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광투과율은 콘택트렌즈의 물리적 특성에 있어서 가장 기본적이며, 중요한 요소 중의 하나이다.^[19] 따라서 상온중합의 온도와 촉매제인 TMEDA의 양을 먼저 조절하여 투광도가 적합한 조건을 찾았다. 상온중합의 온도를 20^oC, 25^oC, 30^oC로 각각 조절한 상태에서 촉매제 TMEDA의 양을 3 μl, 5 μl, 7 μl, 9 μl씩 각각 첨가하여 1시간 동안 중합한 콘택트렌즈의 광투과율을 측정하였다.

다양한 중합온도와 촉매제 양의 변화에 따라 제작한 콘택트렌즈의 광투과율 측정 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 그 결과, 중합온도 25^oC에서 촉매제인 TMEDA의 양을 3 μl, 5 μl를 사용하였을 때의 광투과율이 90% 이상으로 나타났다. TMEDA를 7 μl, 9 μl 사용하여 중합하였을 때 보다 광투과율이 최대 38.86% 높게 나타나는 것을 확인하였다. 일반적으로 콘택트렌즈로 활용되기 위해서는 광투과율이 88% 이상으로 높아야한다.^[14] 따라서 광투과율을 만족하는 상온중합 조건은 중합온도가 25^oC이었으며, TMEDA의 양은 3 μl와 5 μl임을 확인하였다.

Fig. 2. 
Transmittance of the contact lens according to the polymerization temperature and amount of TMEDA.

상온중합과 열중합 콘택트렌즈의 물리적 특성을 동일한 조건하에서 비교하기 위하여 앞에서 확인한 25^oC에서 TMEDA양을 3 μl와 5 μl씩을 각각 사용하여 1시간씩 중합하였으며 물리적 특성을 Table 2에 제시하였다.

열중합과 상온중합으로 제작한 콘택트렌즈의 함수율을 비교해 보면, TMEDA 3 μl, 5 μl를 첨가하여 열중합법으로 제작한 렌즈의 함수율은 36.05%, 36.42%로 각각 나타났고 상온중합법으로 중합한 콘택트렌즈는 36.16%, 36.81%로 각각 나타났다. 이로써 중합반응 종류에 따른 함수율의 차이는 없는 것을 나타났다. 또한 촉매제인 TMEDA의 양은 콘택트렌즈의 함수율에 미치는 영향은 없었다.

투광도는 촉매제인 TMEDA의 양을 3 μl 사용할 때 보다는 5 μl를 사용하였을 때에 약 1.7% 상승되어 중합방법의 차이에 따른 투광도 차이는 없는 것으로 나타났다.

열중합과 상온중합의 중합방법 차이에 따른 함수율, 굴절률, 그리고 투광도는 비슷하게 나타났으며, 촉매제 양에도 별 영향이 없었다는 것을 알 수 있었다. 상온중합법이 에너지를 사용하지 않고도 열중합법과 동일한 성능을 보인다는 것은 콘택트렌즈의 생산단가를 낮추는데 매우 중요한 의미가 있다.

콘택트렌즈의 특성 중 습윤성을 나타내는 지표는 접촉각으로서 친수성일수록 각도가 작으며, 소수성일수록 크게 나타난다. 열중합법으로 제작한 Polymacon의 접촉각은 TMEDA의 양에 따라 각각 68.8°, 65.4°로 측정되었으나 상온중합으로 제작한 시료의 접촉각은 59.4°, 57.8°로 각각 나타났다. 이 결과로서 상온중합법으로 제작한 콘택트렌즈의 접촉각은 열중합법에 의한 콘택트렌즈 보다 평균 15% 정도 작게 나타남으로써 습윤성이 더 우수함을 알 수 있었다.

각막 대사에 중요한 산소투과율은 상온중합 콘택트렌즈의 경우, TMEDA양이 3 μl일 때에 약 51%, 5 μl일 때에 71%로 나타나서 TMEDA양이 많을수록 산소투과율이 훨씬 좋은 것으로 나타났다.

열중합법과 상온중합법으로 제작한 콘택트렌즈의 물리적 특성을 비교하면, TMEDA의 양이 많을수록 모든 물리적 특성이 향상되었으며, 열중합법보다는 상온중합법으로 제작하였을 때에 습윤성과 산소투과율이 더 우수함을 확인하였다.

중합시간의 변화에 따른 함수율과 굴절률의 측정 결과를 Fig. 3에 나타냈다.

