CN103146010A - 人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺以及带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺以及带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体。本发明包括以下步骤：将清洗干净的人工晶状体通过表面预处理带上正电荷后，浸没到带负电荷的生物大分子聚电解质溶液中，静置静电吸附一段时间，取出并清洗；随后再浸没到带正电荷的生物大分子聚电解质溶液中，静置静电吸附一段时间，取出并清洗；重复上述交替静电组装过程若干次，最后室温干燥，即获得表面仿生自组装多层膜修饰的人工晶状体。本发明的优点是通过简单便捷的仿生方法获得人工晶状体表面仿晶状体囊膜组成和结构的仿生修饰层，在达到阻抗晶状体上皮细胞粘附增殖，避免了以往药物涂层人工晶状体应用中存在的对非靶向细胞的毒副作用，得到高生物相容性人工晶状体。
Description
技术领域
本发明属医用植入材料及器械表面修饰领域，具体是人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺以及带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体。
背景技术
白内障一种致盲眼病。目前，白内障的手术治疗主要采用超声乳化联合人工晶状体植入术。然而作为目前广泛使用的聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶和硅橡胶等材料所制备的人工晶状体在植入后普遍存在异物反应。人工晶状体植入后晶状体囊膜再次混浊，亦称后发性白内障，是人工晶状体植入术后严重影响患者视力恢复的主要并发症。一般成人白内障术后1年后发性白内障的发生率为11.8%，而植入5年后后发性白内障的发生率高达28.4%，而儿童在白内障术后的后发性白内障的发生率更高。因此，开发具有高生物相容性的人工晶状体迫在眉睫。
现有研究认为：超声乳化手术过程中对晶状体表层晶状体上皮细胞的破坏刺激及不完全去除，使其在术后人工晶状体材料表面粘附增生是导致晶状体囊膜再次浑浊的主要原因。为降低植入后后发性白内障的发生率，目前主要通过药物方法阻断晶状体上皮细胞的增殖，并已有将药物负载于人工晶状体表面的专利。如：中国专利CN101053680A“防止后发障形成的具抗增殖药涂层的人工晶体”，中国专利CN101036804A“纳米氟尿嘧啶涂层人工晶体及其制备方法”，中国专利CN200973766Y“防止后发性白内障的人工晶状体”，中国专利CN2531755Y“缓释剂携带型人工晶体”及中国专利CN200810061511“表面抗转化生长因子β2抗体膜的人工晶状体”等均是在人工晶状体表面或赤道部外侧或袢等部位负载抗增殖类化学药物或抗体药物来达到抑制晶状体上皮细胞增殖的目的。上述药物负载型人工晶状体虽然能够较良好地抑制晶状体上皮细胞的增殖，但是同样也存在一些问题：所负载的化学药物在抑制晶状体上皮细胞增殖的同时，也不可避免地对角膜内皮细胞、虹膜、睫状体上皮细胞、视网膜神经细胞等晶状体周围的其他细胞产生毒副作用；负载抗体类药物虽然降低了对非靶向细胞的毒副作用，但是抗体药物价格昂贵，且容易在制备、消毒、保存及运输过程中失活，影响了其实际应用价值。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种制造方法简单，价格低廉、消毒保存方便的，同时能有效抑制晶状体上皮细胞粘附增殖，并具有高生物相容性的人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺。
本发明的另一个目的是提供一种通过上述工艺制备的带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体。
为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是包括以下工序：
（1）取干净的人工晶状体，并通过表面处理使其表面带上正/负电荷；
（2）将步骤（1）处理后的人工晶状体浸没到第一生物大分子聚电解质溶液，并静置吸附，然后取出，并用生理缓冲溶液清洗，该第一生物大分子聚电解质溶液与步骤（1）处理后的人工晶状体表面所带电荷的极性相反；该第一生物大分子聚电解质溶液中的生物大分子根据上述极性要求为带负电荷的生物大分子或带正电荷生物大分子，所述带负电荷的生物大分子为肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸和聚天冬氨酸中的一种或两种组合，所述带正电荷生物大分子为胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖和聚赖氨酸中的一种或两种组合；
（3）将步骤（2）处理后的人工晶状体浸没到第二生物大分子聚电解质溶液，并静置吸附，然后取出，并用生理缓冲溶液清洗，该第二生物大分子聚电解质溶液与步骤（1）处理后的人工晶状体表面所带电荷的极性相同；该第二生物大分子聚电解质溶液中的生物大分子根据上述极性要求选自下面两组之一，其中，第一组为带有负电荷的肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸；第二组为带正电荷的胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸；
