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RGP 콘택트렌즈는 소프트 콘택트렌즈(이하 소프트 렌즈)보다 난시교정에 좋고 산소투과성이 높아 콘택트렌즈 사용에 따른 부작용이 적어 눈 건강에는 좋지만, 렌즈 재질 자체가 딱딱하여 이물감을 강하게 느끼며, 재질이 소수성을 가져 렌즈 표면의 습윤성이 낮아 착용감이 나쁘다. 이와 반대로 HEMA를 기본으로 하는 소프트 렌즈는 재질이 부드럽고 표면이 친수성으로 착용감이 좋은 반면 산소투과성이 좋지 않아 각막 부종 등으로 시력이 저하될 수 있다.^[1]

이러한 RGP 콘택트렌즈와 소프트 렌즈의 장점은 살리고 단점은 보완하기 위해 실리콘 아크릴레이트를 기반으로 하는 RGP 콘택트렌즈 경우, 재질의 습윤성을 높여 렌즈 착용에 대한 이물감을 줄이기 위해 불소화합물을 포함한 RGP 콘택트렌즈가 개발되었고,^[2] RGP 콘택트렌즈에 저온 플라즈마 처리를 하여 렌즈 재질의 습윤성을 높이는 방법이 사용되고 있다.^[3-5]

반면에 HEMA를 기반으로 하는 소프트 렌즈인 경우 산소투과성이 좋지 않지만 silicone rubber를 섞어 산소투과성을 높게 한 silicone hydrogel 렌즈를 개발하였다. 그러나 silicone이 소수성을 나타내므로 silicone hydrogel 렌즈 표면을 저온 플라즈마 처리를 하여 렌즈 표면을 친수성으로 만든다.^[3] 또는 친수기를 갖는 monomer를 plasma를 사용하여 silicone hydrogel 렌즈에 얇게 입히는 플라즈마 중합을 사용한다. 플라즈마 중합은 재료의 전체 특성은 변화시키지 않고 표면 성질만을 개질할 수 있으며, 모재와의 접착력이 매우 우수하며, 필름 코팅은 핀홀이 없고 가교도가 높다는 장점을 가지고 있다.^[6]

HEMA를 기반으로 하는 소프트 렌즈인 경우 습윤성을 증가시키면 재질의 강도가 떨어지고 침착물이 잘 부착된다는 단점이 있는데, 이를 보완하고 습윤성을 증가시키기 위해 HEMA와 Glycerol dimethacrylate(GDMA)를 섞어 중합을 한 후 접촉각을 측정한 결과 GDMA를 섞은 결과 접촉각이 감소하였다.^[7]

이에 본 연구는 RGP 렌즈와 소프트 렌즈의 장점만을 살리고 간단하게 만들 수 있는 RGP렌즈 위에 소프트 렌즈의 중합을 통해 얇은 막을 코팅했다. 소프트 렌즈의 얇은 막은 HEMA에 GDMA를 섞어 중합한 후 굴절률, 접촉각, 투과율, 탄성률, 경도를 구해 RGP 렌즈와 HEMA만 코팅했을 때와 HEMA와 GDMA를 비율로 섞었을 때 물성을 비교해 보았다.

RGP 렌즈를 만들기 위해 tris(trimethylsiloxy) silane, MA, MMA를 사용하고 교차결합제로 EDMA를, 개시제 AIBN을 사용하여 중합하여 지름 13 mm이고 길이 300 mm의 봉 형태를 만든 다음 두께 3 mm버튼 형태로 잘랐다. 접촉각을 정확하게 측정하기 위해 표면을 연마기를 이용하여 평면으로 연마하였다.

RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈 박막을 코팅하기 위해 HEMA, EDMA, AIBN, GDMA을 일정한 비율로 혼합한 액체에 RGP 렌즈를 20분 정도 담근 후 빼내어 80°C로 2시간 열 중합시켰다. RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈 성분 배합 비율은 처음에는 GDMA를 넣지않고 HEMA와 EDMA만 혼합하였고 비율은 95%:5%로 하였다. 그 후 GDMA를 5% 첨가시키고 EDMA는 5% 그대로 해서 HEMA: EDMA:GDMA의 비율은 90%:5%:5%로 하였다. 그 다음 GDMA를 10%, 15%로 하고 HEMA는 85%, 80%로 해서 HEMA와 EDMA와 GDMA의 비율은 85%:5%:10%와 80%:5%:15%로 했으며 Table 1과 같다. 이 때 개시제는 AIBN를 사용하였다. 또한 RGP 렌즈와 같이 실리콘 웨이퍼를 담갔는데, 이는 박막의 두께를 측정하기 위해서이다.

RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈 박막의 굴절률과 두께를 측정하기 위해 가변입사각 분광 타원계(variable angle spectroscopic ellipsometer; VASE, J.A. Woollam Co., Inc., USA)를 이용하였다. Curve fitting에 의하여 푸리에 계수인 α와 β를 구하여 소프트 렌즈 박막의 두께와 굴절률(238 nm에서 1033 nm까지의 파장영역)을 계산할 수 있었다.

RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈의 광투과율은 Transmittance Meter(TM-1, Topcon, Japan)을 이용하여 280 nm에서 780 nm 파장 영역의 스펙트럼을 관찰하였다. 또한 RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈 표면의 접촉각을 측정하였으며, 접촉각은 디지털카메라와 스마트앱을 이용하여 측정하였다.

박막의 탄성계수와 경도를 측정하기 위해 다이아몬드 압자를 시편 표면에 눌러 생기는 압입 깊이와 하중으로부터 알 수 있는 nanoindentation 장비를 사용하였다.

RGP 렌즈와 소프트 렌즈의 장점만을 살리고 간단하게 만들 수 있는 RGP 렌즈 위에 소프트 렌즈를 중합을 통해 얇은 막을 코팅했다. 소프트 렌즈의 얇은 막은 HEMA에 GDMA를 섞어 중합한 후 굴절률, 접촉각, 투과율, 탄성률, 경도를 구해 RGP 렌즈와 HEMA만 코팅했을 때와 HEMA와 GDMA를 비율로 섞었을 때 물성을 비교해 보았다.

RGP 렌즈의 굴절률 1.456이고 RGP 렌즈 위에 HEMA/EDMA를 코팅한 박막(sample 1)의 굴절률이 1.475로 굴절률의 차이가 0.019(1.3%)이므로 RGP 렌즈와 HEMA/EDMA를 코팅한 박막 사이에 반사가 문제가 되지 않을 거라고 여겨진다.

소프트 렌즈를 코팅을 하지 않았을 때의 RGP 렌즈 표면의 접촉각이 89.0°에서 소프트 렌즈 코팅한 sample 1에서 49.9o로 39.1°로 줄었다. 이는 렌즈 표면이 RGP 렌즈에서 HEMA/EDMA인 소프트 렌즈로 바뀜으로 렌즈 표면이 소수성에서 친수성으로 바뀌었기 때문이다. 그 후 sample 2과 sample 3, sample 4에서 45.6°, 39.1°, 35.2°로 접촉각이 감소하는 것은 소프트 렌즈의 GDMA 성분이 증가하기 때문이다.

소프트 렌즈를 코팅하지 않은 RGP 렌즈와 소프트 렌즈를 코팅한 RGP 렌즈 중 sample 1, 2, 3, 4에 관한 가시광선, 자외선 A, 자외선 B의 투과율은 변화가 크지 않아 소프트 렌즈 코팅에 의한 RGP 렌즈의 투과율 변화는 거의 없는 것을 알 수 있었다. 평균 탄성계수는 소프트 렌즈를 코팅하지 않은 RGP 렌즈에서 5.1GPa에서 소프트 렌즈를 코팅한 sample 1에서 2.9 GPa로 반 가까이 줄고, sample 2에서 3.6 GPa, sample 3에서 3.2 GPa, sample 4에서 3.2 GPa로 소프트 렌즈를 코팅한 sample 성분 변화에 따라 큰 변화가 없는 것을 알 수 있었다. 평균 경도는 소프트 렌즈를 코팅하지 않은 RGP 렌즈에서 0.26 GPa에서 소프트 렌즈를 코팅한 sample 1에서 0.07 GPa로 줄고, sample 2에서 0.06 GPa, sample 3에서 0.05 GPa, sample 4에서 0.06 GPa로 평균 경도처럼 소프트 렌즈를 코팅한 sample 성분 변화에 따라 큰 변화가 없는 것을 알 수 있었다.