Fig. 3. 
Water content of the contact lens according to the amount of TMEDA (μl) and polymerization time (h): the dotted line is TMEDA 3 μl and the solid line is TMEDA 5 μl.

앞서 살펴보았듯이 중합시간을 1시간 진행시켰을 때에는 열중합과 상온중합의 함수율 차이가 거의 없었지만, 상온중합의 시간을 24시간 동안 진행하였을 경우 중합시간이 경과함에 따라 함수율이 점차 증가하는 경향을 보였다. 중합시간에 따른 함수율에 대한 분석 결과, TMEDA의 양을 5 μl 사용하였을 때에 1시간 중합에 의한 함수율은 36.81%에서 24시간으로 경과됨에 따라 38.11%로 증가하였으며 이러한 차이는 통계적으로 매우 유의한 것으로 분석되었다(F=105.090, p<0.001).

굴절률의 측정 결과는 Fig. 4에 나타내었다. 굴절률은 TMEDA의 함량과 중합시간에 따른 큰 차이를 보이지 않았지만 중합시간이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. TMEDA 사용량을 5 μl 사용 시, 4시간 중합이후에는 굴절률의 변화가 없으나 3 μl를 사용하면 굴절률이 꾸준히 감소하였다. 이는 TMEDA를 5 μl 사용하면 중합이 빨리 진행되어 4시간만에 완결되나 3 μl를 사용하면 24시간 동안 반응이 조금씩 진행된다는 것을 암시한다. TMEDA 3 μl 사용 시, 중합시간에 따른 굴절률을 분석해 보면, 1시간 중합 시 1.438에서 24시간 중합 시 1.435로 변하였으며 중합시간 경과에 따른 굴절률 감소는 유의한 것으로 나타났다(F=11.124, p<0.005).

Fig. 4. 
Refractive index of the contact lens according to the amount of TMEDA (μl) and polymerization time (h); the dotted line is TMEDA 3 μl and the solid line is TMEDA 5 μl.

TMEDA 3 μl, 5 μl를 첨가하여 상온중합하였을 때 모두 중합시간이 길어지면서 함수율은 증가하고 굴절률은 감소하는 것을 확인하였다. 일반적으로 함수율과 굴절률은 반비례 관계를 나타낸다. 이는 함수율이 증가함에 따라 하이드로겔을 구성하는 고분자 네트워크 사이의 간격이 넓어지면서 밀도가 감소하기 때문이다.^[15-17]

상온중합법으로 제작한 콘택트렌즈의 중합시간에 따른 가시광선 투과율 변화 결과를 Fig. 5에 나타내었다.

Fig. 5. 
Transmittance of the contact lens according to the amount of TMEDA (μl) and polymerization time (h); the dotted line is TMEDA 3 μl and the solid line is TMEDA 5 μl.

중합시간을 1시간에서 24시간까지 변화를 주어도 광투과율은 모두 90% 이상으로 높게 측정되었으며 콘택트렌즈로서의 기본 특성을 만족하였다.

촉매제의 양을 5 μl를 첨가한 시료가 3 μl 사용하였을 때보다 광투과율이 높게 나타났다. 중합시간에 따른 투광도 차이는 유의하였으며(F=86.844, p<0.001) 사후검정 결과(Turkey HSD), TMEDA 5 μl 사용으로 24시간 중합 시 투광도 93.40% 는 1시간 중합 시 91.58% 보다 투광도가 유의하게 높은 것으로 분석되었다.

TMEDA 5 μl를 첨가하여 24시간 동안 중합한 시료의 광투과율은 93.40%로 TMEDA 3 μl를 사용하였을 때보다 높게 나타났다. 본 연구에서 만들어진 모든 시료는 중합시간에 관계없이 모두 90% 이상의 가시광선 투과율을 가지므로 콘택트렌즈로 활용 가능하다고 판단된다.^[14]

습윤성은 접촉각의 정도로 판단하며 접촉각이 낮을수록 친수성 성질을 가지고 습윤성이 높다. 습윤성은 콘택트렌즈 착용 시 눈의 촉촉함과 편안함을 결정하는 중요한 요인^[18]이기 때문에 상온중합에 의한 하이드로겔 콘택트렌즈의 접촉각을 측정하여 습윤성을 평가하였다.

본 연구는 sessile drop method^[19]를 사용하여 접촉각을 알아보았으며, 접촉각의 측정 결과를 Fig. 6에 제시하였다.

Fig. 6. 
Wetting angle of the contact lens according to the amount of TMEDA (μl) and polymerization time (h); the dotted line is TMEDA 3 μl and the solid line is TMEDA 5 μl.

