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ISSN : 1229-6457(Print)
ISSN : 2466-040X(Online)

The Korean Journal of Vision Science Vol.21 No.4 pp.621-629
DOI : https://doi.org/10.17337/JMBI.2019.21.4.621

Development of Hydrogel Contact lenses Surface-Functionalized with PEG Chains for Protein Adsorption Studies

Ilgi Min¹⁾

, Gye Myung Lee¹⁾

, Ho-Joong Kim^1),2)

, Geun-Chang Ryu³⁾*

¹⁾Dept. of Carbon Materials, Chosun University, Student, Gwangju
²⁾Dept. of Chemistry, Chosun University, Professor, Gwangju
³⁾Dept. of Optometry and Optic Science, Dongshin University, Professor, Naju

Address reprint requests to Geun-chang Ryu Dept. of Optometry & Vision science, Dongshin University, Naju TEL: +82-61-330-3553, E-mail: gcryu@dsu.ac.kr

Received November 29, 2019 Review December 26, 2019 Accepted December 26, 2019

Abstract

Purpose :

Polyethylene glycols (PEGs) with different molecular weights (MWs) were covalently immobilized onto surface of hydrogel contact lenses. The effect of PEG immobilization on the surface wettability, protein adsorption, and optical transmittance of the resultant hydrogels were investigated, with a particular focus on the MWs of PEGs compared to unmodified control.

Methods :

PEGs were carboxylated through Jones oxidation, and conjugated onto hydrogel contact lenses. Quantitation of protein deposition onto hydrogel lenses was performed using reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC) with a calibration curve for protein.

Results :

The PEG-modified hydrogel lenses exhibited high transparency and improved surface hydrophilicity compared to the untreated hydrogels. According to the results of the protein absorption investigation, lenses based on a longer PEG chain showed lower protein absorption due to higher hydrophilicity.

Conclusion :

This report describes the synthesis and characterization of a series of hydrogel contact lenses coated with PEG chains. The PEG-modified lenses showed over 90% transmittance and improved surface hydrophilicity. In particular, the amount of protein adsorbed on the longer PEG-coated lenses decreased significantly relative to those of unmodified and shorter PEG-coated hydrogels. The preparation of hydrogels with a PEG-surface may be a new method for the development of ophthalmic biomaterials as well as protein-resistant devices.

Key Words : Contact Angle , Contact Lens , Hydrogel , PEG , Protein

PEG 사슬이 표면 처리된 하이드로겔 콘택트렌즈의 개발 및 단백질 흡착성 연구

민 일기¹⁾, 이 계명¹⁾, 김 호중^1),2), 유 근창³⁾*

¹⁾조선대학교 탄소소재학과, 학생, 광주
²⁾조선대학교 화학과, 교수, 광주
³⁾동신대학교 안경광학과, 교수, 나주

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Cited-By

Funding:

