Lentes de contacto: composición química y propiedades

Departamento de Ciencias Básicas

Bogotá, D. C.

2016

ISSN: 1900-6187

ISBN: 978-958-5400-53-5

© Primera edición: julio de 2016

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Coordinación editorial

Andrea del Pilar Sierra

Corrección de estilo

Fredy Guzmán

Diagramación

William Yesid Naizaque O.

Carátula

Andrea Julieth Castellanos

Diseño de ePub:

Hipertexto

CONTENIDO

Presentación

Química de los polímeros

¿Qué es un polímero?

Algunos polímeros sintéticos

Algunos polímeros naturales

Características de los polímeros

Materiales empleados en lentes de contacto

Metacrilatos

Polimetilmetacrilato (PMMA): materiales de partida para lentes rígidos

Polihidroxietilmetacrilato (PHEMA): materiales de partida para lentes blandos (hidrogeles convencionales)

Hidrogeles de silicona

Lentes rígidos gas-permeables

Propiedades de los materiales empleados en lentes de contacto

Transparencia óptica

Propiedades mecánicas (módulo de elasticidad)

Humectabilidad

Contenido acuoso

Permeabilidad al oxígeno

Índice de refracción

Investigaciones recientes en la tecnología de lentes de contacto

Referencias bibliográficas

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Formación de polietileno a partir de su monómero (etileno)

Figura 2. Forma condensada del etileno y del polietileno

Figura 3. Formación del politetrafluoroetileno (PTFE) a partir del tetrafluoroetileno

Figura 4. Formación del poliestireno a partir de estireno

Figura 5. Fragmento de poliestireno

Figura 6. Tacticidad (arreglo) de los radicales fenilos del poliestireno

Figura 7. Estructura de la β-D-glucosa, monómero que forma la celulosa

Figura 8. Fragmento estructural de la celulosa

Figura 9. Fragmento de celulosa, conformación de silla

Figura 10. Asociación por puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de las cadenas lineales de celulosa

Figura 11. Péptido compuesto por seis aminoácidos: alanina, glicina, tirosina, glutamato, valina y serina

Figura 12. Conformación de un polímero lineal y un polímero ramificado

Figura 13. Fragmento del polietileno de baja densidad, como ejemplo de un polímero ramificado

Figura 14. Diferentes tipos de polímeros

Figura 15. Matriz tridimensional formada por las cadenas poliméricas

Figura 16. Acrilato

Figura 17. Ácido acrílico

Figura 18. Ácido metacrílico (MA)

Figura 19. Metil metacrilato (MMA)

Figura 20. Hidroxietil metacrilato (HEMA)

Figura 21. Polimerización del metilmetacrilato (MMA)

Figura 22. Representación de una cadena polimérica del polimetilmetacrilato (PMMA)

Figura 23. Representación de una cadena polimérica de polihidroxietilmetacrilato (PHEMA)

Figura 24. Etilenglicol-dimetacrilato (EGDMA)

Figura 25. Polymacon

Figura 26. N-vinil pirrolidona (NVP)

Figura 27. Dvinil benceno (DVB), agente entrecruzador

Figura 28. Tetrafilcon A

Figura 29. Monómeros del omafilcon A

Figura 30. Vifilcon A

Figura 31. Ácido metacrílico (MA) en su forma ionizada (metacrilato)

Figura 32. Modelo de las cadenas poliméricas negativas de etafilcon A, separadas entre sí por repulsión de cargas

Figura 33. Dimetil siloxano

Figura 34. Difenil siloxano

Figura 35. Polidimetilsiloxano

Figura 36. Polidifenilsiloxano

Figura 37. Tris (trimetil siloxy) silano

Figura 38. Estructura de los monómeros que forman el lotrafilcon A y B

Figura 39. Acetato butirato de celulosa (CAB)

Figura 40. a) 2,2,2-trifluoroetilmetacrilato, monómero para el b) poli 2,2,2-trifluoroetilmetacrilato

