CN101829365B - 一种巩膜外加压生物复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种巩膜外加压生物复合材料，含药用级透明质酸以葡萄糖醛酸含量计5％-40％，透光率≤98％，溶血性：不得检出，溶血链球菌：不得检出，霉菌与酵母菌总数：≤10CFU/g，机械拉伸强度＞3Mpa，撕裂强度＞5kN/M，符合国家三类医疗器械生物安全性要求。本发明以透明质酸为基本原料，与交联剂进行二次以上的化学交联制成高强度的交联透明质酸材料，并经过化学反应以降低有毒交联剂残留，灭菌，制成符合国家三类医疗器械的生物材料。本发明通过复合交联方法，制成表面硬度较高，内部弹性较佳的三明治夹心型超高强度交联透明质酸材料，可有效解决生物相容性和机械强度之间的矛盾。

Description

一种巩膜外加压生物复合材料及制备方法

技术领域

本发明属医用生物材料，涉及一种医用生物复合材料及其制备方法。

背景技术

孔源性视网膜脱离是由于视网膜受到牵引或本身血供不足致组织萎缩，导致眼球最主要的成分-视网膜出现裂孔，眼内液体进入视网膜神经层与色素上皮之间，引起视网膜失去感光功能的一种严重眼部疾病。久不复位的视网脱离，可发生视功能丧失，还可并发虹膜睫状体炎、瞳孔闭锁、并发性白内障、继发性青光眼，甚至眼球萎缩。孔源性视网膜脱离是近视人群的主要致盲疾病之一，据不完全统计每年发病概率为17/10万，全国每年将近有20万人被孔源性视网膜脱离症所困扰。故对于孔源性视网膜脱离的治疗的研究无论对个人，家庭及社会均有重大的意义。

及时的手术治疗，孔源性视网膜脱离约有90％的病例，能在一次手术后成功地复位。目前，国内外常规治疗孔源性视网膜脱离的手术方法是巩膜外加压手术，该手术方法采用外加压材料顶压巩膜使视网膜裂孔与脉络膜贴合，同时通过对视网膜裂孔周围的视网膜进行冷冻或激光，使视网膜裂孔产生炎症反应达到永久的粘连。目前普遍采用的是“生物惰性”的硅橡胶加压材料，主要包括环扎带，环扎轮，具有强度大，弹性优，手术中顶压效果确实，但缺点也很明显，例如：材料脱出，引起感染，巩膜坏死，眼肌活动受限引起斜视等，其中所含的痕量铅，镉和铬对人体有危害。基于这样的特点，研制具有一定机械强度，同时又可避免外加压材料脱出，感染，巩膜坏死，影响视功能等并发症的发生，是视网膜脱离术发展的方向。

已有文献报道的天然生物材料包括：阔筋膜，硬脑膜，巩膜，皮肤等，生物材料因为来源有限，物理性能不佳，不易手术操作，易感染等缺点，同时非自体生物材料的免疫排斥性依然无法消除，目前已基本被淘汰。人工合成材料有聚乙醇酸(PGA)，PG910，聚二酮(PDS)及聚乳酸等，但是都存在着一些不足，如PGA及PG910维持有效巩膜嵴的时间短，达不到手术后视网膜裂孔粘合所需的时间，聚乳酸的组织相容性好，维持巩膜嵴的时间可达4月，但其物理性能如弹性较差，顶压效果不明显，容易产生尖锐的角边，伤及眼组织。

透明质酸(Hyaluronic Acid，HA)是一种独特的线性大分子粘多糖，由葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖的双糖单位反复交替连接而成。HA广泛分布于动物和人体结缔组织细胞外基质中，与其它天然粘多糖不同，它不与蛋白质共价结合，不存在引发抗原反应的基团，而且在人类、动物和细菌之间的透明质酸没有化学结构上的区别，因此它是一种非生物种属的化合物。HA具有独特的流变特性和亲和性，不会引起生物排斥，无明显的毒副作用。HA以其高度的粘弹性、可塑性、渗透性和良好的生物相容性，已广泛应用于临床医学。在日本，美国FDA都已经批准交联透明质酸凝胶作为医用材料，其安全性得到了长期充分的肯定。

