Politechnika Wrocławska

Studia podyplomowe

OPTOMETRIA

Praca końcowa:

Zastosowanie mikroskopii sił atomowych do charakteryzacji

soczewek kontaktowych

Agnieszka Tomaszewska

Wrocław 2015

2

Spis treści

Wstęp………………………………………………………………………………………….3

1. Zjawiska zachodzące na powierzchni soczewki kontaktowej– wybrane zagadnienia..4

2. Podstawy metody mikroskopii sił atomowych (AFM) uwzględnieniem specyfiki

badań obiektów biologicznych……………………………………………………… 8

2.1. Fizyczne podstawy metody AFM …………………………………………………….8

2.2. Rodzaje wyników uzyskiwanych za pomocą techniki AFM i ich użyteczność do oceny

jakości soczewek kontaktowych……………………………………………………..10

3. Zastosowanie metody AFM do badania nienoszonych soczewek kontaktowych…. 13

3.1 Wpływ metody wytwarzania soczewki na szorstkość jej powierzchni……………....13

3.2. Wpływ materiału, modyfikacji powierzchni oraz stopnia uwodnienia soczewki

kontaktowej na szorstkość jej powierzchni………………………………………..…16

3.3 Zastosowanie techniki AFM do oceny adhezyjności i własności elastycznych

soczewek kontaktowych……………………………………………………………...18

4. Badania noszonych soczewek kontaktowych za pomocą AFM…………………...…20

5. Wnioski……………………………………………………………………………….24

Literatura…………………………………………………………………………….……….25

3

Wstęp

W ostatnich latach obserwuje się rosnący wzrost zainteresowania soczewkami

kontaktowymi wśród osób, których układ optyczny oka wymaga korekcji. Jednocześnie

odnotowuje się wzrost wymagań stawianych soczewkom kontaktowym, jako alternatywie

soczewek okularowych w kontekście zapewnienia użytkownikowi komfortu, na który, oprócz

czynników zapewniających wysoką jakość odwzorowania optycznego składają się także

biokompatybilność, prawidłowa gazoprzepuszczalność czy odpowiednie parametry

mechaniczne. Konkurencja na światowym rynku soczewek kontaktowych wymusza na

producentach wprowadzenia działań nakierowanych na poprawę jakości oferowanych

produktów w celu ich dostosowania do potrzeb rynku. To z kolei stanowi bodziec do

prowadzenia prac naukowo-badawczych zmierzających do poznania tych własności soczewek

kontaktowych, które przekładają się na komfort ich stosowania. Z uwagi na fakt, że o

komforcie użytkowania soczewek decydują w większości procesy, które albo ściśle

przebiegają na powierzchni soczewki (np. tworzenie biofilmu lub osadów białkowych) albo

na powierzchni zostają zapoczątkowane (np. adsorpcja cząsteczek tlenu na powierzchni

soczki poprzedzająca jego dyfuzję w kierunku rogówki) poznanie własności powierzchni

soczewek stanowią punkt wyjścia w kierunku ich modyfikacji pod kątem poprawienia

komfortu ich użycia.

W badaniach własności powierzchni materiałów bądź obiektów kluczową rolę

odgrywa mikroskopia. Badania prowadzone przy użyciu mikroskopów świetnych bądź

biomikroskopów z lampą szczelinową dostarczają informacji służących jedynie do zgrubnej

oceny jakości powierzchni soczewek kontaktowych, odgrywając niewielką rolę w badaniach

zjawisk zachodzących na powierzchni w skali mikro. Dogłębne poznanie własności

powierzchni wymaga użycia takich metod, które pozwalają na uzyskanie rozdzielczości rzędu

kilku nanometrów, a zatem takich, które umożliwiają obserwację pojedynczych bakterii czy

cząstek organicznych zaadsorbowanych na powierzchni soczewek kontaktowych.

Spośród metod mikroskopowych używanych do badania powierzchni materiałów w

nanoskali na szczególną uwagę zasługuje niewątpliwie mikroskopia sił atomowych (AFM,

ang. Atomic Force Microscopy). Użyteczność tej techniki w zakresie badania wspomnianych

obiektów wynika z faktu, iż technika ta stwarza możliwość badania własności powierzchni

soczewki zanurzonej w roztworze soli fizjologicznej, a zatem w warunkach mocno

zbliżonych do warunków fizjologicznych. Dodatkowo, brak konieczności odpowiedniego

przygotowania powierzchni poprzez jej agresywne czyszczenie, co w przypadku materiałów

biologicznych czy materiałów przeznaczonych do zastosowań biomedycznych mogłoby

doprowadzić do zniszczenia struktury powierzchni przesądza o przewadze metody AFM w

porównaniu ze skaningową mikroskopią elektronową (SEM). Wreszcie brak przewodnictwa

elektrycznego materiałów przeznaczonych do produkcji soczewek kontaktowych oznacza, że

omawiana metoda staje się z często metodą wybieraną z konieczności do charakteryzowania

powierzchni soczewek kontaktowych.

Celem niniejszej pracy jest zaprezentowanie możliwości zastosowania metody AFM

do badania własności powierzchni soczewek kontaktowych, ze szczególnym uwzględnieniem

aktualnych trendów badawczych w tym zakresie. Praca ma charakter przeglądowy.

Podsumowuje najważniejsze wyniki badań soczewek kontaktowych, dokonanych przy użyciu

AFM, zaczynając od pierwszych prób użycia tej metody aż po chwilę obecną.

4

1. Zjawiska zachodzące na powierzchni soczewki kontaktowej–

wybrane zagadnienia

W odróżnieniu od soczewki okularowej, soczewka kontaktowa po nałożeniu na

powierzchnię gałki ocznej podlega oddziaływaniu z błonami biologicznymi (rogówką i

spojówką) oraz filmem łzowym. Mimo, iż oddziaływania te naturalnie wpisują się w

charakterystykę zagadnienia soczewek kontaktowych, stanowią jednak poważne wyzwania

dla producentów soczewek, gdyż prawidłowość ich przebiegu decyduje w zasadniczej mierze

o komforcie użytkowania soczewki.

Soczewka kontaktowa przed umieszczeniem na powierzchni gałki ocznej powinna zostać

poddana procesowi czyszczenia przy użyciu specjalnego płynu pielęgnacyjnego. Z

mikrobiologicznego punktu widzenia ten ostatni stanowi roztwór substancji organicznych, w

którym zawsze obecne są niezamierzone ilości bakterii. Po zanurzeniu soczewki w takim

roztworze jego komponenty: substancje organiczne i bakterie dyfundują w kierunku obu

powierzchni soczewek (zewnętrznej i wewnętrznej) i osiadają na nich. Różnice wielkości

komponentów przekładają się na różnice prędkości ich dyfuzji w kierunku powierzchni

soczewki; cząsteczki organiczne jako mniejsze dyfundują szybciej i osiadając na

powierzchniach soczewki tworzą na nich warstwę odżywczą (ang. conditioning film) dla

bakterii. Tworzenie tzw. biofilmu przebiega dwuetapowo i przedstawione jest na rys.1 [1].