Ⅰ. 서 론

최근 시력교정용 하이드로겔 콘택트렌즈의 착용 인구 가 급격히 늘어나고 있으며, 미용을 목적으로 사용되는 칼라 콘택트렌즈도 큰 인기를 끌며 렌즈시장은 국내외로 급속히 커지고 있다. 하이드로겔 콘택트렌즈의 사용증가 와 더불어 관련 안질환 발병 및 각종 부작용도 비례하여 늘어나며 렌즈 사용자의 눈건강이 위협을 받고 있다.^1-3) 일반적인 하이드로겔 콘택트렌즈는 몇 가지의 단량체들이 적은 양의 cross-linking agents와 중합되어 3차원적 고분자 네트워크를 형성하면서 제조된다. 가장 널리 사용 중인 단량체는 Wichterle 박사 연구팀에 의해 개발된 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)로써, crosslinker인 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA)와 중합되어 렌즈로 사용되고 있다.^4,5) 중합된 poly(HEMA) 는 저렴하고, 유연할 뿐만 아니라, 3차원적인 형태 구조 제조에 적합하여 렌즈의 재료로써 우수하여 가장 많이 사용되고 있다. 하이드로겔 콘택트렌즈의 문제점은 각막 표면에 직접 접촉하여 착용하므로 눈물에 포함된 단백 질, 지방, 점액, 칼슘 등의 침전물이 렌즈 표면에 부착된 다는 것이다. 하이드로겔 콘택트렌즈의 표면이 음전하를 띠는 경우가 많기 때문에 침전물 중 단백질이 많이 부착 되고 있다. 특히 누액에 존재하는 라이소자임은 분자량 이 작고 표면에 양전하를 띠고 있어 렌즈의 표면과 강하 게 결합하며, 렌즈 구멍으로 쉽게 들어가 렌즈의 내부에 도 단백질 침전물이 형성된다.^3,6,7) 단백질 침전물은 심 한 경우 결막유두, 결막 충혈 및 윤부 충혈 등의 부작용 을 유발시킬 수 있으며, 형성된 단백질 침전물은 콘택트 렌즈의 수분을 제거하여 습윤성을 저하시키고 착용감 저 하, 시력저하, 염증 질환, 세균 감염, 렌즈의 변색 등의 부작용을 발생시킬 수 있다. 단백질 침전물의 제거를 위 해 계면활성세척액, 효소세척액, 다목적 용액 및 초음파 등에 의한 세척방법이 사용되고 있으나 부착된 침전물을 완전히 제거하는 데는 한계가 있다.

최근에는 HEMA-기반의 하이드로겔 콘택트렌즈에 근 본적인 단백질 흡착 방지 기술을 적용하는 연구가 많이 수행되고 있다. Polyethylene glycol(PEG),^8-10) 탄수화 물,^11-13) 2-methacryloyloxylethyl phosphorylcholine (MPC),^14-17) carboxybetaine methacrylate(CBMA)¹⁸⁾ 등의 친수성의 생체적합성 고분자들이 콘택트렌즈에 적용 되어 단백질 비흡착 물질로 사용되어왔다. 이들 고분자들은 정전기적 흡착,19 표면 개시 원자 이동 라디칼 중합(surfaceinitiated atom transfer radical polymerization, SIATRP), ^14,16) 공중합체 형성,²⁰⁾ 상호 침투 고분자 가교구 조(interpenetrating polymer network, IPN)^1,12,19) 등 의 다양한 방법으로 콘택트렌즈 표면에 적용되어 단백질 비흡착성을 증가시키는 연구로 진행되어왔다.

단백질의 구조는 hydrophobic domain과 hydrophilic domain이 표면에 위치하고 있으며, 이중 비이온성 보다 는 이온성 hydrophilic domain이 흡착에 큰 역할을 하 는 것으로 알려져 있다. 단백질 표면의 hydrophobic domain과 렌즈 표면의 hydrophobic domain과의 인력 혹은, 비이온성 hydrophilic domain 간에 인력에 의해 단백질 흡착이 일어날 수 있지만, 렌즈와 단백질 표면간 의 이온성 결합이 정전기적인 인력으로 인해 가장 강하 며, 단백질의 흡착력을 크게 증가시키는 요인으로 알려져 있다. 또한 단백질 흡착은 일반적으로 수용액에서 일어나 므로, 비이온성 hydrophilic 인력은 물분자 매개체의 방 해로 인하여 상대적으로 hydrophobic인력 보다 약하게 작용하게 된다. 따라서 정전기적 인력과 hydrophobic 인 력이 단백질-렌즈 표면간의 흡착력을 증가시키는 주된 원인이다.