但是目前现有的各种交联透明质酸，质地柔软，弹性模量小，机械强度较低，不能承受较大的机械力，强度类似果冻，仅能够作为皮下填充材料使用，尚无用于眼科手术支撑材料的报道。因此要开发以透明质酸为基础的巩膜外加压材料，需要解决的主要问题是加强其机械力学性质，尤其是材料表面需要经受手术缝线较强的剪切应力，具有更高的硬度和抗冲击能力。如果按照普通的方法提高交联剂和底物浓度来提高产物强度，其透明质酸底物的超高粘稠性使得交联反应无法均匀，造成材料硬度不均，容易从较为薄弱处开裂，而且交联剂残留浓度高使得材料生物相容性较差，无法达到要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种巩膜外加压生物复合材料，含药用级透明质酸以葡萄糖醛酸含量计5％-40％，PH(0.1％水溶液)：6.0-7.5，透光率(0.1％水溶液)：≤98％，所述复合材料的溶血性：不得检出，溶血链球菌：不得检出，霉菌与酵母菌总数：≤10CFU/g，机械强度拉伸强度＞3Mpa，撕裂强度＞5kN/M，符合国家三类医疗器械生物安全性要求。

本发明的另一个目的是提供上述巩膜外加压生物复合材料的制备方法，以透明质酸为基本原料，在反应温度5-40摄氏度，反应pH值在5-12之间，与交联剂(二乙基砜、双磺基琥珀酰亚胺辛二酸酯(BS3)、4，4′二硫双磺基琥珀酰亚胺丁酸酯(DTSSB)等进行二次以上的化学交联制成高强度的交联透明质酸材料，并经过化学反应以降低有毒交联剂残留，达到合格后，进行灭菌工艺，制成符合国家三类医疗器械规范的眼科巩膜外加压材料。

具体通过以下步骤实现：

(1)配置交联反应液A，其组分和重量百分比的含量：

交联剂        1％-5％

乙醇        0％-2％

pH调节剂溶液5％-50％(pH范围5-12)

蒸馏水余量配至100％；

(2)将配置的交联反应液A按照体积比为1∶10的比例加入药用级透明质酸溶液，在4-40℃，反应2-8小时，即得初步交联产物，用蒸馏水反复洗涤四次；

(3)再加入交联反应液B，继续反应，2-4小时，蒸馏水反复洗涤，再加入交联剂去除溶液C浸泡2.5小时后用0.9％NaCl生理盐水反复洗涤至无残留，装入无菌袋中用环氧乙烷灭菌即得本发明所需要的生物材料，环氧乙烷残留量＜10ug/g。

所述的交联液B的组分和重量百分比的含量：

交联剂        1％-5％

乙醇          0％-2％

pH调节剂溶液5％-50％(pH范围5-12)

蒸馏水余量配至  100％

所述的交联剂去除溶液C的组分和重量百分比的含量：

氨基酸：0.5克

蒸馏水余量配至1L

所述的交联剂去除溶液C为0.5g/L的甘氨酸，

所述的交联剂选用双磺基琥珀酰亚胺辛二酸酯(BS3)、4，4′二硫双磺基琥珀酰亚胺丁酸酯(DTSSB)、甲醛、二羟甲基脲、二羟甲基乙基脲、丁二醇二缩水甘油基醚、聚异氰酸酯以及乙烯基砜中的一种。也可以选用其他物质。

