CN101543642B - 胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物及其制备方法，主要是以胶原、3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺(MPDSAH)为原料，以水为溶剂，在交联剂和光引发剂存在下反应，再经过浇注成膜加工工艺制备而成，组成和配比：碳二亚胺与胶原氨基(以胶原分子上氨基数目计)的摩尔比范围为0.3-5.0∶1；碳二亚胺与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1∶1；N，N′-双(丙稀酰)胱胺与3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺的摩尔比为0.01-0.10∶1；光引发剂Irgacure2959与3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺的摩尔比为0.01-0.10∶1。本发明是具有良好生物相容性、力学性能、光学性能、热性能以及可控生物降解性的角膜替代物，其制备方法简单，产品易于长期保存和长途运输。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶原基互穿聚合物网络(IPN)组织工程角膜替代物的制备方法，属于组织工程领域中的人工角膜技术。
背景技术
角膜病是目前眼致盲的主要因素，全球患者约有1000万人，我国也约有500万角膜盲患者。目前临床治疗角膜病的最主要、成功率最高的方法是同种异体角膜移植手术，但全球都面临的问题是供体来源极为匮乏，尤其是发展中国家，以我国为例，每年能进行的同种异体角膜手术仅约为3000例，大量的患者因人体角膜的短缺而得不到治疗。因此，开发出能替代同种异体角膜移植手术的方法显得尤为重要。1859年，Heusser首次将一片玻璃移植入病人眼内，开辟了人工角膜技术的先河。一百年来，人工角膜的研制技术不断取得突破。目前应用于临床的主要有AlphaCor、Dohlman-Doane和Stanford型人工角膜，其主要由两部分组成：中央光学镜柱和周边支架[Mclaughlin CR，Tsai RJF，Latorre MA，Griffith M.Bioengineered corneas for transplantation and in vitro toxicity.Frontiers inBioscience 2009，14：3326-3337]。人工角膜移植具有很多晚期并发症，如：角膜溶解、房水渗漏、眼内炎、人工角膜后增生膜等，均制约了其临床应用，一般仅适用于常规角膜移植失败的双眼角膜混浊性失明患者。组织工程角膜兴起较晚，但却展现了巨大的优势。目前，国内外研究者主要致力于开发具有良好生物相容性、力学性能、光学性能以及生物可降解性的支架材料，以促进细胞的生长和分化，从而实现角膜再生。早期的研究主要集中于聚合物材料。聚羟基乙酸是一种组织相容性好、可降解的合成材料，其降解速度和力学强度可在一定范围内调节，但植入体内易引起炎症反应和局部酸性物质堆积，且其体内代谢过程不完全清楚。近年来，具有良好生物相容性和可降解性的生物材料逐渐引起了研究者的关注，其中以胶原最为重要。胶原是组织工程常用的天然蛋白质材料，其中I型胶原是人角膜主要成分，约占其干重的70％。胶原支架所提供的细胞生长代谢环境接近于生理状态，有利于角膜细胞生长，且能加工成多孔海绵或能包覆细胞的水凝胶，是非常理想的组织工程角膜支架材料。Griffith等人[Innervation of tissue-engineered corneal implants ina porcine model：A 1-year in vivo confocal microscopy study.Investigative Ophthalmology andVisual Science.2007，48：3537-3544]用交联剂碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)交联猪I型胶原，得到了透明性很好、具有一定强度的水凝胶，做成角膜状后植入猪眼内，可明显观察到角膜细胞和神经的生长。但对于圆锥形角膜、酸碱烧伤角膜、糖尿病性角膜等金属基质蛋白酶或胶原酶分泌过高的情况，单纯EDC和NHS交联的胶原角膜替代物降解会更快，无法完成最终的修复目的。在此工作的基础上，Liu等[Liu W，Deng C，McLaughlinCR，et al.Collagen-phosphorylcholine interpenetrating network hydrogels as corneal substitutes.Biomaterials.2009，30(8)：1551-1559]将EDC和NHS交联的胶原与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)交联的2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(MPC)形成互穿聚合物网络(IPN)凝胶，MPC网络的引入明显提高了IPN凝胶在胶原酶中的稳定性。一年以上的小型猪角膜移植同样显示满意的修复效果。但是所用的MPC极易吸潮，且容易水解，而且由于MPC网络所用的交联剂PEG-DA在体内不易被分解，导致此IPN凝胶角膜替代物在植入眼内后降解性很差甚至不能被降解，从而影响了角膜的修复和再生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物及其制备方法，可以克服现有技术的缺陷。本发明是具有良好生物相容性、力学性能、光学性能、热性能以及可控生物降解性的角膜替代物，其制备方法简单，产品易于长期保存和长途运输。
本发明提供的胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物主要是以胶原、3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺(MPDSAH)为原料，以水为溶剂，在交联剂N，N′-双(丙稀酰)胱胺(BAC)、EDC和光引发剂Irgacure2959存在下反应，再经过浇注成膜加工工艺制备而成，组成和配比：
EDC与胶原(以胶原分子上氨基数目计，表示为Coll-NH2)的摩尔比范围为0.3-5.0∶1；EDC与NHS的摩尔比为1∶1；BAC与MPDSAH的摩尔比范围为0.01-0.10∶1；光引发剂Irgacure2959与MPDSAH的摩尔比范围为0.01-0.10∶1。
所述的胶原是猪I型胶原、人重组I型胶原或人重组III型胶原。
本发明提供的胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物的制备方法包括的步骤：
1)将胶原溶于水中配成质量分数为13.7％的溶液，并于4℃下5000转/分离心去除气泡，按计量在冰水浴中与MPDSAH水溶液混匀，然后依次加入交联剂碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和N，N′-双(丙稀酰)胱胺(BAC)，光引发剂Irgacure2959，混合均匀；
2)用2M氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧，在紫外固化箱中照射40min，然后在室温和湿度为100％下反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；
3)从模具中取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次，并用此磷酸盐缓冲液浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；
4)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。
