一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法

本发明属于隐形眼镜，特别涉及一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、由于过去对臭氧层的破坏，到达地球表面的紫外线强度增加，引起了人们对紫外线的伤害防护的关注，暴露在高能紫外线辐射下对人体有害，会增加患皮肤癌和眼睛损伤的风险，人眼的角膜和晶体很容易受到紫外线的伤害。高能短波蓝光对人体也具有一定危害，因为其具有极高的能量，可以直接穿透晶状体进入视网膜，影响细胞形态，并引起活性氧过量产生，造成视觉损伤。因此，各种光阻隔材料被研究开发用来防止紫外线和高能短波蓝光辐射带来的危害。目前，常用的光阻隔材料主要分无机氧化物材料和有机化合物材料。无机氧化物材料主要以颗粒或薄膜涂层为基础，主要通过带隙吸收或散射紫外光以达到减弱紫外辐射的效果。但是这类无机材料的一个严重缺点是分散性差、易团聚，导致光阻隔性能大幅度下降，限制了材料的应用。在有机化合物材料中，偶氮类化合物因其在光数据存储、偏振全息、非线性光学和光耐表面活性剂等方面的潜在应用而引起了人们的广泛关注。其中，对氨基偶氮苯的光活性作用最显著，是常用的紫外吸收剂，然而对氨基偶氮苯被认为是一种不安全的物质，因为它可能会导致癌症，限制了其在生物医学领域的应用。

2、水凝胶是一种新型功能高分子材料，其具有的三维网状结构类似生命组织材料，不影响代谢产物的进入和排出，被广泛应用于医药和生物工程材料等领域。此外，水凝胶不仅性质柔软、能保持一定的形状、能吸收大量的水，而且具有固体和液体的某些性质，是隐形眼镜的主要原料。伴随着水凝胶的广泛应用，废弃水凝胶的产生量也随之增多，而具有三维网状结构的水凝胶普遍存在难降解的问题，对环境产生一定的不利影响。隐形眼镜，也叫角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上，用以矫正视力或保护眼睛的镜片，隐形眼镜不仅可以给近视、远视、散光等屈光不正患者带来了很大的改善，而且与普通眼镜相比，具有美观、方便等优点。但是现有的隐形眼镜大多用于矫正视力或治疗眼病，功能较为单一，无法对蓝光、紫外线进行屏蔽，对眼睛进行必要的保护。针对此问题，已有部分隐形眼镜开发了对蓝光、紫外线的屏蔽功能，但是具有不同光屏蔽功能的隐形眼镜多为多层结构(如包含防紫外层、防蓝光层等)，不仅制作过程复杂，而且使隐形眼镜整体厚度增加，降低了佩戴舒适度；此外也有部分隐形眼镜通过直接将紫外吸收剂、蓝光吸收剂加入水凝胶的制作过程中以提高对紫外线、蓝光的屏蔽性能，但是会对水凝胶的均匀性产生不利影响，进而影响透光度。因此，开发一种在保证良好透光度的基础上，对紫外线、蓝光双光均具有良好阻隔性能的水凝胶具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法，目的在于开发一种在保证良好透光度的基础上，对紫外线、蓝光双光均具有良好阻隔性能的水凝胶。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法，水凝胶的制备具体包括以下步骤：

4、(1)对氨基偶氮苯单体的制备：将对氨基偶氮苯加入单口圆底烧瓶中，用四氢呋喃溶解后再加入甲基丙烯酸异氰基乙酯，并将混合物在冷凝回流的条件下搅拌22～26h。在反应后的溶液中加入石油醚重结晶，将混合液体倒入抽滤瓶中进行抽滤，抽滤过程中用乙酸乙酯、石油醚混合液冲淋3～4次，在25～28℃下晾干得到对氨基偶氮苯单体。

5、(2)水凝胶的制备：将甲基丙烯酸羟乙酯、n-乙烯基吡咯烷酮、步骤(1)制得的对氨基偶氮苯单体、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵加到去离子水中，在25～28℃下匀速搅拌得到共聚单体溶液。然后，将乙二醇二甲基丙烯酸酯、过硫酸钾和四甲基乙二胺添加到溶液中，在冰浴中搅拌直至完全混合后，将得到的混合溶液转移到铸件中，并保持在25～28℃下反应22～26h。将所得产物浸入去离子水中去除未反应的单体后，得到共聚物水凝胶。

6、优选地，步骤(1)中的对氨基偶氮苯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、四氢呋喃的质量比为1:(2～2.2):10～12。