최근 정전기적 반발력을 이용하여 단백질 비흡착 기 능성 콘택트렌즈가 제조-판매되고 있다. 생체 세포막과 같은 인지질(phospholipid) 이중구조를 가지는 MPC는 양이온과 음이온을 동시에 갖는 양쪽이온성 생체분자- 모방 단량체이다.^14-17) MPC는 단백질 표면의 양이온 또 는 음이온 모두에 정전기적 반발력을 나타내며, 친수성 이 매우 우수하기 때문에 단백질의 흡착을 방지할 수 있 다. MPC가5~15%로 HEMA와 공중합되어 판매되는 콘 택트렌즈의 경우, 표면습윤성과 단백질 비흡착성이 개선 되었다. 정적기적 반발력의 도입과 다른 단백질 비흡착 전략으로, 비이온성의 친수성 고분자들이 렌즈에 도입되 고 있다. PEG는 비이온성이며 친수성의 ethylene ether 를 반복적으로 가지고 있어, 단백질 표면과의 정적기적 인력이나 hydrophobic 인력을 배제하여, 우수한 단백질 흡착 방지 능력을 보인다.^8-10) 실제 PEG가 표면에 적용 된 하이드로겔 렌즈가 판매되고 있으며, PEG가 화학적 혹은 정전기적으로 렌즈 표면에 결합되어, 렌즈의 습윤 성과 윤활성을 증가시킬 뿐 아니라 바이오필름 생성과 단백질 흡착을 방지하여 렌즈의 착용감을 증가시킨다.

본 논문에서는 비이온성의 친수성 PEG를 하이드로겔 콘택트렌즈 표면에 화학적으로 고정하여, 관련된 렌즈의 물성과 단백질 비흡착성을 분석하였다(Fig. 1). 2가지의 길 이 별 PEG에 carboxyl 작용기를 도입한 뒤에, HEMA- 기반의 하이드로겔 렌즈 표면에 PEG를 에스터 결합으로 연결하였다. 다양한 길이의 PEG가 도입된 렌즈들의 표 면 접촉각, 함수율, 광투과율 등의 기본 물성을 측정하였 고, PEG의 적용이 렌즈의 라소자임 및 알부민 등의 누 액 단백질의 비흡착성을 개선시킴을 확인할 수 있었다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 시약

2-Hydroxyethyl methacrylate(HEMA), ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA), triethylene glycol monomethyl ether, polyethylene glycol monomethyl ether(MW 2000), 4-(dimethylamino) pyridine(DMAP), N,N'-dicyclohexylcarbodiimide(DCC), lysozyme(chicken egg lysozyme, 라이소자임), dimethyl formamide(DMF), albumin(bovine serum albumin, 알부민), 2,2'-Azobis (isobutyronitrile)(AIBN), methylene chloride, CDCl₃, CrO₃, trifluoroacetic acid, acetonitrile는 Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. Sulfuric acid, H₂SO₄, MgSO₄, phosphate buffered saline은 대정화 금(경기도 시흥, 한국)에서 구입하였다.

2. PEG의carboxylation

Carboxylated PEG는 Fishman method에 의거해 합 성하였다.²³⁾ 대표적으로 triethylene glycol monomethyl ether(분자량 164) 5 g(30.45 mmol)을 100 mL의 round bottom flask 에서 넣고, H₂SO₄ 3M solution (8 mL 의 sulfuric acid)를 첨가하였다. 상온에서 교반시킨 후, CrO₃(3.65 g, 36.54 mmol)을 천천히 dropwise 시켰다. 추가 적인 12시간의 상온교반 후, 녹청색의 결과물을 methylene chloride(3x100 mL)로 추출하고, 증류수(2x50 mL)와 포 화된 brine 용액(50 mL)으로 씻어내었다. MgSO₄을 이용 하여 유기용액층에서 수분을 제거하였고, 유기용매를 감압 증발시켜 무색액체인 carboxylated PEG 164를 얻었다(3 g, 수율 60%). ¹H NMR(300MHz, CDCl3, δ, ppm): δ 4.18(s, 2H), 3.75-3.58(m, 8H), 3.39(s, 3H).