Pierwszy etap obejmuje jego fizyczną adsorpcję na powierzchni soczewki. Na tym etapie

biofilm może być stosunkowo łatwo usunięty z powierzchni soczewki, z uwagi na niewielką

wartość energii wiązania. Bezpośrednio po tym etapie następuje silniejsze wiązanie się

biofilmu z powierzchnią soczewki, przebiegające z wytworzeniem wiązań chemicznych

między biofilmem a powierzchnią soczewki. Proces ten jest nieodwracalny; biofilm nie może

zostać już usunięty z powierzchni soczewki, nawet w wyniku długotrwałego czyszczenia.

Zanieczyszczona w ten sposób soczewka kontaktowa, nałożona na powierzchnię gałki ocznej

może być przyczyną rozwoju zapaleń rogówki i spojówki [2].

Przyjmuje się, że tworzenie biofilmu na powierzchni soczewki kontaktowej ma związek z

fizykochemicznymi własnościami jej powierzchni, a ściślej z hydrofobowością i obecnością

powierzchniowego ładunku elektrycznego [3]. Ten fakt oznacza, że odpowiednia modyfikacja

właściwości powierzchni soczewek kontaktowych stwarza realną szansę takiego sterowania

procesami oddziaływania powierzchni soczewki z płynem pielęgnacyjnym, tak by proces

tworzenia się biofilmu był znacznie utrudniony.

Należy zauważyć również, że nałożona na powierzchnię oka soczewka kontaktowa stanowi

barierę dla metabolizmu rogówkowego. Bezpieczna i komfortowa soczewka kontaktowa

powinna cechować się na tyle dobrą gazoprzepuszczalnością, by zapewnić z jednej strony

odpowiedni transport tlenu z atmosfery do rogówki, z drugiej zaś odprowadzenie dwutlenku

węgla, jako produktu metabolizmu w rogówce do atmosfery. Proces doprowadzenia tlenu z

atmosfery do rogówki poprzedzony jest szeregiem zjawisk fizykochemicznych, zachodzących

na powierzchni soczewki. Jest oczywistym, że to własności powierzchni decydują o tym, czy

zderzenie cząsteczki tlenu z zewnętrzną powierzchnią soczewki kontaktowej zakończy się jej

związaniem na powierzchni, umożliwiającym późniejszą dyfuzję w kierunku rogówki czy po

zderzeniu cząsteczka tlenu jedynie odbije się od powierzchni soczewki i powróci do

atmosfery. Korzystna jest zatem taka manipulacja własnościami powierzchni soczewki

kontaktowej, która zwiększy prawdopodobieństwo adsorpcji tlenu na jej powierzchni.

5

Rys.1 Powstawanie biofilmu na powierzchni soczewki kontaktowej: (A) tworzenie warstwy

odżywczej, (B)- (E) fizyczna adsorpcja biofilmu na powierzchni soczewki, (F)- chemiczna

adsorpcja biofilmu na powierzchni soczewki [1].

Wykonana z biomateriału soczewka kontaktowa stanowi swoistą protezę, która po

umieszczeniu na powierzchni oka jest identyfikowana przez układ immunologiczny

człowieka jako obce działo. Kontakt z błonami biologicznymi- rogówką i spojówką

zapoczątkowuje reakcję, prowadzącą do produkcji przeciwciał, które następnie wejdą w skład

filmu łzowego. Reakcja taka jest integralna częścią procesu implantacji, choć może

doprowadzić do odrzucenia implantu. W przypadku soczewek kontaktowych ryzyko

odrzucenia implantu nie niesie za sobą tak poważnych konsekwencji jak w przypadku

przeszczepów narządów, niemniej jednak powoduje powstawanie podrażnień i pozbawia

użytkownika alternatywy tradycyjnej korekcji okularowej. Z tego powodu wyzwaniem dla

producentów soczewek kontaktowych jest poszukiwanie takich możliwości modyfikacji

6

chemicznej powierzchni soczewek kontaktowych, aby jak najlepiej sprostać wymaganiom

biozgodności i zmniejszyć prawdopodobieństwo niekorzystnej odpowiedzi immunologicznej

organizmu na soczewkę.

Wewnętrzna powierzchnia soczewki kontaktowej po nałożeniu na powierzchnię

rogówki ulega oddziaływaniu z filmem łzowym. Również zewnętrzna powierzchnia

soczewki, wystawiona początkowo na działanie powietrza atmosferycznego po pierwszym

mrugnięciu zostaje zwilżona warstwą filmu łzowego. Przyleganie filmu łzowego do

powierzchni soczewki jest nie tylko zdeterminowane przez własności samego filmu, ale

również przez własności powierzchni soczewki, a w szczególności jej hydrofobowości, która

decyduje o stopniu jej zwilżenia. Warstwa filmu łzowego na zewnętrznej powierzchni

soczewki jest dość niestabilna na skutek niekorzystnego zjawiska agregacji składników filmu

w postaci osadów białkowych i lipidowych. Osady te nie tylko pogarszają jakość

odwzorowania optycznego uzyskiwanego za pomocą takiej soczewki, ale także stanowią

podłoże, na którym może rozwinąć się infekcja bakteryjna. Badania pokazują, że istotnym

parametrem predysponującym soczewkę do akumulacji na jej powierzchni składników filmu

łzowego jest jej szorstkość [4]. Zmniejszenie szorstkości powierzchni soczewki stanowi

realną szansę poprawy komfortu jej użytkowania poprzez ograniczenie niekorzystnego

zjawiska tworzenia się na jej powierzchni osadów. Zmniejszenie szorstkości powierzchni

soczewki kontaktowej jest również pożądane, biorąc pod uwagę oczywisty związek między tą

cechą powierzchni a prawdopodobieństwem powstawania podrażnień mechanicznych błon

biologicznych, narażonych na bezpośredni kontakt z soczewką.

Wracając do problemu tworzenia osadów organicznych należy wspomnieć, iż nie bez

znaczenia pozostaje kwestia składu chemicznego powierzchni, gdyż mechanizmem

odpowiedzialnym jest przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy składnikami filmu łzowego a

powierzchnią soczewki.

Wymaga się również, by własności mechaniczne soczewek zapobiegały powstawaniu

podrażnień mechanicznych błon biologicznych. Własności te, podobnie jak

gazoprzepuszczalność soczewek zależą od zawartości wody w soczewce [5]. Zawartość wody

w soczewce nie jest jednak parametrem stałym, lecz zależnym od temperatury otoczenia i

jego wilgotności. Uważa się, że wzdłuż przekroju soczewki występuje gradient uwodnienia, a

najwięcej wody gromadzi się na jej obu powierzchniach. Na zewnętrznej powierzchni

soczewki zachodzą procesy umożliwiające osiągnięcie równowagi termodynamicznej z

otoczeniem. To oznacza, że część wody zawartej w soczewce jest wytracona na skutek jej

parowania z powierzchni. Ubytki wody w soczewce sa następnie kompensowane na skutek

pobierania wody z gałki ocznej lub warstwy wodnej filmu łzowego znajdującego się

pomiędzy rogówką a wewnętrzną powierzchnia soczewki kontaktowej. W przypadku braku

możliwości uzupełnienia deficytu wody soczewka kontaktowa ulega odwodnieniu, w wyniku

czego pogarsza się jej gazoprzepuszczalność i elastyczność. Z punktu widzenia zapobiegania

odwodnieniu soczewki kontaktowej oraz podsychania rogówki istotna jest nie tylko

prawidłowa jakość filmu łzowego, ale także wysoka zwilżalność (hydrofilność) powierzchni

soczewki kontaktowej, jako czynnik decydujący o stopniu przylegania filmu łzowego do tej

powierzchni.

