CN102580147B - 人工角膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗菌活性的人工角膜，该人工角膜包括多孔周边支架部与光学中心部，该多孔周边支架部包括具有抗菌性的壳聚糖衍生物、聚乙烯醇、纳米磷酸盐，该光学中心部包括聚乙烯醇水凝胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。本发明还公开了一种人工角膜的制备方法。该人工角膜具有良好的生物相容性和抗感染性，并且具有促进手术创面快速愈合的作用。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械中植入材料和人工器官技术领域，尤其涉及一种具有抗菌活性的人工角膜及其制备方法。
背景技术
角膜疾病是眼科的常见多发病，角膜病致盲率在致盲因素中排名第二。角膜疾病大部分可以通过角膜移植手术脱盲，然而供体角膜来源困难，另外有一些角膜疾病(如严重干眼病)不能应用同种异体角膜移植术，所以人工角膜植入术就成为这些患者复明的最后希望。
目前人工角膜移植存在的主要问题是：大多数人工角膜因生物组织与异质材料之间的生物相容性不好，或因机体的排异作用，或因机械稳固性欠佳而只能在眼内存留短暂的时间，最终发生感染或脱落而使人工角膜植入失败或产生严重的并发症，如形成后增殖膜、青光眼等。因此提高生物组织与异质材料之间的生物相容性，增强角膜材料的抗感染性是当前人工角膜植入术重要的研究方向。
近年来越来越多的研究表明，壳聚糖及其衍生物具有高效的抑菌作用。抗菌作用机理被认为是：1、高分子量的改性壳聚糖长分子链上准阳离子氨基含量高，呈正电，对细胞表面呈负电性的菌类由于静电相吸作用，会产生改性壳聚糖长分子链对菌细胞的“束缚”和“包覆”作用，以阻断菌细胞的代谢等活动，最终使菌细胞死亡，而且杀菌率随时间增加而增加。2、部分在体内生物降解后的低分子改性壳聚糖进入菌细胞核，与细胞表面带负电荷菌的DNA相互作用，干扰DNA复制与转录。3、改性壳聚糖能刺激机体促进PEC的增加，激活巨噬细胞，从而增加活性氧的生产，再通过氧化性杀菌机理产生作用。
此外，研究表明改性壳聚糖还有促进创伤愈合的疗效。其原因可能是：1、改性壳聚糖对愈合中伤口肉芽组织中的胶原结构形成和强度获得有着重要促进作用。2、改性壳聚糖对与创面愈合有关的细胞(如巨噬细胞)的激活作用产生有助于伤口愈合的活性成分。3、改性壳聚糖部分降解的物质能被表皮细胞吸收，提供表皮细胞生长必须的营养。此外，本发明所用的6-O-羧甲基壳聚糖与皮肤细胞间粘多糖类基质材料分子结构相近，细胞相容性好，为皮肤细胞的生长提供了良好的环境，同时改性壳聚糖作为皮肤细胞生长因子的载体，通过生长因子的作用有效地促进了皮肤细胞的生长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗菌活性的人工角膜及其制备方法以解决传统的人工角膜与组织相容性差等问题。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：一种人工角膜，其包括多孔周边支架部与光学中心部，所述多孔周边支架部包括具有抗菌性的壳聚糖衍生物、聚乙烯醇、纳米磷酸盐，所述光学中心部包括聚乙烯醇水凝胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。
作为本发明所述人工角膜的进一步改进，具有抗菌性的壳聚糖衍生物是6-O-羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐或壳聚糖。
作为本发明所述人工角膜的进一步改进，所述纳米磷酸盐是纳米磷酸三钙或纳米羟基磷灰石。
解决本发明的技术问题所采用的另一技术方案是：一种人工角膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、将聚乙烯醇、壳聚糖衍生物、纳米磷酸盐、制孔剂和有机溶剂按质量比1～3∶0.5～2∶0.5～2∶5～20∶5～20的比例混合，加热搅拌均匀，注入具有中空部分的模具，调节厚度，模压成型，在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体；步骤二、将聚乙烯醇、有机溶剂和水按质量比1-3∶5-20∶1-3比例混合均匀，注入所述模具的中空部分并使其在所述支架材料前体的背面延展成膜；在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，在所述支架材料前体的背面形成非透水涂膜；步骤三、将所述非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
在本发明的人工角膜的制备方法中，所述壳聚糖衍生物是6-O-羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐或壳聚糖。
在本发明的人工角膜的制备方法中，所述纳米磷酸盐是纳米磷酸三钙或纳米羟基磷灰石。
在本发明的人工角膜的制备方法中，所述制孔剂为氯化钠。
在本发明的人工角膜的制备方法中，所述有机溶剂为二甲基亚砜。
相对于现有技术，本发明的人工角膜的设计采用由聚乙烯醇、6-O-羧甲基壳聚糖、纳米磷酸盐等形成的多孔周边支架部和聚乙烯醇水凝胶形成的光学中心部组成。该人工角膜具有良好的生物相容性和抗感染性，并且具有促进手术创面快速愈合的作用。
附图说明
图1为人工角膜动物实验的兔角膜病理切片图，图中表示兔纤维细胞长入了人工角膜中。
具体实施方式
本发明提供了一种抗菌活性的人工角膜，其包括多孔周边支架部与光学中心部，该多孔周边支架部包括具有抗菌性的壳聚糖衍生物、聚乙烯醇、纳米磷酸盐，该光学中心部包括聚乙烯醇水凝胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。该具有抗菌性的壳聚糖衍生物是6-O-羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐或壳聚糖。该纳米磷酸盐是纳米磷酸三钙或纳米羟基磷灰石。
该抗菌活性的人工角膜的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将聚乙烯醇、壳聚糖衍生物(该壳聚糖衍生物可以为6-O-羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐或壳聚糖)、纳米磷酸盐、制孔剂和有机溶剂(二甲基亚砜，简称DMSO)按质量比1～3∶0.5～2∶0.5～2∶5～20∶5～20的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型，在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体；
步骤二、将聚乙烯醇、有机溶剂和水按质量比1-3∶5-20∶1-3比例混合均匀，注入所述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使该光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在所述支架材料前体的背面形成非透水涂膜；
