Neuartige hochbrechende Polymere für ophthalmologische Anwendungen

In der vorliegenden Arbeit lag das Ziel auf dem Design, der Synthese und Charakterisierung neuartiger flexibler Polymere mit hohem Brechungsindex (high refractive index, HRI) zur Anwendung als Intraokularlinsen-Material (IOL). Um als ophthalmologisches Implantat ein¬setzbar zu sein, muss das Materia...

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Main Author: Badur, Thorben
Contributors: Hampp, Norbert (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2018
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:In der vorliegenden Arbeit lag das Ziel auf dem Design, der Synthese und Charakterisierung neuartiger flexibler Polymere mit hohem Brechungsindex (high refractive index, HRI) zur Anwendung als Intraokularlinsen-Material (IOL). Um als ophthalmologisches Implantat ein¬setzbar zu sein, muss das Material zahlreiche Zielparameter physikalischer, medizinischer und chemischer Natur erfüllen. Die funktionellen Module dieses Multiparameterproblems beein¬flussen sich gegenseitig. Es wurde gezeigt, dass das Polymerdesign in molekulare und funk¬tionale Teilbereiche zerlegt und die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für jede Komponente (HRI-Funktion, Spacer-Einheit, polymerisierbare Gruppe) separat optimiert werden kann. Durch Variation der polymerisierbaren Gruppe wurden insgesamt zehn HRI-Homopolymere auf Methacrylat- und Siloxan-Basis synthetisiert, von denen fünf erstmalig beschrieben wurden. Die erhaltenen Brechungsindizes lagen im Bereich zwischen nD = 1,567 – 1,645 mit ABBE-Zahlen von νA = 20,3 – 33,7. Durch Austausch der Methacrylat- gegen Siloxan-Gruppen konnte die Flexibilität der Materialien signifikant erhöht und der Glaspunkt von Tg,PMA = 66 – 110 °C auf Tg,PSX = -15 – 49 °C abgesenkt werden. Ein Vergleich der Eigenschaften ermöglichte die Entwicklung eines einfachen Berechnungssystems zur Abschätzung der Kernparameter nD, vA und Tg vor Synthesebeginn. Zudem wurden wichtige Eigenschaften wie Transmission und Lichtechtheit der Materialien ermittelt. Die Variation der aliphatischen Spacer-Länge erfolgte im Rahmen der Synthese von sechs Monomeren mit direkter Anbindung und 14 Monomeren mit Spacern der Form –(CH2)s– im Bereich s = 2 – 12. Neben den jeweiligen Homopolymeren auf Acrylat- und Methacrylat-Basis wurden fünf Copolymere synthetisiert, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten in den physikalischen Trends sichtbar zu machen. Alle Parameter konnten durch gezielte Variation erreicht (nD = 1,551 – 1,633; νA = 24,4 – 33,4; Tg = -26 – 149 °C) und rechnerische Zusammenhänge ermittelt werden. Neben Unterschieden zwischen den Polyacrylaten und Polymethacrylaten zeigte sich so eine Möglichkeit des Eigenschaften-Tunings. Diese Optimierungsmethode wurde erfolgreich auf andere HRI-Systeme übertragen. Auch für das Glistening-Verhalten der Polymere konnte eine starke Strukturabhängigkeit und somit die Möglichkeit einer Verbesserung ermittelt werden. Eine Variation der HRI-Funktion erfolgte ausgehend von der Synthese von 16 Polyacrylaten und Polymethacrylaten mit Mono- und Biaryl-Einheit unterschiedlicher Substitution. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurden sechs neuartige, hoch transparente Polymere mit Triaryl-Funktion und aliphatischem Spacer der Länge s = 2 entwickelt. Da es sich bei den verwendeten Strukturen um Konstitutionsisomere handelt, konnten Einflüsse des Aufbaus auf die Eigenschaften ermittelt werden. Die Brechungsindizes lagen zwischen nD = 1,617 – 1,626 (νA = 26,1 – 28,0) mit Glaspunkten von Tg = 47 – 62 °C. Abschließend wurde ein zusammen¬hängendes Bewertungs- und Berechnungssystem für die Eigenschaften von Copolymeren entwickelt, auf deren Basis flexible HRI-Materialien mit guter optischer Qualität synthetisiert wurden. Die mechanische Bearbeitbarkeit wurde durch die Anfertigung von Intraokularlinsen (IOLs) und phaken Intraokularlinsen (pIOLs) gezeigt. Abschließende Versuche im Tiermodell verliefen positiv. Die Entfaltbarkeit und Biokompatibilität der neu entwickelten Materialien lässt einen Einsatz als IOL-Materialien zu.
Physical Description:271 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2019.0103