（4）多次重复循环步骤（2）和步骤（3），在人工晶状体的表面修饰上仿生自组装多层膜。
进一步设置是所述的步骤（1）采用硅烷偶联剂进行表面处理，使人工晶状体表面带上正电荷。
进一步设置是所述的硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，其商品名为KH550。
进一步设置是所述第一生物大分子聚电解质溶液和第二生物大分子聚电解质溶液的浓度为0.05-5 mg/mL。
进一步设置是所述步骤（2）和步骤（3）的静静置吸附的时间为1-60 min。
进一步设置是所述生理缓冲溶液为磷酸盐缓冲液或平衡盐溶液。
进一步设置是所述步骤（4）的循环次数为2-50次。
进一步设置是所述人工晶状体为硬性人工晶状体或软性可折叠人工晶状体，该硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，该软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。
为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案是包括有人工晶状体，该人工晶状体的表面从内到位通过静电交替吸附有第一生物大分子膜层和第二生物大分子膜层，该第一生物大分子膜层中的生物大分子为：肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸，该第二生物大分子膜层中的生物大分子为：胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸。
实现本发明的第二个目的，其技术方案还可以是包括有人工晶状体，该人工晶状体的表面从内到位通过静电交替吸附有第一生物大分子膜层和第二生物大分子膜层，该第一生物大分子膜层中的生物大分子为：胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸，该第二生物大分子膜层中的生物大分子为：肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸。
本发明得到的有益效果是：1）本发明通过在人工晶状体表面构建仿晶状体囊膜组成和结构的生物大分子多层膜修饰层，达到阻抗晶状体上皮细胞粘附增殖的效果，从而可降低后发性白内障的发生率，得到高生物相容性人工晶状体。2）本发明所采用的组装组分为在晶状体囊膜基质中存在的透明质酸、肝素、胶原、硫酸软骨素等天然生物大分子，具有极好的组织和细胞相容性和极低的免疫原性。3）本发明通过仿生手段获得人工晶状体表面修饰层，避免了药物涂层人工晶状体应用中存在的对非靶向细胞的毒副作用。4）本发明采用层层静电自组装的方法构建生物大分子聚电解质多层膜仿生修饰层，制造工艺简单，成本低廉，可使用于各种复杂体型结构的三维植入器械表面。制造过程是在室温常压水溶液环境中进行，所制造的仿生多层膜修饰人工晶状体便于消毒、包装及运输，是一种成本低廉、便捷可行的人工晶状体工业化生产产品。
本发明通过在人工晶状体表面构建仿晶状体囊膜组成和结构的生物大分子多层膜修饰层，达到阻抗晶状体上皮细胞粘附增殖的效果的理论依据是：利用生物大分子层层静电组装所获得的聚电解质多层膜具有类似水凝胶的物理结构。生物大分子中的肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸或壳聚糖等聚多糖，及聚天冬氨酸、聚谷氨酸或聚赖氨酸等聚肽具有较高的含水量，结合层层静电组装方法能保持生物大分子的活性等特点，生物大分子层层静电组装多层膜可呈现较高的含水量，并呈现类似水凝胶的溶胀结构，因此可有效阻抗细胞在其表面的粘附增殖。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1 为层层静电自组装方法在人工晶状体表面构建生物大分子仿生修饰层的过程示意图；
图2为经过荧光素染色的仿生自组装多层膜修饰的人工晶状体的荧光照片（左图）和未经表面修饰的人工晶状体的光学照片（右图）。图中显示整个人工晶状体，包括袢丝表面，都有仿生多层膜存在。荧光照片中的荧光周围亮中间暗，是由于人工晶状体的三维立体结构导致不在同一个焦平面所致；
图3为经过仿生自组装（透明质酸/壳聚糖）n多层膜修饰前后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养4小时（左列）的细胞粘附结果和培养7天（右列）的细胞增殖结果。（透明质酸/壳聚糖）n多层膜中的n代表n个组装循环，即n个双层的（透明质酸/壳聚糖），图中以（HA/CHI）n表示。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1：人工晶状体材料表面正电荷性活化
选择硬性和软性人工晶状体，其材料为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。浸没到1×10-5 mol/L 的3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇水混合溶液中，水解2小时，人工晶状体材料表面带上正电荷性质的氨基，乙醇水混合溶液清洗，氮气吹干备用。
实施例2：人工晶状体材料表面负电荷性活化
