복합재질 델리필콘 A 10여년 이상 연구 끝 개발
렌즈 내부 33% 함수율 표면에서 80% 이상 증가
베이스커브 8.5mm, 직경 14.1m 최적의 중심안정

알콘의 꾸준한 연구가 복합재질로 만들어진 렌즈의 탄생을 가능하게 했다. 데일리스 토탈 원 렌즈 재질인 델리필콘(delefilcon) A를 개발하기 위해 세계 각국의 과학자, 엔지니어 및 임상전문가들이 10년 이상 연구해 왔다.

개발 초기에 연구자들이 중점적으로 의논했던 내용은 가장 편안한 콘택트렌즈를 만들기 위해 렌즈의 어떤 특성을 가장 특화해야 할까를 결정하는 것이었다.

토론을 거듭하면서 내린 결론은 단일 재질의 콘택트렌즈로는 필연적으로 발생하는 렌즈의 단점과 제한점을 극복할 수 없다는 것이었다. 각막도 단일 조직이 아닌 여러 조직층으로 구성돼 있으며, 각 층은 고유한 해부학적 구조를 가지고 고유한 생리적인 역할을 담당하고 있다.

렌즈 함수율을 얼마로 할지를 선택하면서 연구개발팀은 기존의 렌즈 재질이 가지고 있는 고유한 특성에 대해 생각해 보았다.

실리콘 하이드로겔 렌즈는 많은 산소를 각막에 제공해 각막을 건강하게 유지하는 반면 함수율이 낮아 핸들링이 쉽고 탈수 저항성이 좋다. 반면 실리콘이 없는 기존의 하이드로겔 재질은 높은 함수율과 윤활성, 지방 침착에 대한 저항성을 가지고 있다.

연구개발(R&D) 팀은 모듈러스(Modulus)가 낮을수록 렌즈를 피팅하는 것이 더 쉽고 렌즈 착용감을 개선하는데 도움이 되지만 렌즈 핸들링에는 방해가 된다는 점을 인식하게 됐다.

또한 단일 재질로는 부드러운 렌즈를 만드는 데 한계가 있다고 판단했다. 각막 상피세포의 모듈러스는 0.02㎫로 매우 낮기 때문에 콘택트렌즈를 각막처럼 부드럽게 만드는 것은 불가능한 것처럼 여겨졌다.

각막이 여러 층인 것처럼 렌즈도 단일재질이 아닌 복합재질로 만들면 어떨까 하는 생각에서 출발해 렌즈 내부는 산소 투과도를 높이고 렌즈 핸들링을 좋게 하도록 만들었다.

렌즈 표면에는 렌즈 습윤성이나 매끄러움을 더 좋게 하는 것이 중요하다는 것을 인지하게 됐다. 단일 함수율, 단일 모듈러스 또는 단일 화학구조를 갖는 렌즈는 항상 일정 부분의 한계점을 가지게 마련이다.

연구팀은 "왜 고객들이 렌즈 안쪽과 바깥쪽에서 동일한 함수율을 갖는 단일 재질의 렌즈를 착용해야만 할까"라는 의문을 가지게 됐고, 단일재질이 아닌 복합재질로 만들어진 델리필콘 A 워터그라디언트(Water gradient) 렌즈를 개발하는 근거가 됐다.

국내에서도 임상연구가 진행 중이며 이상협 아이리치 원장은 "콘택트 착용 시 항상 오후에는 충혈감과 피곤함으로 힘들었는데 데일리스 토탈 원은 높은 산소 투과율로 저녁까지 유지되는 편안함이 감동"이라고 착용 소감을 전했다.

또한 이영재 라인안경원 원장은 "콘택트의 편안함은 초기 착용감과 직결되는데 착용하자마자 편안함을 느낄 수 있었다"며 "무엇보다 장시간 착용해도 변함없는 렌즈의 윤활성을 느낄 수 있었다"고 말했다. 덧붙여 그는 "개인적으로 가끔 원데이 렌즈를 착용하는데 보통 9시간 정도 끼고 나면 심한 건조감을 느끼곤 했었다"며 "데일리스 토탈 원을 1주일 정도 착용해본 결과, 거의 12시간이 지났음에도 불편함이 느껴지지 않아 좋았으며 콘택트 착용 시 습관적으로 인공누액 또는 습윤액 등을 넣는 고객들에게 어필할 만하다"고 강력하게 추천했다.