중합시간의 경과에 따라 접촉각의 크기가 점차 감소하였다. TMEDA의 양에 따라 중합시간이 1시간일 때 보다 24시간 일 때의 접촉각이 13%와 15%씩 각각 감소하였다. TMEDA 5 μl를 첨가하여 24시간 동안 중합한 시료의 접촉각은 50.1°로 TMEDA 3 μl를 첨가하였을 때의 접촉각 52.6°보다 4.79% 낮았다. 이를 열중합한 콘택트렌즈의 접촉각과 비교하면 각각 23.54%, 23.39% 감소한 것으로 나타났으며 상온중합 시 열중합보다 습윤성이 향상되었음을 알 수 있었다. TMEDA 3 μl를 첨가하였을 때는 중합시간이 증가함에 따라 접촉각이 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. TMEDA 양에 따른 접촉각 변화 추세를 살펴보면, 5 μl를 첨가하였을 때의 8시간 이후 접촉각 감소 추세는 3 μl 시용 시 보다 감소비율이 낮아짐을 알 수 있다. 이는 촉매제의 사용량이 많으면 콘택트렌즈의 중합반응이 빨리 진행되고 습윤성도 더 좋아진다는 것을 알 수 있다.

중합시간에 따른 접촉각 변화를 살펴보면, 중합시간이 길어지면 접촉각이 낮아져서 습윤성이 향상되는 경향성을 보였으며 이는 통계적으로 매우 유의하였다(F=46. 704, p<0.001). TMEDA 5 μl 사용 시 접촉각에 대한 Tukey 사후검정결과는 1시간 중합 시 57.6°보다 24시간 중합 시 50.1°로 매우 유의하게 낮아진 것으로 분석되었다.

각막은 무혈관으로 대기 중의 산소를 공급받아 대사작용을 하기 때문에 콘택트렌즈의 산소투과도(DK/t)는 각막에 건강에 직접적인 영향을 미친다. 콘택트렌즈 사용으로 유발된 각막 저산소증은 내피세포 수포, 부종, 윤부충혈, 근시로의 변화, 상피미세낭종 및 상피의 두께감소와 같은 일시적 변화^[20,21]와 각막 신생혈관 등^[22] 장 · 단기적으로 각막의 생리학적 변화를 유발하므로 콘택트렌즈의 물리적 특성 중에서 산소투과도는 매우 중요하다.

중합시간에 따른 산소투과도 측정 결과는 Fig. 7에 제시하였다.

Fig. 7. 
Oxygen permeability of the contact lens according to the amount of TMEDA (5 μl) and polymerization time (h); the dotted line is TMEDA 3 μl and the solid line is TMEDA 5 μl.

TMEDA의 양에 상관없이 중합시간이 증가함에 따라 산소투과도는 증가하나 많은 변화는 보이지 않는다.

1시간 열중합시킨 Polymacon의 산소투과도는 TMEDA가 3 μl, 5 μl일 때 각각 6.38 DK/t, 6.70 DK/t로 나타난 반면 24시간 상온중합시킨 시료의 산소투과도는 11.25 DK/t와 11.54 DK/t로 각각 측정되었다. 따라서 24시간 상온중합법에 의한 콘택트렌즈의 산소투과도는 1시간의 열중합법 보다 평균 74.3% 증가되었음을 알 수 있다. 이 결과로써 상온 중합법으로 제작한 콘택트렌즈가 열중합법에 의한 렌즈보다 산소투과도가 높게 측정됨을 확인할 수 있었다.

TMEDA 5 μl 사용 시 산소투과도는 1시간 중합일 때 10.92 DK/t에서 24시간 중합에서 11.54 DK/t로 5.7% 향상되었으며 중합시간에 따른 산소투과도 차이는 통계적으로 유의하게 나타났다(F=16.408, p<0.001).

TMEDA 사용량에 따른 산소투과도의 평형상태 도달시간은 TMEDA 5 μl를 사용한 시료에서는 약 4시간이었으나 3 μl를 사용한 시료에서는 8시간 이후에 평형상태에 도달하였다. 중합반응 1시간에서는 TMEDA 양에 따라 산소투과도 차이가 0.82 DK/t이었으나 24시간 경과되면서 0.29 DK/t만큼 거의 차이가 나지 않았다. 이는 중합반응 초반에는 촉매제 양이 많음으로써 반응이 촉진되어 산소투과도가 높아지나 시간이 경과되면서 TMEDA양이 산소투과도에 미치는 기여도는 감소하는 것으로 보인다.