Carboxylated PEG 2000은 polyethylene glycol monomethyl ether(분자량 2000)을 이용하여carboxylated PEG 164과 같은 방법으로 합성되었다(4.7 g, 수율 94%). ¹H NMR (300MHz, CDCl3, δ, ppm): δ 4.16(s, 2H), 3.72-3.58(m, 172H), 3.38(s, 3H).

3. PEG가 적용된 콘택트렌즈 제조

HEMA 단량체는 진공증류를 통해 정제 후 사용하였 다. EGDMA 0.04 g, AIBN 0.04 g를 9.92 g의 HEMA 용액에 녹인 후 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 혼합된 단량체들을 콘택트렌즈 몰드에 주입하고, 110℃에서 30 분 중합후 건조된 상태에서 콘택트렌즈를 얻었다. 몰드 에서 렌즈를 제거 후, 5개의 콘택트렌즈, carboxylated PEG 164(50 mg, 0.333 mmol), DMAP(7.74 mg, 0.063 mmol), DCC(75.0 mg, 0.363 mmol), DMF 20 mL 등을 25 mL 바이알에 넣었다. 상온에서 24시간 교반 후에, 최소 2일 이상 에탄올, 증류수 등으로 세척하며, 반응하지 않은 시약들을 제거하였다.

4. 평균 가시광선 투과율 측정

제조된 렌즈들의 가시광선 투과율은 흡광 스펙트럼 실험을 통해 조사하였다. 실험에 사용된 시편은 제조된 콘택트렌즈의 일부를 절단하여, 평평한 시편으로 만든 후, 2개의 투명한 슬라이드 사이에 고정시켜 UV-vis spectrophotometer(SHIMADZU UV-1650PC)를 이 용하여 파장에 따른 가시광선 투과율을 측정하였다. 얻 어진 스펙트럼의 가시광선 영역, 즉380~780 nm의 파 장 범위에서 가시광선 평균 투과율을 측정하였다.

5. 함수율 측정

함수율은 렌즈에 의해 흡수된 물의 양을 특정한 조건 하에서 전체의 %로써 나타낸 값이다. 완전수화된 렌즈 는 렌즈표면의 물기를 제거한 다음 무게를 측정하였고, 건조된 렌즈는 drying oven에서 100℃, 1시간 건조시 킨 다음 무게를 측정하였다. 함수율은 다음 식을 이용하 여 퍼센트로 계산하였다. 각 시료 별로 3차례 실험을 하 여, 평균값을 표시하였다.

6. 표면 접촉각 측정

4.5 μL의 증류수 방울을 렌즈 표면에 놓은 후, 3분 후 에 DSA 100(KRÜSS, Hamburg, Germany)apparatus 를 이용하여, 접촉각을 측정하였다.

7. 콘택트렌즈의 단백질 흡착량 측정

3.88 g/L의 bovine serum albumin(알부민)과 1.20 g/L의 lysozyme(라이소자임)을 포함하는 phosphate buffered saline(PBS, pH 7.4)의 인공눈물을 제조하였 다. 6개의 렌즈씩 37 ℃의 5 mL 인공눈물에서 12 시간 동안 배양하였다. 배양 후, 렌즈를 PBS용액으로 세척하 여, 렌즈 표면에 결합되지 않은 단백질을 제거하였다. 렌즈를 암실에서 0.2 wt % trifluoroacetic acid의 acetonitrile 추출용액에서 24 시간 배양하였다. 콘택트 렌즈로부터 추출된 단백질의 농도는 역상 고성능 액체 크로마토그래피(reverse phase high-performance liquid chromatography(RP-HPLC)를 사용하여 정량화하였 다. HPLC 시스템(Shimadzu, Japan)는 LC-10AVP 펌 프, LC-20AD 오토 샘플러 및 SPD-10A UV 검출기로 구성되어 있다. 추출된 100 μL의 라이소자임 용액 또는 10 μL의 알부민은 900 또는 990 μL의 이동상 용액과 각 각 혼합하였다. 이 혼합물의 20 μL를 C18컬럼(LUNAC18, 4.6×150 mm, 5 μm; Phenomenex, Torrance, CA, USA)에 주입하였다. 0.1 wt % trifluoroacetic acid 함유하는 acetonitrile 50%/물 50% 혼합물로 단백질을 용리하였다. 실행 시간과 유량은 각각 4.5 분 및 1.0 mL/분으로 설정하고 샘플 220 nm에서 분석하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. PEG가 적용된 콘택트렌즈 제조

