XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование физико-химических характеристик многофункциональных растворов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Вольхин Р.Е. 1Жиренкин Ф.Г. 1

---

1МАОУ-СОШ №24

Лейман О.Н. 1

---

1МАОУ - СОШ №24

Работа в формате PDF

126.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В последнее время широко обсуждается проблема соотношения контактной коррекции зрения и начальных проявлений синдрома «сухого глаза». Речь идет именно о начальных проявлениях синдрома, а не его классическом выражении. С одной стороны, офтальмологи сталкиваются с категорическим отрицанием возможности контактной коррекции в такой ситуации. С другой стороны, некоторые подобные пациенты нуждаются именно в данном виде коррекции зрения.

Причины, провоцирующие возникновение начальных симптомов «сухого глаза», можно классифицировать следующим образом:

• работа с компьютером;

• сухой воздух в помещениях с центральным отоплением;

• кондиционированный воздух;

• прием снижающих слезопродукцию препаратов;

• прием алкоголя, курение.

На формирование синдрома «сухого глаза» влияют также озон, УФ-излучение, аллергены. По данным профессора A.A. Киваева [1], около 10% пользователей контактными линзами по истечении 1-6 месяцев начинают предъявлять жалобы на сухость глаз, «засоренность глаз», жжение, снижение зрительной трудоспособности из-за нестабильности остроты зрения, смещение линзы из-за ее «подлипания» к верхнему веку.

Клинически это выражается в локальном отеке, гиперемии слизистой глазного яблока, скоплении слизи в нижнем своде слизистой. При биомикроскопии отмечаются поверхностная васкуляризация роговицы, отек, эпителиальные микродефекты, что свидетельствует о развитии начального ксероза, обусловленного дисфункцией мейбомиевых и слезных желез, и подчеркивает важность проведения исследований проходимости слезных путей, качества слезной пленки, объема слезопродукции в целях контактной коррекции.

В основе возникновения синдрома «сухого глаза» лежит нарушение стабильности слезной пленки, в норме покрывающей переднюю поверхность глазного яблока.

Известно, что толщина слезной пленки у здоровых людей в среднем составляет всего 10 мкм. В структурном отношении слезная пленка неоднородна.

Снаружи она покрыта тонкой пленкой липидов, препятствующей чрезмерному испарению влаги, а также теплоотдаче с поверхности эпителия роговицы и конъюнктивы.

Второй, водянистый слой (продукт секреции добавочных и главной слезных желез), составляет основу слезной пленки. Непрерывное его обновление обеспечивает метаболические, защитные и другие биологические функции слезной пленки.

Важным структурным составляющим водянистого слоя служит его муциновый компонент. Муцины продуцируют бокаловидные клетки конъюнктивы. Основная их функция заключается в придании гидрофобному эпителию роговицы гидрофильных свойств, позволяющих удерживать слезную пленку на роговице.

Нарушения процессов физиологического обновления слезной пленки у здоровых людей лежит в основе патогенеза синдрома «сухого глаза». При этом они весьма разнообразны и могут касаться различных звеньев формирования и функционирования слезной пленки:

• продукции слезы, муцинов и липидов;

• скорости испарения слезной пленки;

• формирования слезной пленки на поверхности эпителия роговицы.

Одна из текущих задач, решаемых сегодня производителями многоцелевых растворов, - это сведение к минимуму необходимых этапов ухода за контактными линзами, а также профилактика синдрома «сухого глаза». Многоцелевые растворы обладают достаточной эффективностью для проведения адекватной очистки и дезинфекции благодаря сложному химическому составу, в который входят, в частности, консерванты, поверхностно-активные и смазывающие вещества, буферы, ионные агенты. Каждый из этих компонентов нужен для того, чтобы в комплексе они обеспечили безопасное ношение линзы после обработки ее раствором, а также образование увлажняющей пленки на поверхности глаза [2-5].

1.Литературный обзор

1.1 Синдром сухого глаза.

Синдром сухого глаза (сухой кератоконъюнктивит) — это воспалительное состояние глаза, при котором слёзная плёнка изменяется по своему химическому и количественному составу. Проявляется комплексом симптомов, таких как жжение, чувство рези и инородного тела в глазу.

По данным различных авторов, сухость глаза встречается примерно у 15-17 % взрослых, проживающих в развитых странах. Этот показатель каждый год увеличивается. За последние 30 лет синдром сухого глаза стал встречаться в 4,5 раза чаще .

Одна из причин такого увеличения распространённости синдрома связана с развитием рефракционных хирургических вмешательств — лазерного кератомилёза, фоторефракционной кератэктомии, передней радиальной кератотомии и других. Во время этих операций нарушается иннервация роговицы.