本发明的特点在于，大量胶原的存在使得此角膜替代物具有非常优越的生物相容性，MPDSAH聚合物与胶原形成互穿网络结构，可明显抑制角膜替代物在体内酶作用下的降解行为，且MPDSAH聚合物网络的交联剂BAC含有二硫键，在体内可被谷胱甘肽慢慢降解，从而避免了角膜替代物植入后长期存于患处而影响角膜的修复和再生。
因此，本发明利于角膜的修复和再生，交联胶原的EDC和NHS为零长度交联剂，易于脱除，从而大大降低了引入交联剂后增大毒性的风险。引入MPDSAH后，进行聚合、交联从而与胶原网络形成IPN结构，可有效改善胶原的抗降解性能，通过改变MPDSAH的加入量可实现降解的可控性，且采用的交联剂BAC含有二硫键，在体内可被谷胱甘肽慢慢地降解，从而避免像双丙烯酰胺和双丙烯酸酯等交联剂形成的互穿聚合物网络那样长期存于患处而影响角膜的修复和再生。MPDSAH不易吸潮和水解，且具有一定的抗菌性能，使得此角膜替代物具有很高的稳定性。同时，此角膜替代物具有良好的力学性能、光学性能和热性能，适中的吸水率和优越的手术缝合性能。本发明具有非常好的生物相容性，制备方法简单，且成品易于长期保存和长途运输，有利于实现工业化。
附图说明
图1为本发明的角膜替代物成品照片。
图2为EDC/Coll-NH2＝1的角膜替代物样品的酶降解曲线。
图3为EDC/Coll-NH2＝3的角膜替代物样品的酶降解曲线。
图4为角膜替代物在二硫代苏糖醇(DTT)作用下的降解曲线。
具体实施方式
本发明以下列原料进行实验：
其中胶原为猪I型胶原
样品名 Col1-0 Col3-0 IPN1-1 IPN1-3 IPN1-5 IPN3-1 IPN3-3 IPN3-5
MPDSAH： 胶原 0 0 1∶1 3∶1 5∶1 1∶1 3∶1 5∶1(质量比)
EDC∶Coll-NH2 1∶1 3∶1 1∶1 1∶1 1∶1 3∶1 3∶1 3∶1(摩尔比)
其中胶原为人重组胶原
样品名 rHC I 1-0 rHCIII3-0
胶原类型 人重组I型胶原 人重组III型胶原
EDC∶Coll-NH2 1∶1 3∶1 (摩尔比)
实验结果如图所示，图1为本发明的角膜替代物成品照片，可见其透光性良好，与人角膜具有相同曲率。图2为EDC∶Coll-NH2＝1的角膜替代物样品的酶降解曲线，可见与纯胶原角膜替代物相比，IPN型角膜替代物具有更好的抗生物降解性能。图3为EDC∶Coll-NH2＝3的角膜替代物样品的酶降解曲线，可见与纯胶原角膜替代物相比，IPN型角膜替代物具有更好的抗生物降解性能。图4为角膜替代物在二硫代苏糖醇(DTT)作用下的降解曲线。可见IPN型角膜替代物内的二硫键可慢慢被降解掉。具体操作如下：
实施例1：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(4)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(5)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(6)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(7)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为Col1-0。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例2：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为3∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(4)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(5)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(6)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(7)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为Col3-0。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例3：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为1∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％ MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN1-1。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例4：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为3∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN1-3。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例5：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为5∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN1-5。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例6：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为1∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为3∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN3-1。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例7：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为3∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为3∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN3-3。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例8：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)取与胶原质量比为5∶1的MPDSAH溶于水中，用微量注射器通过密封垫移入T型容器内，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为3∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(4)用微量注射器移入交联剂BAC，其中BAC＝5％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(5)用微量注射器移入光引发剂Irgacure2959，其中Irgacure2959＝2％MPDSAH，摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(6)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(7)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(8)模具在紫外固化箱中照射40min，以引发MPDSAH聚合交联；(9)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(10)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(11)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4磷酸盐缓冲液中备用。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
