Oberflächenbenetzbarkeit und Ablagerungen

Die Aufrechterhaltung eines guten Tränenfilms auf der Oberfläche einer Kontaktlinse ist wichtig für die Optimierung der Sehqualität und des Tragekomforts beim Kontaktlinsentragen. Die Benetzung einer Kontaktlinse ist für die Aufrechterhaltung eines gesunden Tränenfilms von großer Bedeutung ^[1]. Allgemein kann die Benetzung beschrieben werden als die Verdrängung einer Flüssigkeit von einer Oberfläche durch eine andere, oder als die Ausbreitung einer Flüssigkeit über eine solide Oberfläche ^[2,3]. Für die indirekte Charakterisierung der Benetzbarkeit einer Oberfläche wurden Kontaktwinkelmessungen eingesetzt ^[1,3,4].

Der Kontaktwinkel einer Substanz ist definiert als der Winkel zwischen einer Oberfläche und der Tangente zu einem Flüssigkeitstropfen am Schnittpunkt. Der Kontaktwinkel stellt ein indirektes Maß der Oberflächenspannung auf der Oberfläche eines Materials dar.

Oberflächenbenetzbarkeit und Ablagerungen auf einem neuartigen Daily Disposable-Linsenmaterial

Es gibt drei Techniken, die am häufigsten für die Quantifizierung von Kontaktwinkeln verwendet werden: Sessile Drop (eine Flüssigkeitsblase wird auf einer soliden Oberfläche platziert), Captive Bubble (eine Gasblase wird auf einer soliden Oberfläche platziert und in eine Flüssigkeit eingetaucht) und die Wilhelmy-Plattenmethode (ein Festkörper wird in eine Flüssigkeit getaucht und wieder hinausgezogen) ^[1,5-7]. Andere Techniken wie z.B. die DeNouy Ring-Methode messen die Oberflächenspannung direkt ^[8], werden aber häufiger verwendet, um die Auswirkungen von Linsenpflegelösungen auf die Benetzbarkeit der Linsenoberfläche zu messen. Die wahrscheinlich am häufigsten eingesetzte Methode ist die eines aufliegenden Flüssigkeitstropfens (Sessile Drop), der mit Hilfe einer Spritze auf die Oberfläche des Materials aufgebracht wird.

Die Oberflächenbenetzbarkeit einer Kontaktlinse wird im Allgemeinen in vitro bestimmt, indem der Wasserkontaktwinkel am Schnittpunkt mit der Linse ermittelt wird ^[9]. Ein kleinerer Kontaktwinkel bedeutet eine bessere Benetzbarkeit ^[10-12]. Ein repräsentativer Kontaktwinkel ist in Abbildung 1 dargestellt.

Nun wurde ein neuartiges, bioinspiriertes Material, Nesofilcon A entwickelt, das zu 78% aus Wasser besteht und damit den gleichen Wassergehalt wie die Hornhaut hat und gleichzeitig praktisch genauso viel Sauerstoff liefert wie das offene Auge. Darüber hinaus wird durch die äußere Oberfläche der Linse die Lipidschicht des Tränenfilms nachgeahmt, wodurch ein Austrocknen der Linse verhindert, eine konsistente Optik aufrecht erhalten und die Menge an Sauerstoff an das offene Auge geliefert wird, die benötigt wird, damit das Auge gesund und weiß bleibt. Die ein Austrocknen verhindernden Eigenschaften der Linsenoberfläche machen es möglich, eine im Vergleich zu anderen führenden Daily Disposable-Linsen maximale Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Auges zu erhalten ^[13-15].