Materiały hydrożelowe, których początki stosowania w praktyce kontaktologicznej

sięgają lat 60-tych XX wieku, wyróżniają się dobrymi własności hydrofilowymi. Poza tym

cechują, dużą elastycznością i zadowalającą biokompatybilnością. Niestety, ich

mankamentem jest niska gazoprzepuszczalność. Materiały silikonowo- hydrożelowe,

wprowadzone pod koniec lat 90-tych dostarczają użytkownikowi komfortu porównywalnego

z soczewkami hydrożelowymi, a przy tym cechują się większą gazoprzepuszczalność niż ich

poprzednicy [6]. Niestety ich wadą jest większa sztywność i gorsza zwilżalność powierzchni,

związana z obecnością na powierzchni hydrofobowych grup siloksanowych. Ten ostatni

7

czynnik jednakże może zostać wyeliminowany dzięki wprowadzeniom modyfikacji

powierzchni w finalnym procesie ich wytwarzania.

Podsumowując to, co zostało powiedziane wyżej należy stwierdzić, że własności

powierzchni soczewki są istotnym czynnikiem decydującym o komforcie ich użytkowania,

gdyż to właśnie na powierzchni zachodzi szereg procesów ważnych dla prawidłowej

eksploatacji soczewki. Istotnym jest zatem poznanie własności powierzchni w skali

umożliwiającej śledzenie procesów tworzenia się na niej osadów, powstawania odpowiedzi

immunologicznej czy adsorpcji molekuły tlenu. W następnym rozdziale przedstawione

zostanie narzędzie, które umożliwia badanie powierzchni z rozdzielczością rzędu 1

nanometra. Zastosowanie tej metody do badania powierzchni soczewek kontaktowych m.in.

pozwoli odpowiedzieć na następujące pytania:

Czy szorstkość powierzchni wpływa na tworzenie się biofilmu?

Czy szorstkość powierzchni zależy od sposobu wytwarzania soczewki?

Która metoda wytwarzania pozwala na uzyskanie soczewek o najbardziej pożądanych

własnościach elastycznych?

Czy własności powierzchni soczewek zmieniają się w miarę używania soczewek?

Wyniki prac badawczych, stanowiące odpowiedzi na te i inne pytania zostaną omówione w

dalszych rozdziałach pracy.

8

2. Podstawy metody mikroskopii sił atomowych (AFM) z

uwzględnieniem specyfiki badań soczewek kontaktowych.

2.1. Fizyczne podstawy metody AFM

Mikroskopy AFM zaliczane są do rodziny mikroskopów z ostrzem skanującym SPM (ang.

Scanning Probe Microscopy), które umożliwiają badanie morfologii powierzchni materiałów,

w tym również biomateriałów z rozdzielczością do 0,1 nm. Istotą pomiaru jest tutaj

oszacowanie siły działającej pomiędzy atomami próbki a atomem, stanowiącym zakończenie

ostrza zbliżanego do powierzchni. W zależności od odległości pomiędzy ostrzem a

powierzchnią możemy wyróżnić kilka typów sił, które ogólnie dzielimy na krótkozasięgowe

siły odpychające (głównie siły van der Waalsa, odpowiedzialne m.in. za zwilżalność

powierzchni) oraz siły dalekozasięgowe siły, do których zaliczamy przyciągające i

odpychające siły elektrostatycznego oddziaływania, siły magnetyczne i siły kapilarne

związane z obecnością wody pomiędzy próbką a ostrzem mikroskopu [7]. Zmiany energii

potencjalnej U oddziaływania pomiędzy ostrzem a próbką w funkcji odległości z między nimi

przedstawia rys.2.

Rys. 2 Zmiany energii potencjalnej oddziaływań pomiędzy ostrzem a powierzchnia w funkcji

odległości między nimi [7].

Znajomość analitycznej postaci wyrażenia opisującego zmiany energii potencjalnej w funkcji

odległości pozwala na obliczenie siły F działającej między ostrzem i powierzchnią (i vice

versa) na podstawie relacji:

9

z

UF

(1)

Pomiar siły za pomocą mikroskopu AFM jest możliwy dzięki temu, że ostrze zamocowane

jest na mikrobelce (cantiliver), która podlega ugięciu w górę lub w dół, w zależności od tego,

czy siła działająca pomiędzy ostrzem i powierzchnia jest odpychająca czy przyciągająca.

Pomiar wygięcia jest realizowany metodą optyczną.

Schemat działania mikroskopu AFM przedstawia rys.3.

Rys. 3. Schemat działania mikroskopu AFM [8]

Badana próbka może przewodzić prąd elektryczny, ale może również stanowić materiał

nieprzewodzący, stąd tez wynika użyteczność metody do badań powierzchni soczewek

kontaktowych. Badania można przeprowadzać zarówno w próżni, jak i w powietrzu lub

atmosferze innych gazów, a nawet w cieczy. Ten ostatni aspekt czyni AFM wyjątkowo

użytecznym narzędziem w badaniach powierzchni soczewek kontaktowych, gdyż umożliwia

charakteryzację tych obiektów w cieczy o składzie, odpowiadającym filmowi łzowemu.

W zależności od rodzaju sił, które eksperymentator zamierza badać możliwe jest

wykorzystanie trzech zasadniczych modów pracy mikroskopu AFM:

a) Tryb kontaktowy (ang. contact mode) wykorzystuje siły odpychania. Istota pomiaru

jest doprowadzenie do kontaktu (nacisku) ostrza na badana próbkę. Zwykle odległość

pomiędzy ostrzem i badana powierzchnią jest mniejsza niż 1 nm.

b) Tryb bezkontaktowy (ang. noncontact mode) umożliwia wyznaczenie sił przyciągania

dalekiego zasięgu. Ostrze zwykle jest oddalone od powierzchni na odległość od kilku

do 100 nm.

c) Tryb kontaktu przerywanego (ang. tapping mode) umożliwia wprowadzenie

mikrobelki w drgania o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości drgań

rezonansowych. Za generacje takich drgań odpowiada element piezoelektryczny

połączony z dźwignią.

W metodzie AFM, dzięki temu, że ostrze przesuwa się punkt po punkcie nad skanowaną

powierzchnią możliwe jest obliczenie siły oddziaływania pomiędzy ostrzem a każdym jej

10

punktem. Taki zbiór danych jest następnie komputerowo przetwarzany na obraz powierzchni.