На рост данной патологии также оказывают влияние:

• повсеместное использование смартфонов, планшетов, компьютеров, другого офисного оборудования, а также кондиционеров, так как они высушивают воздух;

• ношение мягких контактных линз;

• регулярный приём лекарств — мочегонных, противоаллергических препаратов, антидепрессантов, средств для снижения холестерина, бета-блокаторов, противозачаточных таблеток.

Симптомы синдрома сухого глаза

Часто встречаемые симптомы:

• раздражение (покраснение) глаз;

• ощущение инородного тела в глазах;

• чувство жжения;

• слизистое отделяемое в виде нитей;

• периодические "затуманивание".

• Реже наблюдается зуд в глазу, светобоязнь, утомление или чувство тяжести в глазах. При этом чувства стянутости и давления за глазами не возникают.

• Как правило, все перечисленные симптомы проявляются на обоих глазах, но иногда они возникают только в одном глазном яблоке.

• Любопытно, что пациенты с синдромом сухого глаза редко жалуются на сухость глаз, хотя иногда они отмечают нехватку эмоциональных слёз или отсутствие слезотечения в ответ на раздражитель, например, лук. В некоторых случаях пациентов беспокоит слезотечение, особенно на улице, так как там много раздражающих факторов — яркое солнце, ветер, холод. От возникающего слезотечения они испытывают дискомфорт.

• Признаки сухого кератоконъюнктивита часто усиливаются из-за воздействия внешних факторов, связанных с повышенным испарением слезы от ветра, кондиционера, отопления или при длительном чтении, так как человек начинает реже моргать. При закрытых веках симптомы уменьшаются [6].

1.2. Растворы для линз и их функции.

В настоящее время одним из самых перспектив­ных и неинвазивных методов коррекции зрения являет­ся использование контактных линз. В процессе ноше­ния контактные линзы подвергаются множеству небла­гоприятных воздействий, следствием которых являют­ся отложения различных веществ на их поверхности. Для удаления комплекса загрязнений применяются мно­гофункциональные растворы. Подходят длялюбого вида мягких контактных линз. Ниже подробно рассмотрим основные функции этих растворов.

1. Функцию поверхностной очистки, то есть удаления поверхностных отложений и биопленок, образовавшихся на поверхности линзы, выполняют поверхностно-активные вещества. В составе их часто указывают аббревиатурой ПАВ. Они бывают:
- ионные (например, лаурилсульфат);
- неионные (к ним относятся твины, полоксамины, полоксамеры).

Ионные сейчас стараются не использовать: высок риск того, что они могут вызывать раздражение.

Неионные ПАВы нетоксичные, легче переносятся и реже вызывают раздражение. Почти во всех растворах сейчас используют именно их. Если видите в составе твины, полоксамеры, полоксамины, гидронат, скорее всего эти растворы не вызовут дискомфорта, связанного с ПАВ.

2. Многофункциональные растворы хорошо справляются и с глубокой очисткой — это удаление денатурированного белка, предотвращение образования солей кальция, железа.
Во многих растворах, эту функцию выполняет этилендиаминтетрауксусная кислота, или ЭДТА.

3. Раствор для линзы обязательно должен выполнять функцию дезинфекции.
Самые распространенные вещества, которые сейчас для этого используют — бигуаниды, соли четвертичного аммония (полигексаметилбигуонид, алексидин, даймед, поликватерниум, алдокс, мирамистин).
Дезинфицирующее вещество часто выступает и как консервант — все зависит от его концентрации в растворе.

4. Важный компонент в растворах — увлажнитель. Увлажняющие агенты увеличивают время комфортного ношения линз. Самый современный компонент, который используют для этого, — гиалуроновая кислота и ее соли.
Также некоторые ПАВы, которые выполняют поверхностную очистку, обладают и увлажняющими свойствами. Например, сульфобетаин, полоксамин, полоксамер. В качестве увлажнителя могут использоваться эфиры целлюлозы (ГМПЦ), спиртовые производные (пропиленгликоль).

5. Многофункциональные растворы удобны тем, что в них можно хранить линзы при регулярном ношении.
Их можно оставлять в растворе до того момента, пока они снова не понадобятся.

6. Раствор должен иметь определенный уровень pH. 
Если pH раствора соответствует pH слезы здорового человека, то не будет чувства жжения и раздражения. Уровень pH также влияет на степень дезинфекции раствора. Показатели pH слезы здорового человека колеблется в диапазоне 7,3—7,5. Но это значение может меняться в зависимости от состояния здоровья глаз, пола человека, гормональных изменений, приема достаточно большого перечня лекарственных препаратов.
За поддержание уровня pH отвечает буферная система. В качестве неё часто используют:
- борную кислоту и ее соли;
- соли фосфорной кислоты;
- соли лимонной кислоты, или цитраты.

2.Актуальность исследования.

Актуальность моего исследования обусловлена ношением контактных линз множеством людей, которые ведут активный образ жизни, поскольку контактные линзы удобны в применении в отличие от очков.

