Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/6757

TitleObjective analysis of properties and material degradation in contact lens polymers using different techniques
Author(s)González-Méijome, José Manuel
Advisor(s)Almeida, José B.
Parafita, Manuel A.
Issue date28-Jun-2007
Abstract(s)Biocompatibility of contact lens polymers is the ability of the material to be worn in direct contact with the ocular surface without an adverse response of the host. In the contact lens field, it depends strongly on the ability of the material to respect the physiological needs of the ocular surface, and avoid or minimize other different forms of interaction. With moderns lenses, many aspects that caused problems in the past (i.e. oxygen transmissibility), have been solved, however, the impact of contact lenses on the ocular surface due to both topographic and mechanical characteristics and the dehydration process followed after insertion are still a matter of concern. The present Thesis address four main issues: 1) The evaluation of the pattern of contact lens fitting in our country and the symptoms more commonly associated with contact lens wear are covered in chapters 1 and 2; 2) Literature review of the main properties that characterize the contact lens materials and how they can interact with the ocular tissue as a consequence of wear and/or material spoliation covered in chapters 3 and 4; 3) Evaluation of different contact lens materials using different techniques to analyze some properties at the contact lens surface and the bulk of the material which are covered in chapters 5 to 10; 4) Analyze how some of those properties can change as a consequence of contact lens wear which is covered in chapters 11 to 13. Chapter 14 addresses the overall discussion of the results, some conclusions and proposals for future work to be developed in this filed with the body of knowledge acquired during the realization of this work. In the 2 introductory chapters we have observed that soft contact lenses are the most widely fitted in Portugal, with silicone hydrogel materials experiencing a significantly increase and already account for more than 20% of the new fits and refits despite the reduced proportion of brands within this field so far. Contact lens wearers usually report symptoms related with contact lens discomfort most frequently than non-contact lens wearers, and most of them could be related to dryness as the end of day discomfort, scratchiness and eye redness. The first experimental part of the Thesis has evidenced a specific and different behavior of silicone hydrogel materials regarding the relationship of equilibrium water content (EWC) and refractive index of the material if we compare them with the classical relationships followed by conventional hydrogels. These findings are of particular relevance when we need to characterize the dehydration of materials as a result of wear. Regarding microscopy, the microscopic technique that allows us to evaluate contact lenses in a less invasive way and in the natural hydrated state was atomic force microscopy (AFM). Again silicone hydrogels materials show a remarkable different pattern of surface topography, particularly those of the first generation including surface treatment to improve wettability. This technique also allows us to obtain information about the mechanical behavior of the material, with a nanometric precision. Complimentary, the oxygen permeability (Dk) and transmissibility (Dk/t) of some silicone hydrogel contact lens materials have been evaluated. These studies concluded that silicone hydrogel materials within a range of high oxygen permeability, are not expected to induce significant differences in their oxygen performance in physiological terms (i.e. evaluating the actual amount of oxygen reaching the contact lens-cornea interface) even with significant changes in their Dk/t values. The in vitro dehydration process of silicone hydrogel and conventional hydrogel materials is characteristic of each material, depending essentially on their EWC and several quantitative parameters have been obtained with this new approach. The second experimental part has been focused on the evaluation of the effects of wear on some characteristics of contact lens materials, particularly the topographic and mechanical parameters at the lens surface, their EWC and in vitro dehydration process. In the corresponding chapters, it has been observed that materials become less elastic and harder with wear, which is reflected as an increase in their elastic modulus of worn lenses when compared against unworn samples of the same characteristics under the same experimental conditions. Topographic information shows an overall increase of surface roughness of polymer surface, except in some samples where the high irregular surface of the unworn samples results in a partial uniformization of the surface elevation pattern because of the deposits that form films over the contact lens surface. The in vitro dehydration process shows a remarkable change in qualitative and quantitative terms with significantly higher initial dehydration rates. Samples worn for periods of one month demonstrated changes in their EWC with a trend towards decreasing EWC after several days in saline. Overall, the present work demonstrates objectively that some contact lens materials become more irregular and more rigid in their surfaces, decrease the EWC and increase their initial dehydration rates under in vitro conditions. These changes could cause a significant increase in the negative interactions between contact lenses and the most superficial tissues in the ocular surface.
