Polymers in Medicine
2014, vol. 44, nr 4, October-December, p. 255–260
Publication type: original article
Language: English
Study of Free Volumes of Polymer Hydrogel and Silicone- Hydrogel Contact Lenses by Means of the Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy Method
Badanie wolnych objętości polimerowych hydrożelowych i silikonowo-hydrożelowych soczewek kontaktowych metodą spektroskopii czasów życia anihilujących pozytonów
1 Jan Dlugosz University in Częstochowa, Institute of Physics, Częstochowa, Poland
2 Komed Clinic, Częstochowa, Poland
Abstract
Background. Polymer materials based on hydrogel and silicone-hydrogel materials are commonly used in ophthalmology. It is important to research the structure of these materials, mainly the prevalence of free volumes.
Objectives. The study has been conducted in order to determine the presence of free volume gaps in the structure of polymer hydrogel and silicone-hydrogel contact lenses. In addition, to demonstrate differences in the occurrence of free volumes between types of represented contact lenses.
Material and Methods. Three different hydrogel and three different silicone-hydrogel polymer contact lenses were used as research material. The study was done by means of positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).
Results. As a result of the performed measurements, a graphical curve resulted which describes the relationship between the number of the annihilation acts in the time function. The study revealed the existence of three τ1, τ2 and τ3 components. Significant changes were observed in the ortho-positronium long life component τ3 and their intensities between the examined polymer contact lenses.
Conclusion. The conducted study using the Tao-Eldrup model indicates the presence of free volume holes in all research materials. The results lead to the following connection: contact lenses of higher oxygen permeability coefficient (siliconehydrogel contact lenses) have more and larger free volumes than contact lenses of less oxygen permeability coefficient (hydrogel contact lenses).
Streszczenie
Wprowadzenie. Soczewki kontaktowe oparte na budowie polimerów hydrożelowych i silikonowo-hydrożelowych są powszechnie stosowane w okulistyce. Ważnym aspektem staje się badanie struktury wewnętrznej tych materiałów.
Cel pracy. Badania zostały przeprowadzone w celu wykazania występowania swobodnych objętości w strukturze wewnętrznej polimerowych hydrożelowych i silikonowo-hydrożelowych soczewek kontaktowych. Dodatkowo wykazano różnice w występowaniu wolnych objętości miedzy typami badanych soczewek.
Materiał i metody. Trzy różne hydrożelowe soczewki kontaktowe oraz trzy różne silikonowo-hydrożelowe soczewki kontaktowe zostały zastosowane jako materiał badawczy. Badania struktury wewnętrznej próbek były przeprowadzone z użyciem spektroskopii czasów życia anihilujących pozytonów (PALS).
Wyniki. W wyniku przeprowadzonych pomiarów uzyskano krzywe opisujące ilość zliczeń aktów anihilacji par pozytonelektron w materiale w funkcji czasu. Badania wykazały istnienie w widmie czasów życia pozytonów trzech składowych τ1, τ2, i τ3. Istotne zmiany były obserwowane w długo żyjących składowych ortopozytu τ3 i jej natężeń między badanymi polimerowymi soczewkami kontaktowymi.
Wnioski. Przeprowadzone badania wskazują na istnienie we wszystkich badanych materiałach swobodnych objętości. Wyniki wykazały następujące zależności: soczewki kontaktowe o większym współczynniku tlenoprzepuszczalności (soczewki silikonowohydrożelowe) mają więcej wolnych objętości, a także o większych rozmiarach niż soczewki kontaktowe o mniejszym współczynniku tlenoprzepuszczalności (soczewki hydrożelowe).
Key words
positron annihilation, free volumes, biopolymers, contact lenses
Słowa kluczowe
soczewki kontaktowe, biopolimery, wolne objętości, anihilacja pozytonów
References (17)
- Tranoudis I., Efron N.: In-eye performance of soft contact lenses made from different materials. Contact Lens Anterior Eye 2004, 27, 133–148.
- Guillon M., Maissa C.: Bulbar conjunctival staining in contact lens wearers and non lens wearers and its association with symptomatology. Contact Lens Anterior Eye 2005, 28, 67–73.
- Pult H., Purslow C., Berry M., Murphy P.J.: Clinical tests for successful contact lens wear: relationship and predictive potential. Optometry & Vision Science 2008, 85, 924–929.
- Wolffsohn J.S., Hunt O.A., Basra A.K.: Simplified recording of soft contact lens fit. Contact Lens Anterior Eye 2009, 32, 37–42.
- Pathrick R.A.: Positron annihilation – a probe for nanoscale voids and free volume. Prog. Polymer Sci 1997, 22, 1–47.
- Jean Y.C.: NATO Advanced Research Workshop, Advances with Positron Spectroscopy of Surfaces, Italy, Yarenna, 1993.
- Shao-Jie W., Yin-Hua X., Zhong-Xun T., De-Chong T.: Section J29: Positron annihilation study of structural relaxation and crystallization of amorphous alloys. [In:] Positron annihilation. Eds.: Jain P.C., Singru R.M., Gopinathan K.P. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore 1985, 924–927.
- Dryzek J.: Wstęp do spektroskopii anihilacji pozytonów w ciele stałym (Introduction to positron annihilation spectroscopy in solids). Jagiellonian University, Kraków 1997.
- Brandt W., Berko S., Walker W.W.: Positronium decay in molecular substances. Phys. Rev. 1960, 120, 1289–1295.
- Tao S.J.: Positron annihilation in molecular substances. J. Chem. Phys. 1972, 56, 5499–510.
- Eldrup M., Lighbody D., Sherwood J.N.: Positron annihilation in polymers. Chem. Phys. 1981, 63, 51–62.
- Liao Kuo-Sung, Chen Hongmin, Awad Somia, Yuan Jen-Pwu, Hung Wei-Song, Lee Kuier-Rarn, Lai Juin-Yih, Hu ChienChieh, Jean Y.C.: Determination of Free-Volume Properties in Polymers Without Orthopositronium Components in Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy. Macromolecules 2011, 44, 6818–6826.
- Jean Y.C., Van Horn J. David, Hung Wei-Song, Kuier-Rarn L.: Perspective of Positron Annihilation Spectroscopy in Polymers. Macromolecules 2013, 46, 7133−7145.
- Filipecki J., Golis E., Reben M., Filipecka K., Kocela A., Wasylak J.: Positron life time spectroscopy as a method to study of the defect degree materials with disordered structure. Optoelectron. Adv. Mat. 2013, 7, 1029–1031.
- Kansy J.: Microcomputer program for analysis of positron annihilation lifetime spectra. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 1996, 374, 235–244.
- Sane P., Tuomisto F., Holopainen J.M.: Void volume variations in contact lens polymers. Contact Lens & Anterior Eye 2011, 34, 2–6.
- Sane P., Tuomisto F., Wiedmer S.K., Nyman T., Vattulainen I., Holopainen J.M.: Temperature-induced structural transition in-situ in porcine lens – Changes observed in void size distribution. Biochimica et Biophysica Acta 2010, 1798, 958–965.