7、优选地，步骤(1)的抽滤过程中用的乙酸乙酯、石油醚混合液中乙酸乙酯与石油醚的质量比为1:(1～1.2)。

8、优选地，步骤(2)中共聚单体溶液中[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵、甲基丙烯酸羟乙酯、n-乙烯基吡咯烷酮、对氨基偶氮苯单体的质量比为1:9.5～9.8:9.5～9.8:0.06～0.14；共聚单体总质量与去离子水的质量比为1:(1.5～2)。

9、优选地，步骤(2)中共聚物单体总质量与乙二醇二甲基丙烯酸酯、过硫酸钾的质量比为1:0.005～0.008:0.001～0.003，四甲基乙二胺与过硫酸钾的摩尔比为1:0.213～0.218。

10、优选地，步骤(2)中的铸件是由一块玻璃板和一块聚丙烯板组成的，其中玻璃板和聚丙烯板由1.0mm厚的橡胶垫片隔开。

11、优选地，步骤(2)中清洗产物的去离子水每12h更换1次，连续操作8天；最终制备得到的共聚物水凝胶是厚度约为1.0mm的水凝胶片材。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

13、1、本发明制备得到的水凝胶中对氨基偶氮苯单体的加入，使单层水凝胶在保证良好透光度的基础上具备了紫外线、蓝光的双光阻隔性能。此外，在水凝胶复合材料中，对氨基偶氮苯单体聚合在分子链上，有效降低了对氨基偶氮苯小分子释放的风险，最终制得的水凝胶具有良好的生物相容性。

14、2、本发明水凝胶的制备过程中加入的[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵具有一定的致孔性，使得最终制得的水凝胶具有多孔结构，孔径可达到50μm，水凝胶表面的非连通孔的存在有利于增强水凝胶的保水能，因此最终制得的水凝胶具有较高的含水量。

15、3、本发明制得的水凝胶中对氨基偶氮苯的加入，使水凝胶更易热降解，降低了废弃水凝胶对环境的不利影响。同时，对氨基偶氮苯使水凝胶的疏水性有所增强，但对水凝胶的含水量影响不大。

16、说明书附图

17、图1为对氨基偶氮苯单体、实施例1、对比例1的傅里叶变换红外光谱图；

18、图2为实施例1～3、对比例1的xps光谱图；

19、图3为实施例1的扫描电镜图；

20、图4为对比例2的扫描电镜图；

21、图5为实施例1～3、对比例1的静态接触角，其中a为实施例1、b为实施例2、c为实施例3、d为对比例1；

22、图6为实施例1～3、对比例1的tga曲线图；

23、图7为实施例1～3、对比例1所的紫外-可见吸收光谱图；

24、图8为实施例1、对比例1对蓝光led光源的阻断效果图，其中(a)为对比例1、(b)为实施例1；

25、图9为实施例1～3、对比例1的细胞毒性测试结果。

技术特征：

1.一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法，其特征在于紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶的制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的对氨基偶氮苯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、四氢呋喃的质量比为1:(2～2.2):10～12。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的抽滤过程中用的乙酸乙酯、石油醚混合液中乙酸乙酯与石油醚的质量比为1:(1～1.2)。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中共聚单体溶液中[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵、甲基丙烯酸羟乙酯、n-乙烯基吡咯烷酮、对氨基偶氮苯单体的质量比为1:9.5～9.8:9.5～9.8:0.06～0.14；共聚单体总质量与去离子水的质量比为1:(1.5～2)。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中共聚物单体总质量与乙二醇二甲基丙烯酸酯、过硫酸钾的质量比为1:0.005～0.008:0.001～0.003，四甲基乙二胺与过硫酸钾的摩尔比为1:0.213～0.218。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的铸件是由一块玻璃板和一块聚丙烯板组成的，其中玻璃板和聚丙烯板由1.0mm厚的橡胶垫片隔开。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中清洗产物的去离子水每12h更换1次，连续操作8天；最终制备得到的共聚物水凝胶是厚度约为1.0mm的水凝胶片材。

技术总结
本发明提供了一种紫外线/蓝光双光阻隔的水凝胶及其制备方法。其制备方法包括如下步骤：由对氨基偶氮苯、甲基丙烯酸异氰基乙酯制备得到对氨基偶氮苯单体后，以甲基丙烯酸羟乙酯、N‑乙烯基吡咯烷酮、对氨基偶氮苯单体、[2‑(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺丙基)氢氧化铵为共聚单体，在水介质中通过自由基聚合制备得到了水凝胶。本发明制得的水凝胶不仅具有良好的生物相容性、高含水量等优点，而且其在保证良好透光度的基础上，对紫外线、蓝光均具有良好的阻隔性能，为防蓝光、防紫外线隐形眼镜的研究提供新思路。

技术研发人员：王泽锋,兰巧巧,顾勇冰,向佳成
受保护的技术使用者：丽水学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17