Тщательная обработка линз растворами — это надежный способ сохранить здоровье своих глаз. Если не ухаживать за контактной оптикой, может возникнуть аллергия или инфекционное заболевание.

Многофункциональные растворы выполняют все необходимые функции: очищение, дезинфекция, хранение, ополаскивание, увлажнение, смазывание, а также возможно использование многофункциональных растворов в качестве увлажняющего средства для глаз.

Но возможны ситуации, когда под рукой не оказалось средства для хранения и очистки линз. Это может произойти на отдыхе, в путешествии, в противном случае нельзя надеть засохший материал на слизистую глаза. 

3.Постановка целей и задач исследования

 Цель нашего исследования – приготовить раствор для линз и исследовать физико-химические свойства.

 Данная цель достигается путем решения следующих задач:

1. Определить рН и буферную емкость растворов;

2. Выполнить качественный анализ адгезии контактной линзы;

3. Определить электропроводность многофункциональных растворов;

4. Проанализировать вязкость многофункциональных растворов;

5. Проанализировать адсорбцию и десорбцию многофункциональных растворов.

Объект исследования: физико – химические свойства многофункциональных растворов для линз.

Предмет исследования: многофункциональные растворы.

Гипотеза: предполагаем, что самостоятельно можно приготовить многофункциональный раствор с физико - химическими характеристиками, сходными с дорогостоящими растворами

В научно – исследовательской работе я использовала несколько методов исследования, а именно: эксперимент, наблюдение, лабораторные методы с использованием цифровых технологий.

4. Практическая часть

Выбраны растворы для линз:

ОПТИ-ФРИ (состав: натрия цитрат, натрия хлорид, кислоту борную, сорбит, динатрия эдетат, аминометилпропанол и ТЕТРОНИК 1304 (полоксамин) - в качестве очищающих компонентов; ПОЛИКВАД® (полидрония хлорид) 0,001% и АЛДОКС (миристамидонронил диметиламин) 0,0005% - в качестве консервантов).

ReNu(состав: стерильный изотонический раствор, борная кислота, динатрий эдетат, натрий борат, натрий хлорид, полиаминопропил бигуанид 0,0001%, гидроксиалкилфосфонат 0,03%, полоксамин 1%).

АКВА-ОПТИК (состав: борная кислота – 11,0 мг, натрия хлорид – 3,0 мг, динатрия тетраборат декагидрат (боракс) – 1,15 мг, трегалоза – 0,2 мг, динатрия эдетата дигидрат – 0,2 мг, натрия гиалуронат – 0,1 мг, полигексаметиленбигуанида гидрохлорид (20 % раствор) – 0,005 мг, полоксамер 407 – 0,03 мг, янтарная кислота – 0,03 мг, вода для инъекций)

Приготовленный раствор (хлорид натрия 1,5%, вода дистиллированная)

5. Методы исследование многофункциональных растворов.

Определение величины рН методом потенциометрии

Метод потенциометрии – измерение ЭДС гальванической цепи (рН раствора), состоящей из индикаторного и вспомогательного электродов, опущенных в исследуемый раствор. При этом различают прямую потенциометрию, позволяющую определять концентрацию свободных ионов гидроксония в водном растворе (рН), и потенциометрическое титрование, при котором устанавливается общее содержание кислых слабоионизирующих продуктов обмена. Потенциометрическое определение рН растворов проводят с помощью потенциометра со стеклянным и хлорсеребряным электродами.

Измерение электропроводимости методом кондуктометрии

Кондуктометрия – физико-химический метод исследования, основанный на измерении электрической проводимости жидких сред. Электрическая проводимость растворов определяется концентрацией свободных ионов. Повышение электрической проводимости указывает на увеличение свободных ионов, уменьшение – на то, что их концентрация падает.

Качественный анализ адгезии на поверхности контактной линзы и моющего действия многофункциональных растворов для линз.

Адгезия – это энергия молекулярной связи между поверхностями двух соприкасающихся фаз. Количественно ее определяют работой, затрачиваемой на разделение тел в расчете на единицу площади. Соответственно силы, действующие между молекулами, находящимися в разных фазах, называют силами адгезии. Чем больше адгезия, тем лучше смачивание.

Попадание частиц на МКЛ

Наиболее распространенная форма таких отложений - это так называемые ржавые пятна, возникающие на МКЛ. Типичный цвет - оранжево-коричневый. Железные частицы обычно попадают в глаз из воздуха, в некоторых случаях их заносят случайно руками.

В качестве макета глазного яблока необходимо взять куриное яйцо, на него прикрепить МКЛ с частицами пыли на внешней сфере линзы. Промыть струей раствора для линз загрзненную МКЛ и оценить качество моющего действия.

Анализ вязкости многофункциональных растворов

Метод 1.