하이드로겔 콘택트렌즈에 PEG를 ester 결합으로 연결 하고자 PEG에 carboxyl 작용기를 도입하였다. 분자량 164, 2000의 2가지 길이의 PEG monomethyl ether에 chromium trioxide을 이용한 Jones oxidation 반응을 통해carboxylated PEG를 합성하였다(각각 PEG164와 PEG2000으로 명명함). ¹H-NMR(nuclear magnetic resonance) spectrometry분석을 통해, Jones oxidation 반응 후 4.2 ppm근처에 integral 2의 새로운 peak이 생성되었으며, carboxylation 반응이 성공적으로 수행됨 을 확인하였다(Fig. 2). 개시제(AIBN), 가교제(EGDMA), HEMA 등을 이용하여 HEMA-기반의 하이드로겔 콘택트 렌즈 (HEMA-L)를 제조하였다. HEMA-L는 다량의 OH 의 작용기를 가지고 있어, carboxylated PEG의 carboxyl 작용기와 ester결합이 가능하였다. 건조된 HEMA-L을 DMF용액에 담그고 DMAP, DCC, carboxylated PEG 를 첨가하여 esterification 반응을 수행하였다. PEG가 ester결합으로 고정된 하이드로겔 렌즈들은 각각 HEMAP164, HEMA-P2000이라 명명하였으며, 숫자는 PEG 의 분자량을 뜻한다(Table 1). HEMA-P164의 경우 렌 즈당, 1.91±0.003 mg(12.73±0.017 μmol)의 PEG164 가 결합되었고, HEMA-P2000에는 2.23±0.002 mg (1.12±0.020 μmol)의 PEG2000이 결합됨을 확인하였 다(Table 1). PEG의 길이와 상관없이 렌즈 표면에 결합 된 PEG양은 약 2 mg으로 일정하였으며, 건조된 렌즈와 수화된 렌즈의 무게가 각각 약 180, 300 mg임을 고려하 면 상당히 적은 양의 PEG가 렌즈의 표면에 결합되었다. PEG164은 PEG2000 보다 약 11배 mol수 이상으로 렌즈 에 고정됨으로 계산되었고, 이는 PEG2000이 PEG164보 다 훨씬 길기 때문에 입체적으로 esterification 반응 중 에 방해 받아 결합된 수가 적다고 유추할 수 있다.

2. 콘택트렌즈 물성 분석

UV-VIs absorption spectroscopy를 통해 투과 스 펙트럼을 얻은 후, 가시광선(파장범위: 380~780 nm) 투 과율을 측정하였다(Fig. 3). HEMA-기반의 하이드로겔 렌 즈뿐 아니라 PEG가 적용된 렌즈 모두 90% 이상의 높은 가 시광선 투과율을 확인할 수 있었다. 이는 PEG와 p(HEMA) 계면에서 거시적인 상분리 현상 없이 균일하게 섞여 있음을 보여주며, 높은 광학 투명도를 보임을 알 수 있다.

