Гидрогелевый материал, активируемый УФ-лучами, в сочетании с защитным слоем может лечь в основу создания линз, устойчивых к появлению царапин и способных самостоятельно восстанавливать свою структуру.
Ирина Петрова
Производство контактных линз в Китае. Источник фото: Getty Images
Поцарапанные контактные линзы нередко требуют замены, что обходится в значительную сумму, даже когда дефекты невелики. Ученые из Южной Кореи создали инновационный материал, который способен исправлять мельчайшие повреждения за один час под действием ультрафиолетовых лучей. Это открывает перспективы для выпуска более надежных мягких контактных линз.
Как сообщает журнал ACS Applied Polymer Materials, новый гидрогелевый состав восстанавливается при обычной комнатной температуре и в будущем может позволить пользователям продлить срок эксплуатации линз, а не выбрасывать их ежедневно. Технология также включает защитное покрытие, которое сопротивляется царапинам и размножению бактерий, что увеличивает долговечность будущих изделий.
Ультрафиолет активирует процесс устранения дефектов
Специалисты Чон Хён Чой и Бён Ки Чо разработали гидрогелевую основу — полимерную сетку, насыщенную водой, которая уже применяется в производстве мягких контактных линз. Они модифицировали строение вещества так, чтобы процесс восстановления запускался ультрафиолетовым светом, а не нагревом.
Один час воздействия ультрафиолета почти полностью убирает царапины на этом самовосстанавливающемся материале для глазных линз. Источник — ACS
Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 365 нанометров в течение часа инициирует химическую реакцию, называемую дисульфидным обменом. В ходе этого процесса серные связи временно разрываются и восстанавливаются с соседними атомами, что позволяет поврежденной полимерной сети постепенно возвращать свою целостность.
Ранее та же группа демонстрировала самовосстанавливающийся гидрогель, реагирующий на тепло, но для этого требовалось несколько часов нагрева.
Продолжительное тепловое воздействие высушивает линзы и делает их непригодными для ношения, поэтому восстановление при комнатной температуре оказывается гораздо более удобным решением.
Лабораторные тесты показали, что устранение царапин на образцах происходит с высокой эффективностью, в результате чего поверхность становится почти гладкой и лишенной видимых изъянов.
Дополнительное покрытие усиливает прочность
Исследователи также нанесли на гидрогель еще один полимер, который препятствует росту бактерий и защищает поверхность от истирания. Этот дополнительный слой подтвердил свою действенность во время испытаний на износостойкость.
Даже после многократного контакта с мелкозернистой наждачной бумагой материал с покрытием оставался прозрачным. Прозрачность снизилась лишь на 2 процента, что указывает на то, что обычные царапины практически не сказываются на качестве зрения.
Дополнительное преимущество — антибактериальное покрытие, которое не только защищает линзы от износа, но и снижает риск инфекций. Это особенно актуально для тех, кто носит мягкие линзы на постоянной основе.
Бактериальное загрязнение — одна из главных причин дискомфорта и осложнений, и если покрытие действительно замедляет размножение микроорганизмов, это может улучшить гигиену использования без дополнительных химических очистителей. В сочетании с самовосстановлением такой материал способен кардинально изменить стандарты ухода за линзами.
Гидрогель также удерживал влагу и демонстрировал механические характеристики, сопоставимые с теми, что свойственны коммерческим мягким контактным линзам. Эти параметры чрезвычайно важны, поскольку комфорт ношения напрямую связан с увлажненностью линзы в течение дня.
По мнению разработчиков, пользователи смогут устранять небольшие повреждения с помощью ультрафиолетовых ламп, которые уже есть во многих домах, например, устройств для очистки или полимеризации гель-лака. Процесс ремонта можно повторять, что позволит материалу восстанавливаться после неоднократных дефектов.
Впереди еще дополнительные испытания
Тем не менее, прежде чем технология появится на рынке, предстоит решить ряд инженерных задач. Одна из них — обеспечение равномерного увлажнения линзы на протяжении всего цикла восстановления.
Другая — адаптация состава для длительного контакта с глазной поверхностью, которая является чрезвычайно чувствительной средой.
Клинические испытания на людях пока не проводились, и окончательные выводы о безопасности можно будет сделать только после их завершения. Если материал успешно пройдёт все проверки, в ближайшие пять-семь лет мы можем увидеть коммерческие образцы самовосстанавливающихся линз в продаже.
Прежде чем самовосстанавливающиеся контактные линзы поступят в продажу, необходимо пройти еще несколько этапов тестирования. Материал должен выдержать дополнительные проверки на стабильность и получить одобрение регулирующих органов, чтобы подтвердить его способность выдерживать длительное использование и многократные циклы восстановления.
Если эти преграды удастся преодолеть, технология позволит сократить объем отходов и снизить расходы на замену линз для миллионов людей. Вместо того чтобы считать каждую царапину концом срока службы, в будущем можно будет выпускать линзы, которые восстанавливаются после повседневных повреждений и служат гораздо дольше.
В долгосрочной перспективе подобные технологии могут выйти за пределы офтальмологии. Принцип самовосстановления, активируемый УФ-светом, потенциально применим в производстве защитных покрытий для экранов, оптических приборов и даже в биомедицинских имплантатах.
А пока учёные продолжают совершенствовать химический состав, мы получаем ещё одно наглядное подтверждение того, что природа и современная химия способны вместе создавать материалы, которые сами заботятся о своей целостности.
Проект получил финансирование от Национального исследовательского фонда Кореи. Исследование под названием «Самовосстанавливающиеся гидрогели, индуцируемые ультрафиолетовым излучением при комнатной температуре, с противообрастающими и устойчивыми к царапинам поверхностями для мягких контактных линз» было опубликовано в журнале ACS Applied Polymer Materials.
Сегодня создается множество новых полимерных и композиционных материалов со специальными свойствами. Мы рассказывали, что специалисты Сеченовского университета нашли новый подход к синтезу фторсодержащих гибридных полимеров для медицины, архитектуру и характеристики которых можно целенаправленно регулировать.
А также сообщали, что высокопрочные суперконструкционные полимеры ПФА, созданные специалистами СИБУРа, скоро заменят металлы.
А недавно наш журнал информировал читателей, что специалисты применили классическую химическую идею для улучшения нового класса стекла, созданного из металлоорганических каркасов (MOF) — структур, состоящих из атомов металлов, связанных органическими молекулами. Такие стекла способны удерживать углекислый газ, водород, а также впитывать влагу.