Мерной пипеткой на 10 мл осуществить забор исследуемой жидкости, зафиксировать время вытекания 10 мл жидкости. Определение повторите 3-5 раз. Среднее значение запишите в таблицу 4.

Метод 2.

Мерной пипеткой на 10 мл осуществить забор исследуемой жидкости, зафиксировать объем жидкости, вытекающий за 10 сек. Определение повторите 3-5 раз. Среднее значение запишите в таблицу 4.

Метод 3.

Осуществить забор жидкости объемом 10 мл и зафиксировать время вытекания жидкости от метки до метки. Определение повторите 3-5 раз. Среднее значение записать в таблицу.

Обработка экспериментальных данных:

Вязкость рассчитывается по формуле:

,

где t (воды) – время истечения эталонной жидкости, t – время истечения исследуемой жидкости; ρ (воды) – плотность эталонной жидкости, ρ – плотность исследуемой жидкости.

Гравиметрический метод

МКЛ поместить в раствор для линз, через определенные интервалы времени проводить измерения изменения массы линзы. Построить график кинетики набухания линзы в растворе, предварительно посчитав степень набухания гидрогеля (α):

где m₀ – масса сухой МКЛ; m – масса МКЛ с поглощенными веществами.

6. Результаты и обсуждение.

6.1. Для удобства заполнения таблиц и графиков используются следующие обозначения:

Раствор 1 – Опти-Фри

Раствор 2 – ReNu

Раствор 3 – Аква-Оптик

Раствор 4 – Приготовленный раствор с концентрацией 1,5 хлорида натрия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РН И БУФЕРНОЙ ЕМКОСТИ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЛИНЗ.

Разделить 40 мл на 2 части. К 20 мл раствора добавить 1 мл 0,1Н раствора NaOH, к другому объему 20 мл раствора добавить 1 мл 0,1Н раствора HCl хорошо перемешать и измерить рН. Рассчитать буферную емкость по кислоте и по основанию. Полученные данные запишите в таблицу.

Так как изменение буферной емкости в пределах нормы, то буферная система в данных растворах выполняет свою роль и поддерживает pH [7].

6.2. Данные для построения градуировочного графика электропроводности по известной концентрации хлорида натрия:

В результате измерений построен градуировочный график:

6.3. Измерение электропроводности

6.4.Качественный анализ адгезии на поверхности контактной линзы и моющего действия многофункциональных растворов для линз показал хорошую смачиваемость (адгезию) при промывании линзы от крупнодисперсных частиц.

6.5. Анализ вязкости.

6.5. Гравиметрический метод

Итак, по экспериментальным данным, таким образом, многофункциональные растворы соответствуют заявленным свойствам и могут использоваться для профилактики синдрома сухого глаза и эксплуатации контактных линз.

Выводы

1. Установлено, что изменение буферной емкости в пределах нормы, буферная система в данных растворах, а также в приготовленном растворе выполняет свою роль и поддерживает pH.

2. Данные по электропроводности подтверждают наличие ионов натрия и хлора в многофункциональных растворах.

3. Качественный анализ адгезии на поверхности контактной линзы показал хорошую смачиваемость.

4. Вязкость растворов считаем в норме, так как отличается от вязкости воды на единицу.

5. Гравиметрический метод показал, что контактные линзы в многофункциональных растворах не изменяют массу.

6. По проделанной работе можно сказать, что раствор для линз можно приготовить самостоятельно и его свойства отличаются ненамного от коммерческих, но хранить данный раствор длительное время нельзя, так как отсутствуют вспомогательные вещества.

Список использованной литературы

1. Басинский С.Н., Егоров Е.А. Клинические лекции по офтальмологии. – М., 2007г. – 163 с.

2. Бржеский В. В., Сомов Е. Е. Синдром сухого глаза: современные аспекты диагностики и лечения // Синдром сухого глаза. – 2002. м № 1. – 55 с.

3. Голубев С. Ю., Куроедов А. В. К вопросу о выборе экономически эффективного препарата для профилактики и лечения синдрома сухого глаза// Синдром сухого глаза: Спец. издание Московской ассоциации офтальмологов. - 2002. -№ 3. - С. 12 - 14.

4. Давыдов, В.В. Как решить проблему дискомфорта при ношении контактных линз / В.В. Давыдов // ВЕКО. 2006. - № 8. - С. 28-33.

5. коррекции зрения / Е.А. Линник, Н.В. Майчук, В.Г. Емелина // Итоговая научная конференция молодых ученых МГМСУ (28;2006;Москва): сб. науч. тр. М., 2006. - С. 109-110.

6. Запускалов, И. В. Офтальмология. Патология придаточного аппарата глазного яблока : учебное пособие / Запускалов И. В., Кривошеина О. И., Фетисов А. А. - Томск : СибГМУ, 2013. - 90 с.