Do skanowania wybiera się zwykle niewielkie fragmenty badanej powierzchni (np. 10×10

μm2), których wielkość podyktowana jest czasem potrzebnym na uzyskanie obrazu, co w

przypadku badania zjawisk dynamicznych nie jest bez znaczenia. Powtarzalność wyników

zapewnia się poprzez porównanie obrazów AFM z kilku, najlepiej odległych od siebie

fragmentów badanej powierzchni.

Najważniejszym ograniczeniem metody AFM w badaniach materiałów biologicznych,

a do takich zaliczyć można także soczewki kontaktowe jest ich miękkość, co czyni je

nieodpowiednimi materiałami do badania w trybie kontaktowym.

Dobrym rozwiązaniem jest przeprowadzenie pomiaru w środowisku wodnym, co realizowane

jest poprzez zanurzenie badanej soczewki w specjalnej komorze pomiarowej. Dodatkową

korzyścią wypływającą z takiego rozwiązania jest możliwość zastosowania płynu o składzie

biochemicznym, odpowiadającym filmowi łzowemu, ewentualnie zanieczyszczonemu

obecnością bakterii. Takie warunki pomiaru imitują naturalne warunki fizjologiczne, na które

wyeksponowana jest soczewka kontaktowa podczas jej używania. Wyniki pomiaru uzyskane

w takich warunkach odpowiadają soczewkom w stanie uwodnienia ich uwodnienia.

Alternatywą trybu kontaktowego jest wspomniany wyżej tryb przerywany, uważany za

najmniej inwazyjny tryb pomiarowy, szeroko stosowany w pomiarach soczewek

kontaktowych. Pomiar realizowany w powietrzu odpowiada warunkom odwodnienia

soczewki. Takie wyniki maja wartość porównawczą i pozwalają wnioskować o zmianach

zachodzących na powierzchni soczewek kontaktowych i ich właściwościach mechanicznych u

osób cierpiących na zaburzenia wydzielania filmu łzowego.

Inne cechy, które czynią AFM użytecznym narzędziem do badania powierzchni

soczewek kontaktowych jest możliwość badania powierzchni, która pod względem

elektrycznym jest izolatorem, a także rozdzielczość umożliwiająca obrazowanie

pojedynczych komórek bakterii i białek. Wadą metody jest niewątpliwie brak możliwości

chemicznej analizy powierzchni.

2.2. Rodzaje wyników uzyskiwanych za pomocą techniki AFM i ich użyteczność

do oceny jakości soczewek kontaktowych

W wyniku skanowania powierzchni punkt po punkcie możliwe jest uzyskanie dwu-

lub trójwymiarowego obrazu morfologii badanej powierzchni. Obraz taki ujawnia obecność

na powierzchni ewentualnych nierówności i niewielkich rozmiarów elementów, które

przekładają się na wrażenie gładkości lub szorstkości powierzchni. Dzięki temu nawet

jakościowy obraz AFM umożliwia już zgrubną ocenę stopnia gładkości powierzchni

soczewki kontaktowej. Rys. 4 przedstawia przykładowe trójwymiarowe obrazy morfologii

powierzchni kilku soczewek hydrożelowych. Jakościowa ocena stopnia gładkości

powierzchni pozwala wyodrębnić na powierzchni każdej przedstawionej tu soczewki

obecność struktur ziarnistych, różniących się wyraźnie rozmiarami. Dodatkowo na rys.4b,

który odpowiada soczewce O2 Optix widoczne są wystające ponad powierzchnię, ostro

zakończone obiekty.

11

Rys. 4 Obrazy AFM (8×8 μm2) powierzchni soczewek hydrożelowych: a) Acuvue Advance,

b) O2 Optix, c) Acuvue 2, d) Precision [9].

Analiza obrazów AFM przy pomocy komercyjnych oprogramowań pozwala na oszacowanie

szeregu parametrów, chrakteryzujących własności powierzchni w sposób ilościowy. Należy

przy tym podkreślić, że wszystkie omówione poniżej statystyczne miary, stosowane do oceny

szorstkości zależą od rozmiarów obrazu AFM, na podstawie którego zostały wyliczone. Z

tego powodu przy analizach porównawczych szorstkości powierzchni różnych soczewek

należy zwracać uwagę z jak dużego obszaru wartości te zostały wyliczone.

Pierwsza grupę tych parametrów stanowią te wielkości, które pozwalają na ocenę szorstkości

powierzchni. Parametr ten uważany jest za kluczowy przy rozważaniach podatności

powierzchni na tworzenie się na niej osadów. Im wielkości charakteryzujące szorstkość

przyjmują większe wartości, tym powierzchnia jest bardziej szorstka i bardziej podatna na

zanieczyszczenia.

Powszechnie stosowane parametry statystyczne do oceny szorstkości [10]:

a) średnia arytmetyczna Ra absolutnych wartości współrzędnych z-towych (Zj),

mierzonych względem poziomu odniesienia. Liczba wartości wziętych pod uwagę

przy obliczaniu średniej wynosi N:

N

j

ja ZN

R1

1 (2)

12

b) RMS:

N

j

jZN

RMS1

1 (3)

c) maksymalna szorstkość Rmax, rozumiana jako największa odległość między

największą i najmniejsza wartością współrzędnej z-towej;

d) skośność Rsk- parametr, któremu przypisuje się duże znaczenie kliniczne, stosowany

coraz częściej w badaniach soczewek metodą AFM. W odróżnieniu od trzech wyżej

wymienionych parametrów, których wartości podaje się w jednostkach długości

(najczęściej nm), skośność jest wielkością bezwymiarową i świadczy o symetrii

rozkładu wielkości statystycznych opisujących własności powierzchni. Rsk=0

świadczy o jednorodnym rozkładzie wartości współrzędnych z-towych w odniesieniu

do wartości średniej, natomiast Rsk≠0 wskazuje na brak takiej symetrii. Dodatnie

wartości skośności świadczą o dominacji pików, natomiast ujemne o przewadze dolin:

N

j

jsk ZNRMS

R1

3

3

11 (4)

e) kurtoza Rku jest również wielkością bezwymiarową, która pozwala ocenić kształt

rozkładu badanych wartości, w tym wypadku wartości współrzędnych z-towych,

względem wartości średniej. Wartość kurtozy równej 3 świadczy o jednorodnym

rozkładzie, wartości mniejsze niż 3 świadczą o płaskim rozkładzie, natomiast wartości

kurtozy większe od 3 sugerują rozkład ostry:

N

j

jku ZNRMS

R1

4

4

11 (5)

Alternatywą statystycznego podejścia do oszacowania szorstkości powierzchni na

podstawie obrazów AFM jest podejście fraktalne. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość

uzyskania wartości szorstkości niezależne od rozmiarów skanowanej powierzchni. Fraktalne

podejście do oceny szorstkości soczewek kontaktowych rozwijane jest m.in. przez Tălu

[11,12].

Wyznaczenie zależności siły działającej między ostrzem a powierzchnia w funkcji

odległością pozwala na oszacowanie kolejnych parametrów istotnych dla oceny właściwości

powierzchni soczewek kontaktowych, mianowicie modułu Younga i adhezyjności.