Es wurden Sessile Drop-Kontaktwinkelmessungen und chromatographische Techniken eingesetzt, um die Eigenschaften dieses neuen Materials im Zusammenhang mit der Oberflächenbenetzbarkeit und Bildung von Ablagerungen im Vergleich zu zwei anderen handelsüblichen Daily Disposable-Kontaktlinsen zu beurteilen. Die Linsen wurden sowohl direkt nach der Entnahme aus der Verpackungslösung ohne Abspülen direkt analysiert als auch nach 18 Stunden Aufbewahrung in einer künstlichen Tränenflüssigkeit, die Lysozym, Ölsäure, Ölsäure-Methylester und Cholesterin enthielt ^[16]. Die Sessile Drop-Wasserkontaktwinkelmessung wurde durchgeführt, indem ein Tropfen Flüssigkeitschromatographiewasser von 0,6 µL auf die vordere Linsenoberfläche gegeben wurde. Dann wurde der Sessile Drop-Kontaktwinkel an zwei verschiedenen Punkten der Linse gemessen. Dies wurde wiederholt, indem für jeden Linsentyp und Zustand zwei bis drei Linsen verwendet wurden.

Zusätzlich zu der Messung der Oberflächenbenetzbarkeit wurde die Menge der Ablagerungen auf den Daily Disposable-Linsen innerhalb der drei Linsentypen nach der Inkubation in 37º C warmer künstlicher Tränenflüssigkeit über Nacht verglichen, die Lipide und Proteine in BBS enthielt, was den Bedingungen am Ende eines Tages entspricht. Lipidablagerungen wurden mit Hilfe der Gaschromatographie gemessen, für Proteinablagerungen kam eine Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie zum Einsatz.

Das neue Nesofilcon A Daily Disposable-Linsenmaterial hatte direkt nach der Entnahme aus der Verpackungslösung einen kleineren Sessile Drop-Wasserkontaktwinkel (8°) als Narafilcon B (56°; p = 9,60 x 10^-5) und Etafilcon A (19°; p = 5,88 x 10^-6) (Abbildung 2). Auch nach 18-stündiger Aufbewahrung in künstlicher Tränenflüssigkeit zur Modellierung der Benetzbarkeit am Ende des Tages hatte das Nesofilcon A-Material einen kleineren Kontaktwinkel (62°) als Narafilcon B (78°; p = 2,34 x 10^-3) und Etafilcon A (93°; p = 6.25 x 10^-6) (Abbildung 3).

Das Nesofilcon A-Material zeigte darüber hinaus auch insgesamt die geringste Menge an Ablagerungen nach der Aufbewahrung in künstlicher Tränenflüssigkeit über Nacht. Gaschromatographie und Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie ergaben, dass die kombinierte Ablagerung von Lipiden und Proteinen auf dem Testlinsenmaterial bei 13 µg/Linse lag und damit signifikant geringer ist als die 90 µg/Linse (p = 7.39 x 10^-6), die sich auf dem Narafilcon B abgelagert hatten, und als die 33 µg/Linse (p = 2.81 x 10^-5), die auf dem Etafilcon A gemessen wurden (Abbildung 4).

Abbildung 2: Kontaktwinkel der drei Linsentypen direkt nach der
Entnahme aus der Verpackungslösung ohne Abspülen.

Abbildung 3: Kontaktwinkel der drei Linsentypen nach 18 Stunden
Aufbewahrung in einer künstlichen Tränenflüssigkeit, die Lysozym,
Ölsäure, Ölsäure-Methylester und Cholesterin enthielt.

Abbildung 4: Protein- und Lipidablagerungen der drei Linsentypen
nach Aufbewahrung in künstlicher Tränenflüssigkeit.

Schlussfolgerungen

Auf der Grundlage der Sessile Drop-Kontaktwinkelanalyse war die in-vitro-Oberflächenbenetzbarkeit des neuartigen Nesofilcon A-Materials deutlich besser als die von Narafilcon B oder Etafilcon A. Das Nesofilcon A-Material wies zudem eine signifikant geringere kombinierte Ablagerung von Lipiden und Proteinen nach 18 Stunden Aufbewahrung in einer künstlichen Tränenflüssigkeit auf als Narafilcon B oder Etafilcon A. Eine geringere Menge an Ablagerungen auf den Linsen kann zu einer Verbesserung der Benetzbarkeit eines Kontaktlinsenmaterials führen, was eine Optimierung der Sehschärfe und des Tragekomforts zur Folge hat ^[17,18].