콘택트렌즈의 함수율은 평균 가시광선 투과율과 더불 어 중요한 물리적 특성 중 하나로, 렌즈의 착용감 및 물 리적 강도에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서 렌즈의 함 수율 측정은 렌즈당 3번씩 측정한 값을 평균하여 계산하 였고, 얻어진 수치를 Table 1에 표기하였다. 측정 결과, 모든 렌즈 시료에서 평균 함수율이 40% 근처의 값을 나 타내었다. 이는 PEG가 렌즈의 표면에 미세하게 덮여있 기 때문에 전체 p(HEMA)의 중량에 비해 극소량의 PEG 는 함수율에 큰 변화를 주지 않음을 알 수 있다. PEG적 용에 따른 렌즈 표면의 친수성 변화를 살펴보기 위해, 접촉각 측정을 수행하였다. 제조된 콘택트렌즈의 접촉각 을 측정한 결과는 Fig. 3과 Table 1에 나타나 있다. PEG 가 적용된 렌즈들의 접촉각은 각각67.7ﾟ(HEMA- P164), 58.3ﾟ(HEMA-P2000)의 값을 나타내어, 대조군인 HEMAL값 73.3ﾟ보다 감소함을 확인하였다. 이는 PEG의 적용 이 HEMA-기반 하이드로겔 렌즈의 표면 친수성을 증가 시킴을 뜻한다. 또한, HEMA-P164의 접촉각이 분자량 이 더 큰 PEG2000이 적용된 HEMA- P2000의 접촉각 보다 크게 측정되었음을 알 수 있다. 이는 PEG의 분자 량이 커질수록 렌즈의 표면 친수성이 증가됨을 뜻한다. 렌즈 표면의 친수성 증가는 렌즈와 안구 사이에 윤활제 역할을 하는 수분의 함량이 증가됨을 뜻하며, 렌즈의 착 용감을 개선시키는 것으로 알려져 있다. (Fig. 4)

3. 단백질 비흡착성 분석

하이드로겔 콘택트렌즈 표면에 적용된 PEG가 단백질 비흡착 기능을 보일 수 있는지, 단백질 흡착 및 정량실험 을 수행하였다. 누액에는 라이소자임과 알부민이 주로 존 재하여 이들 단백질을 포함하는 인공누액을 제조하였고, 콘택트렌즈와의 교반을 통해 단백질을 흡착시켰다. 0.2 wt % trifluoroacetic acid의 acetonitrile 용액을 통한 추출 및 RP-HPLC를 이용한 정량실험에서, PEG164와 PEG2000의 코팅이 렌즈의 단백질 흡착을 방지함을 확 인할 수 있었다. 렌즈 1개당 흡착된 라이소자임의 양은 1.81 μg(HEMA-P164), 1.11 μg(HEMA-P2000)으로 분 석되었고, 이는 PEG가 개질되지 않은 대조군인 HEMA-L 의 라이소자임 흡착량(3.66 μg)에 비해 각각 약51, 70% 씩 감소한 수치이다(Fig. 5). 이는 친수성의 PEG 사슬 이 렌즈 표면에 수화층을 형성하여 라이소자임의 흡착을 방지하게 된 것이다.^8-10) 또한, 라이소자임의 등전점(pI) 은 10.7으로써 일반적인 생리적 pH에서는 표면이 양전 하로 하전되어 있다. 따라서 음전하로 하전될 수 있는 HEMA의 hydroxyl 작용기 보다는 중성의 PEG와의 정 전기적인 인력이 없기 때문에 라이소자임의 흡착이 감소 될 수 있다. 사슬길이가 긴 PEG2000가 짧은 PEG164 에 더 효과적인 단백질 비흡착성을 보여주었는데, 이는 표면 접촉각 실험에서 확인했듯이 긴 PEG가 렌즈 표면 에 더욱 효율적으로 수화층을 형성하며 이로 인해, 라이 소자임의 비흡착성이 더욱 증가됨을 나타낸다.^22-24)

알부민 흡착 실험에서도 라이소자임의 경우와 유사한 결과를 보여주었다. 렌즈 1개당 흡착된 알부민의 양은 3.77 μg(HEMA-P164), 2.78 μg(HEMA-P2000)으로 분석되 었고, 이는 PEG가 개질되지 않은HEMA-L의 알부민 흡착 량(7.11 μg)에 비해 각각 약47, 61%씩 감소한 수치이다 (Fig. 6). 라이소자임 비흡착성과 같은 이유로, PEG의 수 화층이 알부민의 흡착을 방지하며, 보다 긴 PEG2000가 더 높은 효율로 단백질 비흡착성을 보여주었다.