Moduł Younga (zwany też modułem elastyczności) jest miarą deformacji badanego

materiału w odpowiedzi na przyłożoną siłę. Adhezyjność lub siły adhezji są miarą

oddziaływania wiążącego między dwoma materiałami. Oba parametry można uzyskać w

mikroskopach nowej generacji z wbudowanym modułem o nazwie Peak Force mode [10].

13

3. Zastosowanie metody AFM do badania nienoszonych soczewek

kontaktowych

3.1 Wpływ metody wytwarzania soczewki na szorstkość jej powierzchni

W pracy [13] porównano szorstkość zewnętrznych i wewnętrznych powierzchni soczewek

kontaktowych hydrożelowych, wytworzonych przy zastosowaniu następujących metod: cięcia

(ang. lathing), odlewu z formy (ang. cast-moulding) oraz tzw. spin-casting. Materiałem

użytym do produkcji był HEMA. Zawartość wody w soczewce była stała i wynosiła 38-39%.

Wartości szorstkości przedstawione zostały w tabeli 1.

Metoda wytwarzania Szorstkość RMS

powierzchni tylnej (nm)

Szorstkość RMS

powierzchni przedniej

(nm)

cięcie 9.27±0.80 10.89±4.33

spin-casting 5.77±1.89 12.27±1.75

odlew z formy 3.94±0.28 5.79±0.93

Tabela 1. Szorstkość (RMS) powierzchni soczewek hydrożelowych (HEMA) wykonanych za

pomocą różnych technik [13]

Oszacowane wartości RMS wskazują następujące tendencje:

a) metoda odlewu z formy (cast-moulding) pozwala na uzyskanie soczewek o

najmniejszych wartościach szorstkości powierzchni;

b) wszystkie trzy metody pozwalają na uzyskanie soczewek, których przednie

powierzchnie są bardziej szorstkie niż tylne;

c) największe różnice szorstkości pomiędzy przednią i tylną powierzchnią występują dla

soczewek wykonanych metodą spin-cast.

3.2. Wpływ materiału, modyfikacji powierzchni oraz stopnia uwodnienia

soczewki kontaktowej na szorstkość jej powierzchni

Tabela 2 przedstawia przegląd popularnych soczewek hydrożelowych i hydrożelowo-

silikonowych, dokonany pod kątem szorstkości ich powierzchni i stopnia uwodnienia.

Soczewki wykonane były metodami, wskazanymi w poprzednim podrozdziale.

Uwzględniono tylko te dane literaturowe, które pozyskane były w wyniku podobnych

warunków eksperymentalnych, tzn. obrazowanie powierzchni soczewek odbyło się w

warunkach zanurzenia soczewki w roztworze soli, a szorstkość została obliczona na

podstawie obrazów AFM o wielkości nieprzekraczającej 10 μm ×10 μm.

14

Soczewki hydrożelowe

Nazwa

soczewki

Materiał Metoda

wytworzenia

RMS (nm) Rmax

(nm)

Stopień

uwodnienia

(%)

Acuvue 2 Etafilcon A Odlew z

formy

3.9 [9] 17.4 [9] 58

SpofaLens

Filcon 1A Spin-casting 1.2 [9] (powierzchnia

wewnętrzna)

2.8 [9] (powierzchnia

zewnętrzna)

5.7 [9]

17.6 [9]

39

Weicon Filcon 4A cięcie 24.1 [9] 132.1 [9] 60

Focus

Dailies

Nelfilcon A Odlew z

formy

15.41 [14] - 69

Frequency

1 day

Ocufilcon B Odlew z

formy

14.38 [14] - 52

Osmo2 Hioxifilcon Odlew z

formy

5.50 [14] - 72

Proclear Omafilcon A Odlew z

formy

2.78 [14] - 62

W&V

Filcon 1A cięcie 26.4 [9] 120.4 [9] 39

Soczewki silikonowo-hydrożelowe

Acuvue

Advance

Galyfilcon A

(brak modyfikacji

powierzchni)

Odlew z

formy

0.8 [9];

6.75 [15]

4.1 [9];

61.56[15]

30.1 [16]

47

Focus

Night&Day

Lotrafilcon A

(zastosowano

otaczanie w plazmie,

ang. plasma coating)

Odlew z

formy

2.9 [9];

4.67 [15]

40.9 [9]

42.05 [15]

24

15

O2 Optix Lotrafilcon B

(zastosowano

otaczanie w plazmie,

ang. plasma coating)

Odlew z

formy

7.3 [9] 35.3 [9]

40.8 [16]

33

Purevision Balafilcon A

(zastosowano

utlenianie w plazmie

ang. plasma

oxidation)

Odlew z

formy

6.6 [9];

12.26 [15]

32.9 [9];

116.92 [15]

81.5 [16]

35

Biofinity Comfilcon A

(brak modyfikacji)

Odlew z

formy

2.34 [14] - 48

Acuvue

Oasys

Senofilcon A

(brak modyfikacji)

Odlew z

formy

4.06 [14] - 38

Tabela 2. Charakterystyki wybranych soczewek kontaktowych

Z uwagi na występujące rozbieżności w wartościach podanych w tabeli współczynników

szorstkości dane te należy traktować orientacyjnie, odzwierciedlające jedynie pewne

tendencje, nie zaś jako wartości absolutne.

Większość przebadanych soczewek wykonana została metodą odlewu z formy, która

umożliwia wykonanie soczewek o najmniejszych wartościach szorstkości [13]. Dla tych

soczewek Rmax przyjmuje wartości między 4.1 a 41 nm, przy czym obserwuje się związek

pomiędzy wartościami szorstkości a stopniem uwodnienia: im mniejsza zawartość wody tym

współczynnik szorstkości wykazuje większe wartości.

Związek ten ilustruje rys.5.

Rys.5 Związek pomiędzy współczynnikiem szorstkości powierzchni Rmax a zawartością wody

w soczewce qw [9]

16

Przedstawione na wykresie zależności pozwalają na wydzielenie w przebadanej grupie

soczewek dwóch podgrup: soczewki oznaczone numerami 4,5,7 to te, których powierzchnie

podlegały modyfikacjom w końcowym etapie produkcji, natomiast dla soczewek 1,3,6 nie

stosowano modyfikacji. Chociaż związek szorstkości i stopnia uwodnienia jest oczywisty,

brak jest jednoznacznej teorii wyjaśniającej wpływ procesów modyfikacji powierzchni na tę

relację.

Nie ma wątpliwości co do tego, że procesy modyfikacji powierzchni wpływają na

występowanie znacznych różnic w morfologii powierzchni soczewek. Fakt ten ilustruje rys. 6.

Wszystkie obrazy odnoszą się do soczewek wykonanych metodą odlewu z formy.

Rys.6 Obrazy AFM (10×10 μm2) powierzchni soczewek silikonowo- hydrożelowych [15].

Powierzchnia soczewki wykonanej z Galyfilconu A (brak modyfikacji) wykazuje ziarnistą

strukturę. Soczewki wykonane z Lotrafilconu A i Balafilconu A, których powierzchnie

poddawano modyfikacjom charakteryzują się obecnością struktur liniowych, przy czym w tej

ostatniej soczewce widoczne są dodatkowo pory.

