Polymers in Medicine

Polim. Med.
Scopus CiteScore: 3.5 (CiteScore Tracker 3.6)
Index Copernicus (ICV 2023) – 121.14
MEiN – 70
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2013, vol. 43, nr 1, January-March, p. 21–28

Publication type: original article

Language: English

Structural studies of polymer hydrogel and silicone hydrogel contact lenses by means of positron lifetime spectroscopy methods

Badania strukturalne hydrożelowych i silikonowo-hydrożelowych soczewek kontaktowych za pomocą metody spektroskopii czasów życia pozytonów

Katarzyna Kotynia1,, Agnieszka Kocela1,, Jacek Filipecki1,, Katarzyna Filipecka2,, Piotr Korzekwa1,, Edmund Golis1,

1 Institute of Physics, Jan Dlugosz University, al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Czestochowa, Poland

2 Institute of Physics, Czestochowa University of Technology, al. Armii Krajowej 19, 42-200 Czestochowa, Poland

Abstract

Purpose of job. Currently, there isa need to increase comfort and visual acuity man. Simultaneously improving biocompatibility and minimizing the impact of the material on the physiology of the cornea is the primary driving force behind the evolution of materials used in the manufacture of contact lenses. Despite progressive development of modern materials science, there is still the problem of reducing the level of oxygen available to the cornea resulting in pathological changes in the cornea. Therefore, structural studies increases interesting in relating to the amorphous contact lenses polymeric materials.
Material and Methods. The aim of this work is structural investigation of polymer hydrogel and silicone hydrogel contact lenses made in the technology of PC (Phosphoryl Choline). The study method was used positron lifetime spectroscopy PALS.
Results. As a result of the measurements obtained curve describing the dependence of the number of counts of acts of annihilation as a function of time.
Conclusion. The study of PALS showed the existence of three components. Component τ1 is responsible for the annihilation of free positrons and the annihilation of electrons vacancy-type point defects. Component τ2 is associated with defects in the volume of grain boundaries formed, dislocations or clusters of vacancies. The results of calculations of mean values positron lifetime samples, showed longtime component τ3 in the spectrum of positron lifetime. Component τ3 is assigned to pick-off annihilation of ortho-positronium o-Ps trapping by free volume and providing information on the geometric parameters of the volume.

Streszczenie

Cel pracy. Obecnie miękkie soczewki kontaktowe hydrożelowe oraz silikonowo-hydrożelowe stwarzają możliwość komfortu noszenia i ostrości widzenia przez człowieka. Polepszenie biokompatybilności oraz ograniczenie do minimum działania materiału polimerowego na fizjologię rogówki, jest podstawowym celem przy produkcji tego rodzaju soczewek. Pomimo postępującego rozwoju nauki o nowoczesnych materiałach, ciągle istnieje problem związany ze zbyt niskim poziomem tlenu dostarczanego do rogówki; jest to związane ze zmianami chorobotwórczymi. W związku z tym istnieje potrzeba badań strukturalnych nad amorficznymi biomateriałami polimerowymi.
Materiał i metody. Celem pracy są badania strukturalne hydrożelowych i silikonowo-hydrożelowych soczewek kontaktowych, wykonanych w technologii PC (Phosphoryl Choline). Badania zostały przeprowadzone za pomocą spektroskopii czasów życia pozytonów PALS.
Wyniki. Rezultatem pomiarów jest krzywa opisująca zależność czasową liczby aktów anihilujących pozytonów w funkcji czasu.
Wnioski. Badania nad soczewkami wykazały występowanie trzech składowych. Składową τ1 przypisuje się anihilacji wolnych pozytonów oraz anihilacji z elektronami w defektach punktowych (wakanse). Składowa τ2 jest związana z defektami objętościowymi powstającymi na granicach międzyziarnowych, dyslokacjach lub skupiskach wakansów. Wyniki obliczeń średnich wartości czasów życia pozytonów, pokazują także składową długożyjącą τ3 w widmie czasów życia pozytonów. Składowa τ3 jest przypisana do anihilacji „pick-off” ortopozytu o-Ps uwięzionego przez wolne objętości i dostarcza informacji na temat parametrów geometrycznych wolnych objętości.