Ⅳ. 결 론

하이드로겔 콘택트렌즈의 단백질 비흡착성과 표면 습 윤성을 증가시키 위해 PEG 사슬을 렌즈 표면에 도입하였 다. 분자량이 각각 164, 2000의 PEG사슬들을 콘택트렌 즈 표면에 ester결합으로 고정하여, PEG의 적용 및 길이 가 렌즈의 물성에 미치는 영향을 관찰하고자 하였다. 일반 적인 HEMA 기반의 콘택트렌즈 HEAM-L보다 PEG가 코 팅된 렌즈들(HEMA-P164, HEMA-P2000)이 우수한 표 면 습윤성을 보여주었다. 또한, 렌즈의 상요화의 중요 요소 인 가시광선투과율 분석실험에서도, HEAM-L, HEMAP164, HEMA-P2000 모두90%이상을 보여주었다. 함 수율 역시 PEG적용과는 상관없이 38~41%로 분석되어, PEG 코팅방법이 기존의 HEMA-기반 렌즈의 기계적 물성에 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. PEG가 적 용된 렌즈는 그렇지 않은 렌즈 보다 라소자임과 알부민 의 흡착이 약 50~70% 정도 감소됨을 확인할 수 있었 다. 본 논문에서 연구된 렌즈 표면의 PEG 개질법은 HEMA 기반의 기존 콘택트렌즈에 표면 습윤성과 단백 질 비흡착성을 증가시켜 착용감을 개선시키며, 공정적으 로 렌즈에 적용이 쉬운 방법으로 평가된다. 따라서, 기 능성 하이드로겔 콘택트렌즈의 개발뿐 아니라 관련된 의 료기기 등에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgement

본 연구는 교육부와 한국연구재단의 재원으로 지원을 받아 수행된 사회맞춤형 산학협력 선도대학(LINC+) 육 성사업의 연구결과입니다.

Figure

Fig. 1.

Schematic illustration for the development of p(HEMA)-based hydrogel lenses surface-functionalized with PEG chains.

Fig. 2.

¹H-NMR spectra of (a) carboxylated PEG 164 and (b) carboxylated PEG 2000.

Fig. 3.

Transmittance of hydrogel contact lenses.

Fig. 4.

Photographs of contact angles with water. (a) HEMA-L, (b) HEMA-P164, and (c) HEMA-P2000.

Fig. 5.

Graph depicting the amount of adsorbed lysozyme on the hydrogel contact lenses. Each value is expressed as mean ± standard deviation, n = 3.

Fig. 6.

Graph depicting the amount of adsorbed albumin on the hydrogel contact lenses. Each value is expressed as mean ± standard deviation, n = 3.

Table

Table 1.