3.3 Zastosowanie techniki AFM do oceny szorstkości kosmetycznych soczewek

kontaktowych

Kosmetyczne soczewki kontaktowe stanowią szczególne wyzwanie dla producentów,

gdyż poza koniecznością sprostania oczekiwaniom dostarczenia komfortu, związanego z

biokompatybilnością czy gazoprzepuszczalnością materiału zachodzi konieczność

wprowadzenia do soczewki barwnika w taki sposób, by nie stanowił on dla użytkownika

zagrożenia. Poza oczywistą koniecznością wyboru barwnika nietoksycznego dla oka istnieje

jeszcze dodatkowa kwestia wyboru jego lokalizacji. Mianowicie, stosuje się dwa popularne

rozwiązania: naniesienie barwnika na zewnętrzną lub wewnętrzną powierzchnię soczewki

kontaktowej lub jego wstrzyknięcie do objętości soczewki. Naniesienie barwnika na

powierzchnię soczewki powoduje występowanie na powierzchni różnic szorstkości i

zwilżalności a krawędzie ograniczające naniesiony barwik i sama powierzchnia barwnika są

preferencyjnymi miejscami osadzania się biofilmu i składników filmu łzowego [17]. Z tego

powodu drugie rozwiązanie jest bardziej pożądane, jednakże jest rzadziej stosowane przez

producentów.

17

Lokalizacja barwnika w soczewkach kontaktowych może być ustalona przy pomocy metody

AFM poprzez oszacowanie szorstkości fragmentu zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni

soczewki odznaczającej się kolorystyką zmienioną obecnością barwnika i porównanie tego

parametru z szorstkością innego fragmentu powierzchni tej samej soczewki o kolorystyce nie

zmienionej obecnością barwnika. Brak różnic szorstkości świadczy o tym, iż barwnik został

wstrzyknięty do objętości soczewki. Taka metoda badawcza została zastosowana niedawno

przez Lorenz i współpracowników [18]. Przebadano siedem gatunków soczewek, dostępnych

na rynkach azjatyckich: 1-Day Acuvue Define (1DAD), Camax color Daily Disposable

Contact Lens (CC), One-Day Delight Max 2(DM2), Eye Coffret 1 day UV (ECO), Ticon

Cosmetic Daily- Ring Black (TC), Fresh Look One-Day Color Contact Lens (FL) i Naturelle

Daily-Ring Black (TC). Wartości współczynnika RMS, oszacowane na podstawie obrazów

AFM zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni soczewek przedstawia rys. 7.

Rys. 7. Szorstkość RMS kosmetycznych soczewek kontaktowych oszacowana na podstawie

obrazów AFM uzyskanych w wyniku skanowania zewnętrznych i wewnętrznych fragmentów

powierzchni soczewek kontaktowych o barwie zmienionej i niezmienionej obecnością

barwnika. Skrótowe oznaczenia soczewek zostały wyjaśnione w tekście [18].

Z wykresu wynika, że jedynie dla soczewki 1-Day Acuvue Define (1DAD) nie występują

różnice szorstkości obszarów o różnych kolorystykach, spowodowanych obecnością barwnika

lub jego brakiem, co oznacza, że spośród przebadanych soczewek, jedynie w tej wspomnianej

barwnik został wprowadzony metodą jego wstrzyknięcia do objętości soczewki.

18

3.3 Zastosowanie techniki AFM do oceny adhezyjności i własności elastycznych

soczewek kontaktowych

Torrent- Burgues i współpracownicy [10] dokonali oszacowania adhezyjności i modułu

Younga soczewek hydrożelowych, silikonowo-hydrożelowych i sztywnych

gazoprzepuszczalnych (RGP) przy zastosowaniu modułu Peak Force. Oba badane parametry

zostały wyznaczone w dwóch różnych środowiskach: wodnym i roztworze soli fizjologicznej.

Wyniki przedstawia tabela 3.

Typ soczewki Adhezyjność (nN) Moduł Younga (MPa)

w wodzie w roztworze soli

fizjologicznej

w wodzie w roztworze soli

fizjologicznej

hydrożelowa 1.03 0.10 22 36

silikonowo-

hydrożelowa

0.20 0.11 10.7 10.8

RGP 0.45 - 5.1 7.5

Tabela 3. Adhezyjność i moduł Younga wybranych soczewek kontaktowych [10]

Jak wynika z tabeli, rodzaj środowiska wpływa na wartość modułu Younga i adhezyjności.

Adhezyjność powierzchni soczewek zmniejsza się w środowisku bardziej gęstym, zaś moduł

elastyczności ma większą wartość w roztworze soli niż w wodzie.

Opdahl [19] oraz Koffas [20] wraz ze współpracownikami wyznaczyli zmiany

wiskoelastyczności i adhezji soczewek hydrożelowych w funkcji wilgotności. Pomiary

zostały przeprowadzone w warunkach uwodnienia i odwodnienia soczewki. Wykazano, że

własności elastyczne i adhezyjność silnie zależą zarówno od uwodnienia soczewki, jak i

zawartości wody w powietrzu. W warunkach niskiej wilgotności (40-50%) sztywność

soczewki jest porównywalna ze sztywnością soczewki odwodnionej. Oznacza to, że przy

niskiej wilgotności odwodnienie powierzchni zachodzi szybciej niż jej nawilżenie w wyniku

dyfuzji wody z objętości wody w kierunku powierzchni. Przy wilgotności przekraczającej

60% wydajność proces odwodnienia powierzchni obniża się, skutkując wyższą zawartością

wody w soczewce i bardziej miękką powierzchnią soczewki.

Podobne badania zostały powtórzone niedawno przez Caglayana [21]. Zostało potwierdzone,

że wzrost zawartości wody w soczewce powoduje wzrost jej elastyczności (wzrost modułu

Younga). Z kolei energia adhezji soczewek przy zawartości wody pomiędzy 38 a 59 %

zmieniła się od 0.18×10-15

J do 1.54×10-15

J.

Własności elastyczne wybranych soczewek silikonowo- hydrożelowych, wykonanych z

takich materiałów jak Lotrafilcon B, Balafilcon A, Senofilcon A i Comfilcon A, zostały

opublikowane niedawno przez Chyasnavichyusa i współpracowników [22].

Metoda AFM pozwala również na uzyskanie dwuwymiarowych map tarcia

występującego na powierzchni soczewki. Badanie takie przeprowadza się poprzez pomiar siły

tarcia, stosując tryb kontaktowy. Kim i współpracownicy [23,24] przeprowadzili takie

pomiary dla soczewek hydrożelowych, wykonanych z materiałów Ocufilcon-D i Polymacon

w warunkach odwodnienia (obrazowanie powierzchni odbyło się w powietrzu). Przykładowy

obraz przedstawia rys.8

19

Rys.8 Mapa sił tarcia na powierzchni soczewki hydrożelowej wykonanej z Ocufilcon

D, poddanej ekspozycji w powietrzu. Rozmiar skanowanej powierzchni: 5×5μm2 [23].