所述的pH调节剂溶液选用磷酸二氢钠/磷酸氢二钠，也可以是磷酸二氢钾/磷酸氢二钾。

两次或者多次化学交联所用的交联剂可以是相同的也可以不同。

本发明的再一个目的是提供所述复合生物材料在制备眼科视网膜复位手术需要的巩膜外加压生物复合材料中应用。也可在制备人体组织填充材料和缓释植入制剂中应用。

本发明较现有技术具有的优点是：(1)克服了现有的各种交联透明质酸方法制备出来的生物材料，因质地柔软、弹性模量小、机械强度较低而不能承受较大的机械力，仅能够作为皮下填充材料使用，无法应用于需要承受一定压力而必须保持形状的场合的不足，(2)克服了单纯通过提高交联剂和底物浓度的方法来提高产物强度，由于透明质酸底物的超高粘稠性使得交联反应无法均匀，造成材料硬度不均，容易从较为薄弱处开裂，而且交联剂残留浓度高使得生物相容性较差。本发明通过复合交联方法，即采用两次聚合法形成表面硬度较高，内部弹性较佳的三明治夹心型超高强度交联透明质酸材料，可有效解决生物相容性和机械强度之间的矛盾。制备的透明质酸为基础的巩膜外加压材料，具有良好的生物相容性，以及机械力学性质，尤其是材料表面能经受手术缝线较强的剪切应力，具有更高的表面硬度和抗冲击能力，极大地程度地提高了透明质酸这种优秀材料的应用。

附图说明

图1是交联透明质酸材料在兔眼巩膜形成的巩膜加压嵴B超图像。

图2是交联透明质酸材料在兔眼角膜层间的超声生物显微镜图像。

图3是交联透明质酸材料表面小鼠胚胎成纤维细胞生长的图像。

具体实施方式

本发明结合具体实施例作进一步的说明。

实施例1

采用药用级透明质酸100g，4℃加水溶胀过夜，配置成10％透明质酸钠1000ml溶液待用，按照如下配方配置交联反应液A，其组分和重量百分比的含量：

BDDE(丁二醇二缩水甘油基醚)     30ml

氢氧化钠溶液                   0.5mol/L∶50ml

蒸馏水                         至500ml

将交联反应液A加入透明质酸溶液，在40℃，反应6小时，即得初步交联产物，用蒸馏水反复洗涤4次，再加入二步交联液B，二步交联液B的组分和重量百分比的含量：

DVS(二乙基砜)          10ml

碳酸钠/碳酸氢钠溶液    0.8mol/L∶50ml pH＝10

蒸馏水                 至500ml

继续反应4小时，用蒸馏水洗涤，再加入交联剂去除溶液C(0.5g/L的甘氨酸溶液)1000ml浸泡2.5小时，蒸馏水反复洗涤至无甘氨酸残留，放置于消毒柜中进行环氧乙烷气体消毒处理，温度55℃，相对湿度80％，环氧乙烷气体(800mg/L)，时间4小时，用环氧乙烷灭菌即得本发明所需要的生物材料。

注：本例中交联剂去除溶液C其组分和重量百分比含量为：

甘氨酸：0.5克

蒸馏水余量配至1L

环氧乙烷残留量＜10ug/g。

实施例2

采用药用级透明质酸100g，16℃加水溶胀过夜，配置成20％透明质酸钠500ml溶液待用，配置交联反应液A，其组分和重量百分比的含量为：

甲醛溶液        50ml

氢氧化钠溶液    0.5mol/L∶40ml pH＝12

95％乙醇        20ml

蒸馏水          至500ml

将交联反应液A加入透明质酸溶液，在4℃，反应2小时，即得初步交联产物，用蒸馏水反复洗涤，再加入交联反应液B，交联反应液B的组分和重量百分比的含量：

双磺基琥珀酰亚胺辛二酸酯(BS3)    5ml

0.5N磷酸盐缓冲溶液               100ml pH＝5.0

95％乙醇                         10ml

蒸馏水                           至500ml

在4℃继续反应3小时，用蒸馏水洗涤，再加入交联剂去除溶液C浸泡2.5小时后用0.9％NaCl生理盐水反复洗涤至无残留，放置于消毒柜中进行环氧乙烷气体消毒处理，温度70℃，相对湿度80％，环氧乙烷气体(800mg/L)，时间4小时，用环氧乙烷灭菌即得本发明所需要的生物材料。

注：本例中交联剂去除溶液C其组分和重量百分比含量为：

赖氨酸：0.5克

蒸馏水余量配至1L

环氧乙烷残留量＜10ug/g。

实施例3

将实施例1或2制备的交联透明质酸材料切割成大小为12mm×3.0mm×2.0mm的长方形条块，环氧乙烷灭菌备用。实验用大耳白兔，体重为2-3KG，氯胺酮50.0mg肌肉注射麻醉。开睑器开睑，采用眼科显微剪刀剪开距离角巩膜缘7.0mm的穹窿部球结膜，长约10mm。分离上方直肌及斜肌，在距离角巩膜缘4.0mm的巩膜上用5-0丝线作两个距离为7.0mm的褥式缝线，位于肌肉两端。将制备好的材料放置在肌肉及褥式缝线下，结扎缝线，修剪材料两端，5-0丝线连续缝合球结膜。在术后3个月内B超检查可见上方眼球壁约2.0mm半圆形隆起的巩膜加压嵴(参见图1)。