按相同步骤制备片状角膜替代物样品，进行力学性能、光学性能、热性能、酶降解性能的测试以及样品在二硫代苏糖醇(DTT)存在条件下的二硫键降解实验。此角膜替代物样品命名为IPN3-5。其中进行力学性能测试的角膜替代物样品的尺寸为12mm×5mm，厚为500μm；酶降解实验在37℃下，I型胶原酶浓度为0.012mg/mL条件下进行；二硫键降解实验在37℃下，DTT浓度为0.05mol/L条件下进行。
实施例9：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的人重组I型胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(4)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(5)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(6)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(7)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。此角膜替代物样品命名为rHC I 1-0。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
实施例10：
(1)取0.5g质量分数为13.7％的人重组III型胶原溶液加入到注射器内并通过T型容器连接另一注射器密封；(2)用微量注射器移入交联剂EDC和NHS，其中EDC∶Coll-NH2为1∶1，EDC∶NHS为1∶1，均为摩尔比，在冰水浴中反复推拉注射器混匀；(3)用微量注射器移入少量2M氢氧化钠溶液，调节pH值至5.5左右以利于EDC和NHS反应；(4)混合混匀后，将此混合溶液迅速转移至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧；(5)在湿度为100％的环境中室温反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；(6)去除夹具，打开模具取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次并浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；(7)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。此角膜替代物样品命名为rHCIII3-0。
此角膜替代物尺寸：厚为500μm，直径为12mm，与人角膜具有相同的曲率。
表1为上述实施例得到的角膜替代物样品的各项性能参数。可见IPN型角膜替代物具有很好的力学、光学和热性能。
表1角膜替代物样品的各项性能参数
| 样品 | 含水量(％) | 折光指数 | 透光率(％) | 拉伸强度(MPa) | 弹性模量(MPa) | 伸长率(％) | td 注(℃) |
| Col1-0 | 91.1±0.5 | 1.3520 | 91.0±2.0 | 0.29±0.005 | 1.80±0.21 | 16.3±2.1 | 54.9 |
| Col3-0 | 86.6±0.2 | 1.3501 | 79.2±1.5 | 0.25±0.028 | 1.68±0.68 | 16.3±5.6 | 60.9 |
| IPN1-1 | 93.8±0.5 | 1.3512 | 87.8±2.1 | 0.19±0.039 | 0.71±0.13 | 26.4±6.1 | 47.6 |
| IPN1-3 | 89.6±0.6 | 1.3511 | 84.5±1.2 | 0.33±0.012 | 0.83±0.07 | 35.6±2.9 | 56.2 |
| IPN1-5 | 85.6±0.1 | 1.3522 | 73.5±0.4 | 0.16±0.021 | 0.75±0.17 | 22.0±4.3 | 62.2 |
| IPN3-1 | 91.1±0.2 | 1.3521 | 85.0±1.6 | 0.30±0.011 | 0.95±0.07 | 31.5±2.1 | 54.9 |
| IPN3-3 | 91.3±0.2 | 1.3523 | 83.9±1.7 | 0.23±0.011 | 0.71±0.07 | 32.8±2.7 | 55.8 |
| IPN3-5 | 91.2±0.4 | 1.3510 | 81.0±1.7 | 0.15±0.010 | 0.51±0.09 | 30.7±3.3 | 57.0 |
注：td为胶原三股螺旋解螺旋温度。
Claims (5)
1.一种胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物，其特征在于它主要是以胶原、3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺为原料，以水为溶剂，在交联剂和光引发剂Irgacure2959存在下反应，再经过浇注成膜加工工艺制备而成，交联剂为：碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺和N，N′-双(丙烯酰)胱胺，组成和配比：
碳二亚胺与胶原氨基的摩尔比范围为0.3-5.0∶1；碳二亚胺与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1∶1；N，N′-双(丙烯酰)胱胺与3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺的摩尔比为0.01-0.10∶1；光引发剂Irgacure2959与3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺的摩尔比为0.01-0.10∶1。
2.根据权利要求1所述的胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物，其特征在于所述的胶原是猪I型胶原、人重组I型胶原或人重组III型胶原。
3.权利要求1所述的胶原基互穿聚合物网络组织工程角膜替代物的制备方法，其特征在于它包括的步骤：
1)在冰水浴中，按计量将胶原水溶液与3-(甲基丙烯酰胺)丙基-二甲基(3-磺丙)胺水溶液混匀，然后依次加入交联剂碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺和N，N′-双(丙烯酰)胱胺，以及光引发剂Irgacure2959，混合均匀；
2)将混合溶液用碱调节pH值至5.5，迅速转移浇注至角膜状透明塑料模具中压紧，再放入夹具中夹紧，在紫外固化箱中照射40min，然后在室温和湿度为100％下反应16h，然后37℃烘箱内熟化5h；
3)从模具中取出角膜替代物样品，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲液反复冲洗数次，并用此磷酸盐缓冲液浸泡7天，每隔12h更换上述新鲜的磷酸盐缓冲液；
4)4℃下保存于含有1％氯仿的pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中备用。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的胶原水溶液的质量分数为13.7％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的调节pH值是使用2M氢氧化钠溶液调节。
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