A biocompatibilidade dos materiais para lentes de contacto representa a capacidade dos mesmos para serem utilizados em contacto directo com a superfície ocular sem causar respostas adversas no olho. No âmbito das lentes de contacto esta biocompatibilidade depende da capacidade do material para respeitar as necessidades fisiológicas da superfície ocular e evitar ou minimizar outros tipos de interacções. Nas lentes actuais, muitos destes aspectos foram já melhorados ou até ultrapassados (p.e. a transmissibilidade ao oxigénio), no entanto, o impacto destas lentes na superfície ocular pelas suas características de topografia superficial e propriedades mecânicas ou a resistência dos materiais à desidratação e a adesão de depósitos ainda são aspectos a resolver. Esta Tese trata de abordar os seguintes aspectos: 1) A avaliação dos padrões actuais de prescrição e adaptação de lentes de contacto em Portugal e quais os sintomas que referem os usuários com maior frequência e que são abrangidos pelos capítulos 1 e 2; 2) Revisão da literatura sobre as principais propriedades que caracterizam os materiais para lentes de contacto, como se relacionam com a superfície ocular e como podem mudar estas relações pelo processo natural de deterioração dos materiais com o seu uso. Estes aspectos são abrangidos pelos capítulos 3 e 4; 3) Avaliação de distintos materiais de lentes de contacto utilizando diferentes técnicas para analisar algumas das propriedades da superfície e do interior das lentes de contacto, aspectos que são abrangidos pelos capítulos 5 a 10; 4) Avaliar em que medida sofrem alterações algumas das propriedades dos materiais como consequência do uso, o que é abordado nos capítulos 11 a 13. O capítulo 14 proporciona uma discussão geral dos resultados da Tese e as suas conclusões mais importantes, proporcionando ainda linhas de trabalho futuro utilizando o conhecimento adquirido durante a preparação deste trabalho de Tese. Nos dois capítulos introdutórios, observou-se que as lentes de contacto mais utilizadas em Portugal são as lentes hidrofílicas, e dentro destas destacam as lentes de silicone hidrogel, que já representam mais de um 20% das novas adaptações e readaptações, apesar de do ainda limitado número de marcas disponíveis neste segmento. Os usuários de lentes de contacto, geralmente apresentam mais queixas de desconforto que os não usuários e muitas destas queixas podem ser associadas à secura ocular. A primeira parte experimental da Tese evidenciou que os materiais de silicone hidrogel apresentam uma relação entre o seu teor de água e o índice de refracção do material hidratado que é diferente do que até agora se admitia para os materiais de hidrogel convencionais. Isto é importante para se poder avaliar o grau de desidratação de lentes de contacto de silicone hidrogel mediante técnicas de refractometria. Em relação com a microscopia, a técnica que permite uma melhor visualização das lentes de contacto hidrofílicas no seu estado hidratado é a microscopia de força atómica (AFM). Neste aspecto as lentes de silicone hidrogel apresentam também um padrão topográfico característico, principalmente as lentes de primeira geração que utilizam tratamentos de superfície para melhorar a humectabilidade. Esta técnica permite obter também informação acerca do comportamento mecânico dos materiais com elevada resolução. De um modo complementar também se estudo a permeabilidade ao oxigénio (Dk) e a transmissibilidade (Dk/t) de distintos materiais de silicone hidrogel. Estes estudos concluíram que com as lentes de hidrogel de silicone de alta permeabilidade não devem induzir alterações significativas na superfície ocular quanto à quantidade de oxigénio que atinge a superfície corneal mesmo que se produzissem mudanças significativas no valor da transmissibilidade. Estudou-se também o processo de desidratação in vitro de distintas lentes de hidrogel e de silicone hidrogel, demonstrando que este processo é característico de cada material e depende essencialmente do seu teor de água. Foram obtidos diferentes parâmetros quantitativos que caracterizam este processo utilizando este novo método de análise. A segunda parte experimental está focada na avaliação dos efeitos do uso em algumas propriedades dos materiais das lentes de contacto, em particular nos parâmetros topográficos e mecânicos da superfície das lentes, no teor de água e no processo de desidratação. Nos capítulos correspondentes, observou-se que com o uso, os materiais se tornam menos elásticos e mais duros. A informação da topografia da superfície mostra que no geral, aumenta a rugosidade da superfície da lente, com algumas excepções de materiais inicialmente muito rugosos nos que os depósito de materiais como consequência do uso resultam até numa regularização parcial da superfície. O processo de desidratação in vitro mostra também alterações importantes em termos qualitativos e quantitativos, com um aumento nos parÂmetros de deshidratação inicial. As amostras usadas também demonstrataram uma menor capacidade do polímero para recuperar a sua hidratação original mesmo após vários dias em solução salina. Globalmente, este trabalho mostra que alguns materiais de lentes de contacto se tornam mais irregulares e rígidos nas suas superfícies, diminuindo também, embora ligeiramente, a sua capacidade de hidratação e principalmente, a sua capacidade de retenção da hidratação alcançada, medida mediante técnicas de desidratação in vitro. Estas alterações poderão ter consequências negativas para o relacionamento entre a superfície dos materiais de lentes de contacto e a superfície ocular.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de Doutoramento em Ciências.
URIhttp://hdl.handle.net/1822/6757
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
CDF - OCV - Teses de Doutoramento/PhD Thesis

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