Występujące w obrazie różnice kontrastów świadczą o istnieniu dwóch typów obszarów,

różniących się wartościami sił tarcia. Jaśniejsze, dominujące obszary charakteryzują się

dużymi siłami tarcia, o wartościach 850±100 mV, zaś ciemnym obszarom odpowiadają

mniejsze wartości sił tarcia, szacowanych na 210±50 mV. Podobnie badając mapę sił adhezji,

występujących na powierzchni soczewek hydrożelowych autorzy wyróżnili dwa obszary

znacznie różniące się wartościami omawianego parametru. Obrazy morfologii powierzchni

badanych soczewek wykazują występowanie na obszarach o mniejszych wartościach tarcia

obiektów o wysokościach 2-4 nm. Występowanie takich obiektów zostało przypisane

występowaniu na powierzchni nieusieciowanych łańcuchów polimerowych. Przyjmuje się

zwykle, że łańcuchy pHEMA orientują się na powierzchni soczewek w taki sposób, że grupy

metylowe sa skierowane w stronę środowiska hydrofobowego (powietrze), zaś grupy

wodorotlenowe w kierunku środowiska hydrofilowego. Autorzy omawianej pracy proponują,

że łańcuchy pHEMA na powierzchni soczewek orientują się w taki sposób, że pewna liczba

grup OH zwrócona jest w stronę powietrza, co zwiększa energię takiej powierzchni. Wyższa

energia powierzchni z kolei oznacza wyższą energię adhezji i większe tarcie na powierzchni.

Obszary o ciemnym kontraście na powyższym rysunku odpowiadają takim konfiguracjom

łańcuchów polimerowych, gdzie zarówno grupy CH3 jak i OH zorientowane są w kierunku

powietrza.

20

4. Badania noszonych soczewek kontaktowych za pomocą AFM

Badania powierzchni noszonych soczewek kontaktowych, przeprowadzone metodą

AFM wskazują, że w wyniku noszenia wzrastają wartości parametrów charakteryzujących

szorstkość powierzchni w porównaniu z wartościami szorstkości powierzchni soczewek

nienoszonych [16]. Jednakże dla soczewek silikonowo- hydrożelowych wykonanych z

materiału Lotrafilcon A odnotowano jedynie nieznaczny wzrost Rmax od wartości 40.8 nm dla

soczewek nienoszonych do 52.7 nm w wyniku ich noszenia. Dla porównania, ci sami autorzy

odnotowali wzrost współczynnika Rmax dla soczewki wykonanej z Galyfilconu A od 30.1

nm do 189 nm.

Z kolei Gonzalez-Meijome wraz ze współpracownikami [25] odnotowali wzrost szorstkości

wszystkich przebadanych przez siebie powierzchni soczewek hydrożelowo- silikonowych w

wyniku ich noszenia. Zauważyli przy tym, że szorstkość wzrosła jedynie nieznacznie dla

soczewek (Balafilcon), które już przed użyciem charakteryzowały się wysoką wartością

współczynnika szorstkości. Ilościowa charakterystyka wzrostu szorstkości soczewek

hydrożelowo-silikonowych w wyniku noszenia przedstawiona jest na rys. 9, z kolei na rys. 10

przedstawione zostały obrazy AFM, porównujące morfologię powierzchni nienoszonych i

noszonych soczewek.

Rys.9 Zmiany szorstkości (RMS) hydrożelowo-silikonowych soczewek kontaktowych

używanych i nieużywanych [25].

Przypuszcza się, że soczewki kontaktowe o szorstkich powierzchniach mają większą

skłonność do adsorbowania na ich powierzchniach osadów niż soczewki o gładszych

powierzchniach. Znikomy wzrost szorstkości po użyciu tej pierwszej grupy soczewek wynika

stąd, iż osady kumulują się pomiędzy występującymi na tych powierzchniach

nieregularnościami.

21

Rys. 10 Obrazy AFM (10μm×10μm) powierzchni soczewek silikonowo- hydrożelowych,

wykonane przed noszeniem i po noszeniu [25].

Bettuelli i współpracownicy [26] dokonali charakteryzacji powierzchni soczewek silikonowo-

hydrożelowych, modyfikowanych obecnością kwasu hialuronowego. Modyfikacje takie

wprowadza się w celu poprawy zwilżalności powierzchni soczewek, jako alternatywę

tradycyjnie stosowanych metod modyfikacji powierzchni w plazmie. Do oceny szorstkości

powierzchni, obok współczynnika RMS autorzy zastosowali skośność i kurtozę.

Powierzchnie wszystkich przebadanych nienoszonych soczewek silikonowo- hydrożelowych,

modyfikowanych chemicznie kwasem hialuronowym charakteryzują się obecnością

nieregularnych, ostrych struktur o wysokościach nieprzekraczających 10 nm (rys. 11a).

Obrazy AFM morfologii powierzchni soczewek, uzyskane po 8-godzinnym noszeniu

wyróżniają dwojakiego typu struktury:

a) 60 % przebadanych soczewek charakteryzowało się obecnością ostrych struktur,

podobnych do tych, które występowały na nienoszonych soczewkach, ale o

wysokościach ok. 30 nm (rys. 11b),

b) 40 % przebadanych soczewek posiadało struktury określane jako „rynny” i „wyboje”

(rys 11c). Powstawanie tych struktur powiązano ze stratami materiału podczas

używania soczewki.

22

a) b) c)

Rys.11 Obrazy AFM (10μm×10μm) powierzchni soczewek silikonowo-

hydrożelowych, modyfikowanych chemicznie kwasem hialuronowym: a) soczewka

nieużywana, b) i c) soczewki używane. [26]

Interesująca jest kwestia zmian szorstkości powierzchni soczewek kontaktowych,

związanych z powstawaniem osadów składników filmu łzowego w czasie. Badania

takie przeprowadził Rebeix ze współpracownikami [27]. W badaniach tych dokonano

oceny zmian szorstkości powierzchni soczewki po upływie 1 godziny, 6 godzin i 24

godzin od założenia w porównaniu z referencyjną powierzchnią soczewki

nieużywanej.

Zmiany szorstkości ilustruje rys.12.

Rys.12 Szorstkość powierzchni soczewek kontaktowych jako funkcja czasu

ekspozycji w filmie łzowym [27]

Wykres pokazuje, że istotne zmiany szorstkości powierzchni soczewek, spowodowane

tworzeniem się osadów składników filmu łzowego zachodzą w ciągu pierwszych 6 godzin od

założenia. Po tym czasie zmiany szorstkości są względnie stabilne. Tendencje te widać

również wyraźnie na rys.13, gdzie przedstawione są zmiany morfologii powierzchni

badanych soczewek po ekspozycji na film łzowy.

23

Rys. 13. Obrazy AFM soczewek poddanych ekspozycji w filmie łzowym. Obrazy

zarejestrowane przed założeniem soczewki (0h) oraz po 1h, 6h i 24 h od założenia [27].

24

5. Wnioski

Zastosowanie techniki AFM pozwala na nieinwazyjną jakościową i ilościową

ocenę powierzchni soczewek kontaktowych w środowisku o składzie chemicznym,

zbliżonym do naturalnych warunków fizjologicznych, a także w warunkach odwodnienia

soczewki.