步骤三、将所述非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
以下通过多个实施例来举例说明在不同条件下制备人工角膜等方面。
实施例1：
(1)、将聚乙烯醇、6-O-羧甲基壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比1∶0.5∶0.5∶5∶5的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比1∶10∶1比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例2：
(1)、将聚乙烯醇、6-O-羧甲基壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比2∶0.5∶1∶10∶15的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比2∶10∶2比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例3：
(1)、将聚乙烯醇、壳聚糖、纳米羟基磷灰石、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比2∶1∶2∶15∶15的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比1∶10∶1比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例4：
(1)、将聚乙烯醇、壳聚糖、纳米羟基磷灰石、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比3∶2∶2∶20∶20的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比2∶15∶2比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-20℃冷冻48小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例5：
(1)、将聚乙烯醇、壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比2∶0.5∶1∶5∶10的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比1∶10∶1比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例6：
(1)、将聚乙烯醇、壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比3∶1∶1∶15∶20的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比2∶15∶2比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例7：
(1)、将聚乙烯醇、6-O-羧甲基壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比1∶0.5∶1∶10∶10的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比1∶10∶1比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例8：
(1)、将聚乙烯醇、6-O-羧甲基壳聚糖、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比3∶2∶2∶15∶20的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比2∶15∶2比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-30℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
实施例9：
(1)、将聚乙烯醇、壳聚糖季铵盐、纳米磷酸三钙、氯化钠和有机溶剂DMSO按质量比2∶1∶1∶10∶15的比例混合，加热搅拌均匀，注入中空的模具，调节厚度，模压成型。在-40℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体。(2)、将聚乙烯醇、DMSO和水按质量比1∶10∶1比例混合均匀，注入上述模具的中空部分并使其在支架材料前体的背面延展成膜；在-40℃冷冻24小时，室温下解冻2～6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，使光学中心部与多孔周边支架部形成交联，并在支架材料前体的背面形成非透水涂膜。(3)、将该非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
动物实验表明，该人工角膜与组织相容性好，参见图1，未见眼内房水流出和眼内感染等并发症，中央光学部材料感光性良好。
本发明的人工角膜的设计采用由聚乙烯醇、壳聚糖衍生物、纳米磷酸盐等形成的多孔周边支架部和聚乙烯醇水凝胶形成的光学中心部组成。该人工角膜具有良好的生物相容性和抗感染性，并且具有促进手术创面快速愈合的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种人工角膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、将聚乙烯醇、壳聚糖季铵盐、纳米磷酸盐、制孔剂和有机溶剂按质量比2：1：1：10：15比例混合，加热搅拌均匀，注入具有中空部分的模具，调节厚度，模压成型，在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，制得支架材料前体；
步骤二、将聚乙烯醇、有机溶剂和水按质量比1：10：1比例混合均匀，注入所述模具的中空部分并使其在所述支架材料前体的背面延展成膜；在-20～-40℃冷冻10-48小时，室温下解冻2-6小时，重复此冷冻-解冻过程四次，在所述支架材料前体的背面形成非透水涂膜；
步骤三、将所述非透水涂膜在水中浸泡5天，每天换水两次，得人工角膜制品。
2.根据权利要求1所述的人工角膜的制备方法，其特征在于，所述纳米磷酸盐是纳米磷酸三钙或纳米羟基磷灰石。
3.根据权利要求1所述的人工角膜的制备方法，其特征在于，所述制孔剂为氯化钠。
4.根据权利要求1所述的人工角膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基亚砜。
5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的人工角膜的制备方法制成的人工角膜。
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