, alerginės reakcijos ar netikėti pokyčiai deguonies pralaidume būtų nepriimtini. Tyrėjai pripažįsta, kad šie žingsniai būtini, kol technologija pasieks parduotuves.

Taip pat yra platesnių pasekmių. Čia pademonstruota sieros pagrindu veikiančio požiūrio idėja nėra ribota vien oftalmologinėms priemonėms. Ji nurodo kelią atspariems, savaime taisantiems plastikams ir dangoms medicininėms priemonėms, dėvimai optikai ir kitoms sritims, kur paviršiaus vientisumas yra svarbus.

Eksperto įžvalga

"Naudoti disulfidų mainus taisymui esant kambario sąlygoms yra elegantiškas sprendimas," sako dr. Maria Alvarez, medžiagų mokslininkė, tyrinėjanti biomedicinos polimerus. "Tai remiasi chemija, kuri jau gerai žinoma polimerų moksle, bet taikoma tikram kasdieniam produktui. Svarbiausi tolimesni žingsniai bus ilgalaikiai biokompatibilumo tyrimai ir įvertinimas, kaip pasikartojantys taisymo ciklai veikia funkciją per mėnesius naudojimo."

Išvados

Disulfidų kryžminiais sujungikliais ir paprasta UV ekspozicija varomos savaime taisančios kontaktinės lęšiai perkelia pažįstamą produktą link didesnio ilgaamžiškumo. Chemija greitai atstato paviršiaus vientisumą ir išlaiko vandens sulaikymą panašų į dabartinius minkštus lęšius. Jei saugumo ir reguliavimo kliūtys bus įveiktos, šis požiūris žada mažiau išmestų lęšių, ilgesnį tarnavimo laiką ir mažesnę dirginimo ar infekcijos riziką dėl įbrėžimų. Šiuo metu tyrimas pateikia praktišką planą: protingesnės medžiagos, galinčios pakeisti akių priežiūros praktiką.

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale ACS Applied Polymer Materials.