Polymers in Medicine
2015, vol. 45, nr 1, January-June, p. 31–35
Publication type: original article
Language: English
Comparison of Occurrence of Free Volumes for Rigid Gas Permeable and Soft Contact Lenses
Porównanie występowania wolnych objętości w sztywnych gazo-przepuszczalnych i miękkich soczewkach kontaktowych
1 Intitute of Physics, Jan Dlugosz University in Czestochowa, Częstochowa, Poland
2 Department of Optometry and Biology of Visual System, Poznan University of Medical Sciences, Poznań, Poland
Abstract
Background. The polymeric materials: hydrogel, silicone – hydrogel and methacrylic acid are used in ophthalmology for the manufacture of contact lenses. 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 comparison the presence of free volume gaps in the structure of the polymer soft contact lenses: Etafilcon A (hydrogel), Narafilcon A (silicone-hydrogel) and the polymer rigid gas permeable (RGP) contact lens (Fluor-Silicon-Methacrylat-Copolymer). In addition, to demonstrate differences in the occurrence of free volumes between types of represented contact lenses.
Material and Methods. Three types of polymer contact lenses were used as materials: Etafilcon A, Narafilcon A and FluorSilicon-Methacrylat-Copolymer. 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. 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. There is a clear difference in the free volume sizes and their fractions between measured contact lenses are connected with oxygen permeability in these lenses. The results lead to the following connection: contact lenses of higher oxygen permeability coefficients and a water content of less, have more and larger free volumes than contact lenses of less oxygen permeability coefficient.
Streszczenie
Wprowadzenie. Materiały polimerowe hydrożelowe, silikonowo-hydrożelowe oraz metakrylowe w okulistyce są wykorzystywane do produkcji soczewek kontaktowych. Ważnym aspektem staje się badanie struktury tych materiałów, szczególnie dominowanie wolnych objętości.
Cel pracy. Badania zostały przeprowadzone w celu porównania występowania swobodnych objętości w strukturze wewnętrznej polimerowych miękkich soczewek kontaktowych Etafilcon A (hydrożelowa), Narafilcon A (silikonowo-hydrożelowa) i sztywnej gazo-przepuszczalnej soczewki kontaktowej Fluor-Silicon-Methacrylat-Copolymer. Wykazano różnice w występowaniu wolnych objętości miedzy typami badanych soczewek.
Materiał i metody. Trzy typy soczewek kontaktowych użyto jako materiał badawczy: Etafilcon A, Narafilcon A i FluorSilicon-Methacrylat-Copolymer. Badania struktury wewnętrznej próbek przeprowadzono z wykorzystaniem spektroskopii czasów życia anihilujących pozytonów (PALS).
Wyniki. W wyniku przeprowadzonych pomiarów uzyskano graficzne krzywe, które opisują zależność liczby aktów anihilacyjnych pozytonów w funkcji czasu. Wyraźne zmiany zaobserwowano dla długo żyjącej składowej czasu życia orto-pozytu τ3 i jej natężeń między badanymi soczewkami kontaktowymi.
Wnioski. Przeprowadzone badania z wykorzystaniem modelu Tao Eldrupa wykazuje istnienie wolnych objętości we wszystkich badanych materiałach. Wyraźnie widać, że różnice w rozmiarach i frakcji występowania wolnych objętości mierzonych soczewek kontaktowych są powiązane ze współczynnikiem tlenoprzepuszczalności w tych soczewkach. Wyniki prowadzą do następującej zależności: soczewki kontaktowe o wyższych współczynnikach tlenoprzepuszczalności i mniejszej zawartości wody mają więcej i o większych rozmiarach wolne objętości niż soczewki kontaktowe o mniejszym współczynniku tlenoprzepuszczalności.
Key words
positron annihilation, free volumes, biopolymers, contact lenses
Słowa kluczowe
soczewki kontaktowe, biopolimery, wolne objętości, anihilacja pozytonów
References (20)
- Tranoudis I., Efron N.: In-eye performance of soft contact lenses made from different materials. Cont. 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. Cont. 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. Optom. Vis. Sci. 2008, 85, 924–929.
- Wolffsohn J.S., Hunt O.A., Basra A.K.: Simplified recording of soft contact lens fit. Cont. Lens Anterior Eye 2009, 32, 37–42.
- Pathrick R.A.: Positron annihilation – a probe for nanoscale voids and free volume. Prog. Polym. Sci. 1997, 22, 1–47.
- Jean Y.C.: NATO Advanced Research Workshop, Advances with Positron Spectroscopy of Surfaces. Italy, Yarenna 1993.
- Eldrup M., Lighbody D., Sherwood J.N.: Positron annihilation in polymers. Chem. Phys. 1981, 63, 51–62.
- Brandt W., Berko S., Walker W.W.: Positronium decay in molecular substances. Phys. Rev. 1960, 120, 1289–1295.
- 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, 42, 61–68.
- Filipecki J., Kocela A., Korzekwa W.: Study of Free Volumes of Polymer Hydrogel and Silicone-Hydrogel Contact Lenses by Means of the Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy Method. Polim. Med. 2014, 44, 255–260.
- 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 Chien-Chieh, Jean Y.C.: Determination of Free-Volume Properties in Polymers Without Orthopositronium Components in Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy. Macromolecules 2011, 44, 6818–6826.
- Filipecki J., Kocela A., Korzekwa P., Miedzinski R., Filipecka K., Golis E., Korzekwa W.: Structural study of polymer hydrogel contact lenses by means of positron annihilation lifetime spectroscopy and UV–vis–NIR methods. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2013, 24, 1837–1842
- 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. Mater. Rapid Communnication 2013, 7, 1029–1031.
- Hyla M., Filipecki J., Shpotyuk O., Popescu M., Balitska V.: Stoichiometric arsenic sulphoselenides as testing probes for positron trapping in chalcogenide glasses. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2007, 9, 3177–3181.
- Kansy J.: Microcomputer program for analysis of positron annihilation lifetime spectra. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 1996, 374, 235–244.
- Krause-Rehberg R., Leipner H.S.: Positron Annihilation in Semiconductors. Defect Studies, Springer-Verlag, Berlin– Heidelberg–New York 1999.
- Jean Y.C., David Van Horn J., Wei-Song H., Kuier-Rarn L.: Perspective of Positron Annihilation Spectroscopy in Polymers. Macromolecules 2013, 46, 7133−7145.
- Filipecki J., Sitarz M., Kocela A., Kotynia K., Jelen P., Filipecka K., Gaweda M.: Studying functional properties of hydrogel and silicone-hydrogel contact lenses with PALS, MIR and Raman spectroscopy. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2014, 131, 686–690.