Na podstawie przeglądu aktualnej literatury przedmiotu w przedstawionej pracy pokazano, że

metoda AFM pozwala na:

a) wybór najbardziej optymalnej metody produkcji soczewek kontaktowych, skutkującej

najmniejszymi możliwymi wartościami parametrami, charakteryzującymi szorstkość

powierzchni;

b) wybór metody modyfikacji powierzchni soczewek silikonowo- hydrożelowych,

pozwalającej na otrzymanie gładkich powierzchni;

c) ocenę szorstkości soczewek wykonanych z różnych materiałów;

d) śledzenie procesu tworzenia osadów składników filmu łzowego;

e) ocenę własności mechanicznych soczewek kontaktowych i adhezyjności ich

powierzchni;

f) ocenę lokalizacji barwnika w kosmetycznych soczewkach kontaktowych.

Brak możliwości chemicznej analizy zanieczyszczonej powierzchni soczewek kontaktowych

stanowi poważną wadę metody i sprawia, że technika AFM, choć sama w sobie stanowi

potężne narzędzie badawcze musi być stosowana równolegle z innymi technikami,

pozwalającymi na szersze badanie zjawisk przebiegających na powierzchni soczewek.

25

Literatura

[1] G.M. Bruinsma, H.C. van der Mei, H.J. Busscher, Bacterial adhesion to surface

hydrophilic and hydrophobic contact lenses, Biomaterials 22 (2001) 3217-3224.

[2] D.F. Williams, Great expectation and the grapes of wrath: contamination of contact

lenses, Med Device Technol 10 (1999) 10-30.

[3] A.F. Vonrecum, T.G. Vankooten, The influence of micro-topography on cellular-response

and the implications for silicone implants, J Biometer Sci, Polym Ed 7 (1995) 181-198.

[4] S. Hosaka, H. Ozawa, H. Tanzawa, H. Ishida, K. Yoshimura, T. Momose, H. Magatani, A.

Nakajima, Analysis of deposits on high water content contact lenses, J. Biomed Mater Res 17

(1983) 261-274.

[5] Y.C. Lai, G.D. Friends, Surface wettability enhancement of silicone hydrogel lenses with

polar plastic molds, J Biomed Mater Res 33 (1997) 349-356.

[6] B.J. Tighe, Soft lens materials. In: N. Efron (editor) Contact lens practice. Butterworth-

Heinemann Oxford (2002).

[7] D.A. Bonnel, Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy. Theory, Techniques and

Applications. A. John Wiley&Sons, 2001.

[8] http://users.uj.edu.pl/~ufpostaw/wyklad/Wyklad4.pdf

[9] V. Guryča, R. Hobzova, M. Pradny, J. Sirc, J. Michalek, Surface morphology of contact

lenses probed with microscopy techniques, Contact Lens& Anterior Eye 30 (2007) 215-222.

[10] Torrent-Burgues, F. Sanz, AFM in mode Peak Force applied to the study of un-worn

contact lenses, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 121 (2014) 388-394.

[11] S. Tălu, Characterization of surface roughness of unworn hydrogel contact lenses at a

nanometric scale using methods of modern metrology. Polym. Eng. Sci. 53 (2013) 2141-2150.

[12] S. Tălu, S. Stach, Multifractal characterization of unworn hydrogel contact lenses,

Polym. Eng. Sci. 54 (2014) 1066-1080.

[13] C. Maldonado-Codina, N. Efron, Impact of manufacturing technology and material

composition on the surface characteristics of hydrogel contact lenses, Optometry 88:6 (2005)

396-404.

[14] M. Giraldez, C. Serra, M. Lira, M. E. C.D. Real Oliviera, E. Yebra- Pimental, Soft

contact lens surface profile by atomic force microscopy, Optom Vis Sci 87 (2010) 475-481.

[15] J. M. Gonzalez- Meijome, A. Lopez- Alemany, J. B. Almeida, M. A. Parafita,

Microscopic observation of unworn siloxane- hydrogel soft contact lenses by atomic force

microscopy, Inc. J. Biomed Mater. Res B: Appl. Biomater 76 (2006) 412-418.

[16] M. Lira, L. Santos, J. Azeredo, E. Yebra-Pimentel, M. E. C.D. Real Oliviera,

Comparative Study of silicone-hydrogel contact lenses surfaces before and after wear using

atomic force microscopy, Inc. J. Biomed. Mater. Res. Part B: Appl. Biomater 85 (2008) 361-

367.

[17] M.J. Giraldez, E. Yebra-Pimentel, Contact Lens surface roughness and bacterial

adhesion, InTech (2012) 95-120.

[18] K. O. Lorenz, J. Kakkassery, D. Boree, D. Pinto, Atomic force microscopy and

scannimng electron microscopy analysis of daily disposable limbal ring contact lenses, Clin.

Exp. Optom. 97 (2014) 411-417.

[19] A. Opdahl, S. H. Kim, T. S. Koffas, Ch. Marmo, G. A. Somorjai, Surface mechanical

properties of pHEMA contact lenses: Viscoelastic and adhesive property changes on exposure

to controlled humidity, Inc. J. Biomed. Mater.Res. 67 A (2003) 350-356.

[20] T.S. Koffas, A. Opdahl, Ch. Marmo, G.A. Somorjai, Effect of equilibrium bulk water

content on the humidity-dependent surface mechanical properties of hydrophilic contact

lenses studied by atomic force microscopy, Langmuir 19 (2003) 3453-3460.

26

[21] M.O. Caglayan, Atomic force microscopy as a characterization tool for contact lenses:

Indentation tests and grain analysis. Int J Polym Mater Polym Biomater 63 (2014) 680-684.

[22] M. Chyasnavichyus, S.L. Young, V.V. Tsukruk, Mapping micromechanical properties of

soft polymer contact lenses, Polymer 55 (2014) 6091-6101.

[23] S. H. Kim, Ch. Marmo, G. Somorjai, Friction studies of hydrogel contact lenses using

AFM: non-crosslinked polymers of low friction at the surface, Biomaterials 22 (2001) 3285-

3294.

[24] S. H. Kim, A. Opdahl, Ch. Marmo, G. A. Somorjai, AFM and SFG studies of pHEMA-

based hydrogel contact lens surafces in saline solution: adhesion, friction, and the presence

of non-crosslinked polimer chains at the surface, Biomaterials 23 (20002) 1657-1666.

[25] J. M. Gonzalez- Meijome, A. Lopez- Alemany, J. B. Almeida, M. A. Parafita, Surface

AFM microscopy of unworn and worn samples of silicone hydrogel contact lenses, Inc. J.

Biomed Res. Part B: Appl. Biomater 88 (2009) 75-82.

[26] M. Bettuelli, S. Trabattoni, M. Fagnola, S. Tavazzi, L. Introzzi, S. Farris, Surface

properties and wear performances of siloxane-hydrogel contact lenses, J Biomed Mater Res

B 101 (2013) 1585-1593.

[27] V. Rebeix, F. Sommer, B. Marcin, D. Baude, T. M. Duc, Artificial tear adsorption on

soft contact lenses: methods totest surfactant efficacy, Biomaterials 21 (2000) 1197-1205.