实施例4

先将实施例1或2制备的交联透明质酸材料切割成直径为5.0mm高为4.0mm的圆柱体，采用病理切片机将圆柱体切片成厚度为10um直径为5mm的圆片，将圆片贴附于直径为5.0mm×5.0mm的载玻片上，用环氧乙烷灭菌备用。实验用体重为2-3KG的大耳白兔在氯胺酮50.0mg肌肉注射麻醉后，开睑器开睑，在上方透明角膜缘内用隧道刀作长5.0mm切口，分离角膜基质为前后两层，将制备好的材料放置在两层角膜基质中间。术后1个月可见交联透明质酸材料在角膜层间，保持角膜透明，超声生物显微镜检查可见角膜层间材料(参见图2)。

实施例5

先将实施例1或2制备的交联透明质酸材料切割成直径为5.0mm高为4.0mm的圆柱体，采用病理切片机将圆柱体切片成厚度为10um直径为5mm的圆片，将圆片贴附于直径为5.0mm×5.0mm的载玻片上，用环氧乙烷灭菌备用。用细胞培养液培养的小鼠胚胎成纤维细胞(L929)贴敷于交联透明质酸材料培养30小时，可见小鼠胚胎成纤维细胞生长良好(参见图3)。

Claims (4)

1.一种巩膜外加压生物复合材料，其特征在于：所述复合材料含药用级透明质酸以葡萄糖醛酸含量计5%-40%，pH 6.0-7.5，透光率 ≤98%，所述复合材料的溶血性：不得检出，溶血链球菌：不得检出，霉菌与酵母菌总数：≤10CFU/g，机械强度拉伸强度>3Mpa，撕裂强度>5kN/M，符合国家三类医疗器械生物安全性要求；所述的一种巩膜外加压生物复合材料通过以下制备步骤实现：

（1）配置交联反应液A，其组分和重量百分比含量为：

      交联剂      1%-5%

      乙醇        0%-2%

pH调节剂   5%-50%

蒸馏水余量配至 100% ，pH 5-12；

（2）将配置的交联反应液A按体积比为1：10的比例加入药用级透明质酸溶液，在4-40℃，反应2-8小时，即得初步交联产物，用蒸馏水反复洗涤四次；

（3）再加入交联反应液B，继续反应2-4小时，蒸馏水反复洗涤，再加入交联剂去除溶液C浸泡2.5小时后用0.9%NaCl生理盐水反复洗涤至无残留，装入无菌袋中用环氧乙烷灭菌即得所需要的生物复合材料，环氧乙烷残留量＜10 ug/g；

所述的交联反应液B的组分和重量百分比的含量为：

      交联剂         1%-5%

      乙醇           0%-2%

      pH调节剂溶液  5%-50%  

蒸馏水余量配至100%，pH 5-12；

所述的交联剂去除溶液C的组分和重量百分比的含量为：

      氨基酸：0.5克

      蒸馏水余量配至 1L；

所述的交联剂去除溶液C为0.5g/ L 的甘氨酸；

步骤（2）和步骤（3）两次化学交联选用的交联剂相同或不同。

2.根据权利要求1所述的一种巩膜外加压生物复合材料，其特征在于：所述的交联剂选用双磺基琥珀酰亚胺辛二酸酯、4,4'二硫双磺基琥珀酰亚胺丁酸酯、甲醛、二羟甲基脲、二羟甲基乙基脲、聚异氰酸酯或乙烯基砜中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种巩膜外加压生物复合材料，其特征在于：所述的pH调节剂溶液选用磷酸二氢钠/磷酸氢二钠，或者磷酸二氢钾/磷酸氢二钾。

4.根据权利要求1所述的一种巩膜外加压生物复合材料在制备眼科视网膜复位手术用的巩膜外加压生物复合材料中的应用。

 

Images