Literaturhinweise

1. Tighe BJ. Contact lens materials. In: Philips AJ, Speedwell L, eds. Contact Lenses. Fourth ed. Oxford: Butterworth-Heinemann; 1997:62-67.
2. Carre A, Woehl P. Spreading of silicone oils on glass in two geometries. Langmuir. Jan 3 2006;22(1):134-139.
3. Rosen MJ. Wetting and Its Modification by Surfactants. Surfactants and Interfacial Phenomena: John Wiley & Sons, Inc.; 1978:240-275.
4. Rosen MJ. Reduction of Surface and Interfacial Tension by Surfactants. Surfactants and interfacial phenomena: John Wiley & Sons, Inc.; 1978:207-239.
5. Read ML, Morgan PB, Kelly JM, Maldonado-Codina C. Dynamic Contact Angle Analysis of Silicone Hydrogel Contact Lenses. J Biomater Appl. Mar 10 2010.
6. Read ML, Morgan PB, Maldonado-Codina C. Measurement errors related to contact angle analysis of hydrogel and silicone hydrogel contact lenses. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. Nov 2009;91(2):662-668.
7. Morrison ID, Ross S. Experimental Methods of Capillarity. Colloidal Dispersions: Suspensions, Emulsions, and Foams. New York: John Wiley & Sons, Inc.; 2002:200-217.
8. Burke SE, Scheuer CA, Doty KC, Fridman KM, Liranso T. Retention and release of the wetting agent combination found in a novel multi-purpose solution from hydrogel and silicone hydrogel contact lenses. Optom Vis Sci. 2011;88:E-abstract 115701.
9. Menzies KL, Rogers R, Jones L. In vitro contact angle analysis and physical properties of blister pack solutions of daily disposable contact lenses. Eye Contact Lens. Jan 2010;36(1):10-18.
10. Lam CNC, Lu JJ, Neumann AW. Measuring Contact Angle. In: Holmberg K, ed. Handbook of Applied Surface and Colloid Chemistry: John Wiley & Sons, Ltd.; 2001:251-277.
11. “What are Contact Angles?” First Ten Angstroms, Portsmouth, VA, viewed November 5, 2008.
12. Erbil HY. Surface Chemistry of Solid and Liquid Interfaces: Blackwell Publishing; 2006.
13. Cox IG, Lee RH. Understanding Lens Shape Dynamics During Off-Eye Dehydration of Contact Lens Materials with Varying Water Content. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:E-abstract: 6104.
14. Lee RH, Kingston A, Richardson G. Evaluation of Contact Lens Image Stability and Predicted logMAR Image Resolution as Lenses Dehydrate. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:E-abstract: 6110.
15. Schafer J, Steffen R, Vaz T, Reindel W. Comparing On Eye Dehydration and Corneal Staining of Three Daily Disposable Contact Lenses in a Low Humidity Environment. British Contact Lens Association. Birmingham, England2012.
16. Maziarz EP, Stachowski MJ, Liu XM, et al. Lipid deposition on silicone hydrogel lenses, part I: quantification of oleic Acid, oleic Acid methyl ester, and cholesterol. Eye Contact Lens. Dec 2006;32(6):300-307.
17. Gellatly KW, Brennan NA, Efron N. Visual decrement with deposit accumulation of HEMA contact lenses. Am J Optom Physiol Opt. Dec 1988;65(12):937-941.
18. Pritchard N, Fonn D, Weed K. Ocular and subjective responses to frequent replacement of daily wear soft contact lenses. CLAO J. Jan 1996;22(1):53-59.