Key words

positron annihilations, polymers, contact lenses, free volumes, biomaterials

Słowa kluczowe

anihilacja pozytonów, polimery, soczewki kontaktowe, wolne objętości, biomateriały

References (18)

  1. Tranoudis I., Efron N.: In-eye performance of soft contact lenses made from different materials. Cont. Lens. Anterior. Eye. (2004), 27, 133–148.
  2. Guillon M., Maissa C.: Bulbar conjunctival staining in contact lens wearers and non lens wearers and its association with symptomatology. Cont. Lens Anterior Eye. (2005). 28, 67–73.
  3. Pult H., Purslow C., Berry M., Murphy P. J.: Clinical tests for successful contact lens wear: relationship and predictive potential. Optom. (2008), Vis. Sci. 85, E924–929.
  4. Wolffsohn J. S., Hunt O. A., Basra A. K.: Simplified recording of soft contact lens fit, Cont. Lens Anterior Eye. (2009), 32, 37–42.
  5. Pathrick R. A.: Positron annihilation – a probe for nanoscale voids and free volume. Prog. Polymer Sci., (1997), 22, 1 – 47(1997).
  6. Jean Y.C.: NATO Advanced Research Workshop, Advances with Positron Spectroscopy of Surfaces, Yarenna, Italy, July 16&17, 1993.
  7. Shao-jie W., Zhong-Xun T., De-Chong T.: Positron Annihilation, edited by P. C. Jain, R. M.Singru & K. P. Gopinathan, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore 1985.
  8. Dryzek J.: Wstęp do spektroskopii anihilacji pozytonów w ciele stałym. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 1997.
  9. Brandt W., Berko S., Walker W.W.: Positronium decay in molecular substances. Phys. Rev. (1960), 120, 1289–1295.
  10. Shao-jie W.,, Zhong-Xun T., De-Chong T.: Positron Annihilation, edited by P. C. Jain, R. M.Singru & K. P.Gopinathan, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore 1985.
  11. Tao S. J.: Positron annihilation. Chem. Phys., (1972), 56, 5499.
  12. Eldrup M., Lighbody D., Sherwood J. N.: Positron Annihilation in polymers. Chem. Phys. (1981), 63, 51–62.
  13. Filipecki J., Korzekwa P., Filipecka K., Dorobanow M., Korzekwa D, Korzekwa W., Hyla M.: Investigation of free volume changes in the structure of the polymer bifocal contact lenses by means of the positron annihilation method. Polim. Med., (2010), 40, 27–33.
  14. Kansy J.: Microcomputer program for analysis of positron annihilation lifetime spectra. Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. (1996), A 374, 235–244.
  15. Kocela A., Filipecki J., Korzekwa P., Golis E.: Investigation of the free volume changes in one day hydrogel and one day silicone-hydrogel contact lenses by means of positron annihilation lifetime spectroscopy. Polim. Med. (2012), 1, 61–68.
  16. Hyla M., Filipecki J., Mandecki Z., Mervinskii R. I.: Positron annihilation and X-ray diffraction studies of the photopolymers based on the acrylate oligomers. Journal of Non-Crystalline Solids, (1998), 232–234, 446–452.
  17. Hyla M., Filipecki J., Świątek J.: Positron annihilation study of the free volume changes in thermally treated polymers based on acrylate oligomers. Journal of Non-Crystalline Solids (2006), 352, 2726–2730.
  18. Krause-Rehberb R., Leipner H. S.: Positron Annihilation in Semiconductors. Defect Studies, Springer-Verlag, Berlin – Heidelberg – New York: 1999, 378 p.
© Wroclaw Medical University