选择硬性和软性人工晶状体，其材料为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。通过加热挥发冰乙酸为气源，在等离子体发生器上对人工晶状体进行表面等离子体处理。首先以流速为20sccm，腔内压为0.3Torr，功率为100w，通入Ar气清洗腔体10min。再将人工晶状体放入等离子体发生仪腔体，使用乙酸气体等离子体活化人工晶状体。条件为：气体流速20sccm, 腔内压0.3Torr，处理功率100w，处理时间60s。
实施例3：表面仿生自组装（透明质酸/壳聚糖）多层膜修饰人工晶状体制备
取表面活化后的人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶中的一种。本实施例取软性聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶人工晶状体，经实施例1方案表面活化后，浸没到1mg/mL带负电荷的生物大分子透明质酸溶液中，静置静电吸附10min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；再将吸附了透明质酸的人工晶状体浸没到2mg/mL带正电荷的生物大分子壳聚糖溶液中，静置静电吸附10min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；依次交替组装（透明质酸/壳聚糖）1到9个循环，获得表面（透明质酸/壳聚糖）多层膜修饰的人工晶状体，备用。
实施例4：表面仿生自组装（肝素/胶原蛋白）多层膜修饰人工晶状体制备
取表面活化后的人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶中的一种。本实施例取硬性聚甲基丙烯酸甲酯人工晶状体，经实施例1方案表面活化后，浸没到0.1mg/mL带负电荷的生物大分子肝素溶液中，静置静电吸附60min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；再将吸附了肝素的人工晶状体浸没到0.1mg/mL带正电荷的生物大分子胶原蛋白溶液中，静置静电吸附60min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；依次交替组装（肝素/胶原蛋白）10-20个循环，获得表面（肝素/胶原蛋白）多层膜修饰的人工晶状体，备用。
实施例5：表面仿生自组装（聚谷氨酸/聚赖氨酸）多层膜修饰人工晶状体制备
取表面活化后的人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，聚硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶中的一种。本实施例取软性聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶人工晶状体，经实施例1方案表面活化后，浸没到5mg/mL带负电荷的生物大分子聚谷氨酸溶液中，静置静电吸附30min，取出并用平衡盐缓冲溶液清洗；再将吸附了聚谷氨酸的人工晶状体浸没到5mg/mL带正电荷的生物大分子聚赖氨酸溶液中，静置静电吸附30min，取出并用平衡盐缓冲溶液清洗；依次交替组装（聚谷氨酸/聚赖氨酸）10-20个循环，获得表面（聚谷氨酸/聚赖氨酸）多层膜修饰的人工晶状体，备用。
实施例6：表面仿生自组装（（肝素-海藻酸钠）/聚赖氨酸）多层膜修饰人工晶状体制备
取表面活化后的人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，聚硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶中的一种。本实施例取聚硅氧烷PDMS硅橡胶人工晶状体，经实施例2方案表面活化后，浸没到3mg/mL带正电荷的生物大分子聚赖氨酸溶液中，静置静电吸附20min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；再将吸附了聚赖氨酸的人工晶状体浸没到3mg/mL带负电荷的生物大分子肝素-海藻酸钠混合溶液中（肝素：海藻酸钠为1:1），静置静电吸附30min，取出并用磷酸盐缓冲溶液清洗；依次交替组装（（肝素-海藻酸钠）/聚赖氨酸）20-30个循环，获得表面（（肝素-海藻酸钠）/聚赖氨酸）多层膜修饰的人工晶状体，备用。
试验例7：表面仿生自组装多层膜修饰人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养
取表面仿生自组装多层膜修饰人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶中的一种；其材料表面仿生自组装多层膜修饰层可为（透明质酸/壳聚糖）、（肝素/胶原蛋白）、（硫酸软骨素/胶原蛋白）、（肝素/白蛋白）（聚谷氨酸/聚赖氨酸）和（聚天冬氨酸/聚赖氨酸）的一种。本实施例取实施例2所构建的（透明质酸/壳聚糖）多层膜修饰的软性聚硅氧烷PDMS硅橡胶人工晶状体（记为（HA/CHI）n，n代表所组装的透明质酸/壳聚糖的双层数）。将（HA/CHI）n和未经修饰仿生多层膜修饰的PDMS进行晶状体上皮细胞培养评价。细胞初始种植密度为7000个细胞每/孔，分别培养4小时，1天，3天，7天。在设定的时间点进行细胞活力测试，并经荧光染色拍摄荧光照片，检测细胞在仿生多层膜修饰前后的人工晶状体上的粘附与增殖情况。