■함수율 표면에서 80% 이상 증가

렌즈 재질의 괄목할 만한 변화를 통해 델리필콘 재질은 렌즈 안쪽에서부터 바깥쪽으로 갈수록 함수율과 모듈러스가 변하도록 해 렌즈 내부에서 33%였던 함수율이 표면에서는 80% 이상까지 증가하는 특성을 구현한 최초의 워터그라디언트 콘택트렌즈를 가능하게 했다.

델리필콘 A는 그림 1처럼 워터그라디언트 기술을 가능케 하기 위해 렌즈 안쪽은 최고의 산소 투과율을 제공하는 실리콘 하이드로겔 재질로 렌즈 표면은 비-실리콘 계열의 친수성 폴리머구조로 구성돼 있다.

이런 구조를 통해 그림 2에 나와 있는 것처럼 렌즈 Dk/t는 156(@ -3.00D) 이고 표면 함수율은 80% 이상 유지할 수 있게 된다.

렌즈 내부와 렌즈 표면 사이의 워터그라디언트 특성으로 인해 실리콘체인이 많은 렌즈 안쪽 재질로부터 실리콘이 없는 서피스 젤(Surface gel)쪽으로 함수율이 급격하게 증가하게 된다. 실리콘 성분이 없는 렌즈 표면의 울트라 서피스 젤(Ultrasoft surface gel)은 렌즈 전체 두께의 10%를 차지하고 평균 함수율이 80%를 초과하기 때문에 워터그라디언트 층의 렌즈 가장 바깥쪽 표면 함수율은 거의 100%에 도달한다.

여러 가지 테스트를 통해 렌즈 재질의 함수변화를 측정해 볼 수 있는데 관찰 결과 렌즈 안쪽의 모듈러스는 0.7㎫로 착용 시 렌즈 핸들링이 쉽도록 돼 있고 가장 바깥쪽 표면의 모듈러스는 0.025㎫까지 낮아져 표면으로 갈수록 점점 더 부드러워졌다. 델리필콘A의 표면 모듈러스 0.025㎫는 각막 표면 세포의 부드럽기와 거의 유사하다.


■Dk/t 높은 렌즈 피팅 저산소증 대비

왜 원데이 렌즈에 높은 Dk/t가 필요할까. 이 질문에 대해 여러가지 생각해 봐야할 점들이 있다. 일반적으로 공시돼 있는 Dk/t는 -3.00D 렌즈의 중심에서 측정된 값이다.

렌즈 주변부의 두께는 점점 더 두꺼워지기 때문에 마이너스 렌즈의 경우 주변부에서 산소 투과도가 낮아진다는 것을 의미한다. 그림 3은 산소 투과를 컬러로 나타낸 것으로 렌즈 재질과 파워에 따른 차이를 비교해 볼 수 있다.

푸른색은 높은 Dk/t를 나타내는 것이고 붉은 색이 진해질수록 낮은 Dk/t를 나타낸다. 이 그림을 통해 단일 Dk/t 수치로는 콘택트렌즈 전체의 산소 투과율을 완전하게 설명할 수 없다는 것을 알 수 있다. 공시된 Dk/t는 -3.00D 렌즈 중심의 좁은 부분에 한정된 값이다.

주변부에서의 산소 투과율은 일반적으로 컬러맵에서 보는 바와 같이 훨씬 낮아지게 된다. 렌즈 산소투과율은 중심부에서보다 주변부에서 눈 건강에 더 중요한 영향을 미친다.

게다가 렌즈 착용자에 따라 요구하는 산소의 양이 각자 다르기 때문에 일반적인 검사를 통해서는 필요한 산소량을 예측하기 어렵다. 따라서 Dk/t가 가장 높은 렌즈를 피팅하는 것이 저산소증에 대한 걱정을 피하고 고객의 다양한 라이프스타일에 따른 요구를 충족할 수 있는 제일 좋은 방법이다.