Characteristics of hydrogel contact lenses functionalized with PEG chains

Reference

Shimizu T, Goda T et al.: Super-hydrophilic silicone hydrogels with interpenetrating poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) networks. Biomaterials 31(12), 3274-3280, 2010.
Luensmann D, Jones L: Protein deposition on contact lenses: The past, the present, and the future. Cont Lens Anterior Eye 35(2), 53-64, 2012.
Lord MS, Stenzel MH et al.: Lysozyme interaction with poly(HEMA)-based hydrogel. Biomaterials 27(8), 1341-1345, 2006.
Mutlu Z, Es-haghi SS et al.: Recent Trends in Advanced Contact Lenses. Adv Healthc Mater. 8(10), e1801390, 2019.
Mun J, Mok JW et al.: Drug-eluting contact lens containing cyclosporine-loaded cholesterolhyaluronate micelles for dry eye syndrome. RSC Adv. 2019(9), 16578-16585, 2019.
Hume E, Sack R et al.: Induction of cytokines from polymorphononuclear leukocytes and epithelial cells by ocular isolates of Serratia Marcescens. Ocul Immunol Inflamm. 12(4), 287-295, 2004.
Bengani LC, Leclerc J et al.: Lysozyme transport in p-HEMA hydrogel contact lenses. J Colloid Interface Sci. 386(1), 441-450, 2012.
Jee JP, Kim HJ: Development of Hydrogel Lenses with Surface-immobilized PEG Layers to Reduce Protein Adsorption. Bull Korean Chem Soc. 36(11), 2682–2687, 2015.
Lee CW, Kang B et al.: Development of Protein- Resistant Hydrogels via Surface Modification with Dendritic PEGs. J Nanosci Nanotechnol. 16(11), 11494-11499, 2016.
Furness EL, Ross A et al.: A hydrophobic interaction site for lysozyme binding to polyethylene glycol and model contact lens polymers. Biomaterials 19(15), 1361-1369, 1998.
HJ Kim, GC Ryu et al.: Hydrogel lenses functionalized with polysaccharide for reduction of protein adsorption. Macromol Res. 23(1), 74-78, 2015.
Lim HL, Kim HJ et al.: Development of hydrogel lenses functionalized with an interpenetrating chitosan network for reduction of protein adsorption. J Nanosci Nanotechnol. 16(11), 11952- 11956, 2016.
Singh A, Li P et al.: A hyaluronic acid-binding contact lens with enhanced water retention. Cont Lens Anterior Eye 38(2), 79-84, 2015
Xu L, Ma, P et al.: Anti-biofouling contact lenses bearing surface-immobilized layers of zwitterionic polymer by one-step modification. RSC Adv. 2014(4), 15030-15035, 2014.
Taddei P, Balducci F et al.: Raman, IR and thermal study of a new highly biocompatible phosphorylcholine-based contact lens. J Mol Struct. 744-747, 507-514, 2005.
Wang JJ, Liu F: Photoinduced graft polymerization of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine on silicone hydrogels for reducing protein adsorption. J Mater Sci Mater Med. 22(12), 2651-2657, 2011.
Goda T, Matsuno R et al.: Protein adsorption resistance and oxygen permeability of chemically crosslinked phospholipid polymer hydrogel for ophthalmologic biomaterials. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 89(1), 184-190, 2009.
Cheng G, Li G et al.: Zwitterionic carboxybetaine polymer surfaces and their resistance to longterm biofilm formation. Biomaterials 30(28), 5234-5240, 2009.
Beek MV, Jones L et al.: Hyaluronic acid containing hydrogels for the reduction of protein adsorption. Biomaterials 29(7), 780-789, 2008.
Li L, Xin Z: Surface-hydrophilic and proteinresistant tris(trimethylsiloxy)-3-methacryloxy propylsilane-containing polymer by the introduction of phosphorylcholine groups. Colloid Surface A. 384(1), 713-719, 2011.
Fishman A, Acton A et al.: A Simple Preparation of PEG‐Carboxylates by Direct Oxidation. Synth Commun. 34(12), 2309-2312. 2004.
Bozukova D, Pagnoulle C et al.: Improved Performances of Intraocular Lenses by Poly (ethylene glycol) Chemical Coatings. Biomacromolecules 8(8), 2379-2387, 2007.
Michel R, Pasche S et al.: Influence of PEG Architecture on Protein Adsorption and Conformation. Langmuir. 21(26), 12327-12332, 2005.
Chen H, Brook MA et al.: Silicone elastomers for reduced protein adsorption. Biomaterials 25(12), 2273-2282, 2004.