Figura 41. Relación entre una fuerza de tensión σ y la deformación ε experimentada por un material

Figura 42. Angulo de contacto (θ) entre una gota de líquido (aguao lágrima) y la superficie del lente

Figura 43. Se indica el ángulo de contacto formado entre un líquido y una superficie hidrofóbica y entre un líquido y una superficie hidrofílica

Figura 44. Goniómetro de Ramé-Hart

Figura 45. Formación del PDMS-PU-PEGMA (polidimetil siloxan-opoliuretano-polietilenglicol metacrilato)

A mi esposo Jaime Martínez, por su apoyo, comprensión y tolerancia,

cuando en mi cabeza solo rondan átomos y moléculas;

a mi madre y mi hermano, por su cariño, entrega y valiosos consejos;

y a mis tiernas sobrinitas, por ser la inspiración de mi vida… son ellas

quienes me llevan a ser cada vez una persona mejor. ¡Por un mundo

y una Colombia en paz para ellas y todos los niños del mundo!

¿Qué otra cosa puedo hacer que no sea escribir y soñar?

Jorge Luis Borges

PRESENTACIÓN

La finalidad de la presente obra es servir como material de apoyo en el módulo Materiales para Lentes de Contacto, ofrecido por la Maestría en Ciencias de la Visión de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad de La Salle. Pretende dar los conceptos básicos a partir de los cuales el estudiante pueda entender la composición química de los lentes de contacto y, con base en ella, inferir las propiedades que estos materiales le confieren. Tiene por propósito ser el punto de partida sobre el cual el estudiante pueda aproximarse a la lectura de literatura científica de artículos de investigación discutidos dentro del mismo módulo.

Se trata de un manuscrito original, por cuanto presenta los contenidos desde una perspectiva del desarrollo químico conceptual de las moléculas que forman estos materiales. Comienza con las unidades monoméricas hasta llegar a la construcción de los polímeros correspondientes. A su vez, aborda la aplicabilidad que estos conceptos tienen en el campo específico de la optometría.

Para ello, se hace una breve descripción inicial de la química de polímeros, con ejemplos ilustrativos, como introducción conceptual a la composición química y a las propiedades que presentan los materiales empleados en la construcción de lentes de contacto. El abordaje de la composición química de dichos materiales pretende desarrollar en el lector, de una manera progresiva, la comprensión de las complejas moléculas involucradas.

El texto comienza explicando de manera sencilla la composición básica de estos polímeros: se parte de las moléculas precursoras, como los acrilatos, los silanos y los siloxanos, hasta llegar a la construcción de materiales como el polimetilmetacrilato (PMMA), el polihidroxietilmetacrilato (PHEMA) y los polímeros empleados en los hidrogeles convencionales, los hidrogeles de silicona y los lentes rígidos gaspermeables. La descripción química se hace en paralelo a la explicación de las características que confieren dichas moléculas, de forma tal que el lector logre asociar estructuras químicas con propiedades como humectabilidad, contenido acuoso, permeabilidad al oxígeno y módulo de elasticidad. Además, se dedica un capítulo aparte a la explicación ampliada de dichas propiedades.

Para finalizar, se exponen brevemente las tendencias actuales en investigación en materiales para lentes de contacto, dirigidas a minimizar complicaciones oculares y mejorar la calidad de la visión en los usuarios.

Agradezco al profesor Francisco Sepúlveda, director del Departamento de Ciencias Básicas, y al profesor Ricardo Montealegre, coordinador del Área de Química y Biología; por su constante apoyo y valiosos consejos. A los doctores Jairo García, decano de la Facultad de Ciencias de la Salud, Édgar Leguizamón, secretario académico de la misma Facultad, Marcela Camacho, directora de la Maestría en Ciencias de la Visión, y Martha Fabiola Rodríguez, anterior directora de la Maestría; por la oportunidad que me han brindado de ser docente de esta última. A los estudiantes y profesores de la Maestría y, en general, de la Facultad, por sus valiosos aportes, pues he aprendido mucho de ellos.