■표면 윤활성 렌즈 착용감 영향 미쳐

콘택트렌즈 착용감은 모듈러스, 렌즈 두께, 렌즈의 함수율, 렌즈 디자인 및 파라미터와 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받는다.

표면 마찰계수나 윤활성(lubricity)은 렌즈 착용감과 상당한 상관성을 가지는 것으로 밝혀졌다.

윤활성은 마찰의 반대 개념으로 검결막과 같은 안구 조직이 얼마나 쉽게 렌즈 표면 위를 미끄러질 수 있는지 설명해 줄 수 있다. 우리는 보통 하루에 1만4000번 정도 깜박이고 깜박일 때마다 상안검이 미끄러져 내려왔다가 렌즈 표면을 타고 다시 올라간다.

이런 점에서 표면 윤활성을 통해 렌즈 착용감을 예측해 볼 수 있다. 윤활성은 손가락으로 렌즈를 비벼서 그 느낌으로 쉽게 알아볼 수 있고, 경사면에서의 미끄러지는 정도 또는 마찰계(micro tribometer)를 통해서도 측정해 볼 수 있다.

윤활성 측정시 실제로 렌즈를 착용할 때 유발되는 압력을 반영하는 것이 중요하다. 왜냐하면 실제로 안검이 유발하는 압력보다 더 높은 압력을 인위적으로 가하는 경우, 매우 부드러운 워터그라디언트 층이 인위적인 환경으로 인해 손상돼 측정 오류가 발생할 수 있다. 경사면에서 측정된 운동성 마찰계수를 통해 델리필콘 A가 매우 낮은 마찰을 유발하는 것을 알 수 있다.

렌즈 속과 겉이 다른 콘택트렌즈에 가장 최적화된 베이스커브와 렌즈 직경을 결정하기 위해 다양한 연구를 통해 최적의 중심안정과 렌즈 움직임을 제공하는 베이스커브 8.5㎜, 렌즈 직경 14.1㎜ 디자인을 채택하게 됐다. 렌즈 파라미터와 기술적 특성들이 그림 4에 나와 있다.


■하루종일 지속되는 탁월한 착용감

우수한 윤활성이 저녁시간까지 지속되기 때문에 비교할 수 없는 착용감을 경험할 수 있다. 104명의 렌즈 착용자를 대상으로 한 임상 연구결과, 데일리스 토탈 원과 다른 원데이 실리콘 하이드로겔 렌즈를 비교했을 때 데일리스 토탈 원 렌즈를 착용한 경우 착용감 평가가 더 좋게 나타났다.

기존에 착용하던 렌즈에 불편을 느끼고 있는 착용자 53명을 대상으로 한 테스트에서도 100%의 착용자들이 데일리스 토탈 원을 8시간 이상 착용하는 것이 가능했다. 85%의 착용자들은 12시간까지 렌즈 착용이 가능했다고 응답했다. 기존에 착용하던 렌즈와 비교해서는 대부분의 실험 참가자들이 데일리스 토탈 원을 더 오래 착용할 수 있었다고 응답했다.


■워터그라디언트 새로운 시대 열다

소프트콘택트렌즈가 처음 출시된 이후 렌즈 함수상태를 유지하고 착용감을 높이기 위해 많은 시도를 해 왔다. 최초의 실리콘 하이드로겔 렌즈가 1998년 시바비젼(CIBA Vision)에서 출시됐고 이제는 전 세계 렌즈 착용자들에게 더 높은 산소투과율 갖는 편안한 렌즈를 제공하기 위한 새로운 시대로 들어서고 있다.

33%의 렌즈 속 함수율에서 표면 함수율이 80% 이상으로 증가하는 최초의 워터그라디언트 콘택트가 새로운 콘택트렌즈 시대를 열었다. 이로 인해 우리는 전 세계의 콘택트렌즈 착용자들이 그 동안 경험해 보지 못했던 콘택트렌즈 착용감을 경험하기를 기대한다.

<한국알콘(주) 비젼케어 사업부 자료 제공>

fn아이포커스 편집국