通过层层静电自组装方法在人工晶状体材料表面上构建仿生修饰层，过程如图1所示。可以看出，该表面修饰方法是简单便捷的，且过程是在水溶液环境中进行，绿色环保。对所制备的仿生多层膜修饰的人工晶状体进行荧光染料染色并拍照（如图2），发现在人工晶状体表面形成了一层均匀的修饰层。且图3所示的晶状体上皮细胞培养评价结果显示，经仿生多层膜修饰的人工晶状体在一定层数（3双层）以后，能够明显的抑制晶状体上皮细胞的粘附和增殖。该表面修饰方法通过对晶状体囊膜组成和结构的模拟，在晶状体表面修饰一层仿晶状体囊膜组成结构的仿生修饰层，获得抑制晶状体上皮细胞粘附增殖的功能。从而避免了以往晶状体表面抗后发性白内障修饰涂层中抗增殖药物等的应用，从而避免了对其他正常组织和细胞的副作用，具有极高的生物相容性。
Claims (10)
1.一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于包括以下工序：
（1）取干净的人工晶状体，并通过表面处理使其表面带上正/负电荷；
（2）将步骤（1）处理后的人工晶状体浸没到第一生物大分子聚电解质溶液，并静置吸附，然后取出，并用生理缓冲溶液清洗，该第一生物大分子聚电解质溶液与步骤（1）处理后的人工晶状体表面所带电荷的极性相反；该第一生物大分子聚电解质溶液中的生物大分子根据上述极性要求为带负电荷的生物大分子或带正电荷生物大分子，所述带负电荷的生物大分子为肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸和聚天冬氨酸中的一种或两种组合，所述带正电荷生物大分子为胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖和聚赖氨酸中的一种或两种组合；
（3）将步骤（2）处理后的人工晶状体浸没到第二生物大分子聚电解质溶液，并静置吸附，然后取出，并用生理缓冲溶液清洗，该第二生物大分子聚电解质溶液与步骤（1）处理后的人工晶状体表面所带电荷的极性相同；该第二生物大分子聚电解质溶液中的生物大分子根据上述极性要求选自下面两组之一，其中，第一组为带有负电荷的肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸；第二组为带正电荷的胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖、聚赖氨酸；
（4）多次重复循环步骤（2）和步骤（3），在人工晶状体的表面修饰上仿生自组装多层膜。
2.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述的步骤（1）采用硅烷偶联剂进行表面处理，使人工晶状体表面带上正电荷。
3.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，其商品名为KH550。
4.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述第一生物大分子聚电解质溶液和第二生物大分子聚电解质溶液的浓度为0.05-5 mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述步骤（2）和步骤（3）的静静置吸附的时间为1-60 min。
6.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述生理缓冲溶液为磷酸盐缓冲液或平衡盐溶液。
7.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述步骤（4）的循环次数为2-50次。
8.根据权利要求1所述的一种人工晶状体表面仿生自组装多层膜的修饰工艺，其特征在于：所述人工晶状体为硬性人工晶状体或软性可折叠人工晶状体，该硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，该软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅橡胶和聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。
9.一种带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体，包括有人工晶状体，其特征在于：该人工晶状体的表面从内到外通过静电交替吸附有多层第一生物大分子膜层和第二生物大分子膜层，该第一生物大分子膜层中的生物大分子为：肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸和聚天冬氨酸中一种或两种组合，该第二生物大分子膜层中的生物大分子为：胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖和聚赖氨酸中一种或两种组合。
10.一种带有表面仿生自组装多层膜的人工晶状体，包括有人工晶状体，其特征在于：该人工晶状体的表面从内到外通过静电交替吸附有多层第一生物大分子膜层和第二生物大分子膜层，该第一生物大分子膜层中的生物大分子为：胶原蛋白、白蛋白、壳聚糖和聚赖氨酸中一种或两种组合，该第二生物大分子膜层中的生物大分子为：肝素、海藻酸钠、硫酸软骨素、透明质酸、聚谷氨酸和聚天冬氨酸中一种或两种组合。
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