CN103405807A

CN103405807A - 一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法

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Publication number: CN103405807A
Application number: CN2013102819643A
Authority: CN
Inventors: 林全愧; 唐俊梅; 陈浩
Original assignee: Wenzhou Medical University
Current assignee: Wenzhou Medical University
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: CN103405807B

Abstract

本发明涉及一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法。一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，包括以下工艺步骤：取干净的人工晶状体，并通过含氨基官能团的硅烷偶联剂表面处理使其表面带上氨基基团；人工晶状体通过化学方法接枝上含羧基官能团的RAFT链转移剂；人工晶状体通过表面引发的RAFT聚合反应方法将亲水性单体分子在人工晶状体表面原位聚合形成亲水性梳状聚合物，得到表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体。本发明的优点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

一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用植入材料及器械表面修饰领域，具体涉及一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体及其制备方法。

背景技术

白内障一种致盲眼病。临床上主要采用超声乳化联合人工晶状体植入术来治疗白内障。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人眼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发生浑浊的主要原因。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的表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体。

为解决现有技术的不足，本发明提供以下技术方案：

一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体，所述人工晶状体表面接枝有一层梳状亲水聚合物。

一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）取干净的人工晶状体，并通过含氨基官能团的硅烷偶联剂表面处理使其表面带上氨基基团；

（2）将步骤（1）处理后的人工晶状体通过化学方法接枝上含羧基官能团的RAFT链转移剂；

（3）将步骤（2）处理后的人工晶状体通过表面引发的RAFT聚合反应方法将亲水性单体分子在人工晶状体表面原位聚合形成亲水性梳状聚合物，得到表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体。

进一步设置所述的含氨基官能团的硅烷偶联剂为：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。

进一步设置所述含羧基基团的RAFT试剂为含羧基基团的二硫代苯甲酸酯，含羧基基团的二硫代烷基酯或含羧基基团的三硫代碳酸酯。

进一步设置所述化学方法为碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)化学偶联方法。

进一步设置所述亲水性单体分子为含可聚合反应的双键基团的亲水性小分子单体或亲水性大分子单体。

进一步设置所述含可聚合反应的双键基团的亲水性小分子单体为含可聚合反应的双键基团的两性离子。

进一步设置所述含可聚合反应的双键基团的亲水性大分子单体为含可聚合反应的双键基团的聚乙二醇分子。

进一步设置所述含可聚合反应的双键基团为甲基丙烯酸酯基团、丙烯酸酯基团、甲基丙烯酰胺基团或丙烯酰胺基团。

进一步设置所述两性离子为磷脂酰胆碱、磺酸甜菜碱或羧酸甜菜碱。

进一步设置所述含可聚合反应的双键基团的聚乙二醇分子的分子量为100-2000。

进一步设置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，所述硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅橡胶或聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。

本发明的原理是：聚乙二醇是一种亲水性很好的聚合物，表面修饰聚乙二醇分子通常呈现良好的抗粘附特性；磷脂酰胆碱是一种细胞膜仿生的两性分子，其分子内部同时含有正电荷基团和负电荷基团，具有良好的亲水性，因此具有良好的抗粘附特性；甜菜碱分子也是一种两性分子，其聚合物，聚磺酸甜菜碱或聚羧酸甜菜碱，同样也具有良好的抗粘附特点。本发明通过表面引发的RAFT聚合反应技术，将这几类分子通过化学方法直接聚合在人工晶状体表面，在人工晶状体表面获得化学接枝的亲水性梳状聚合物修饰层，因此可有效阻抗细胞在其表面的粘附增殖。

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通过表面引发的RAFT聚合反应构建了一层梳状聚合物亲水修饰层，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）本发明通过表面聚合方法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。3）本发明采用表面引发RAFT聚合的方法构建梳状聚合物亲水修饰层，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。所制造的亲水梳状聚合物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。

附图说明

图1为RAFT聚合方法在人工晶状体表面构建亲水性梳状聚合物修饰层的过程示意图。

图2为硅橡胶人工晶状体经梳状聚乙二醇修饰前的表面接触角。

图3为硅橡胶人工晶状体经梳状聚乙二醇修饰后的表面接触角。

图4为梳状聚磺酸甜菜碱修饰前的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养1天后的细胞粘附结果。

图5为梳状聚磺酸甜菜碱修饰后的人工晶状体表面晶状体上皮细胞培养1天后的细胞粘附结果。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

首先，取干净的人工晶状体，并通过含氨基官能团的硅烷偶联剂表面处理使其表面带上氨基基团：选择硬性人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，浸没到1×10^-5 mol/L 的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液中，水解3小时，人工晶状体材料表面带上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，通过化学方法接枝上含羧基官能团的RAFT链转移剂：经表面氨基化后，浸没到含有碳二亚胺(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS)及含羧基基团二硫代苯甲酸酯。本实施例以4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸（简称CPCTTP）为例，其中EDC：3mg/mL； NHS：6mg/mL，CPCTTP：2mg/mL，室温持续搅拌2小时，RAFT试剂CPCTTP通过其分子上的羧基和材料表面的氨基利用EDC/NHS偶联作用接枝到材料表面。

最后，通过表面引发的RAFT聚合反应方法将亲水性单体分子在人工晶状体表面原位聚合形成亲水性梳状聚合物：经表面接枝RAFT试剂后，浸没到含聚乙二醇（PEG）大分子单体，引发剂的反应体系中，发生表面RAFT聚合反应，最终得到表面梳状聚乙二醇修饰的人工晶状体。本例中所用PEG大分子单体以聚(乙二醇)丙烯酸酯为例，简称PEGA（如结构示意图1所示），分子量为375，大分子单体浓度为1.5 mol/L；所用的引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN），浓度为1 mg/mL；溶剂为水，反应温度为60摄氏度，反应时间为4小时。

Figure 2013102819643100002DEST_PATH_IMAGE001

结构示意图1，聚(乙二醇)丙烯酸酯的结构示意图，其中n=7。

实施例2

首先，取干净的人工晶状体，并通过含氨基官能团的硅烷偶联剂表面处理使其表面带上氨基基团：选择软性人工晶状体，其材料为聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶，浸没到1×10^-5 mol/L 的γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，水解3小时，人工晶状体材料表面带上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，通过化学方法接枝上含羧基官能团的RAFT链转移剂：经表面氨基化后，浸没到含有碳二亚胺(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS)及含羧基基团二硫代苯甲酸酯。本实施例以2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸（简称DDMAT）为例，其中EDC：3mg/mL； NHS：6mg/mL，DDMAT：2mg/mL，室温持续搅拌2小时，RAFT试剂DDMAT通过其分子上的羧基和材料表面的氨基利用EDC/NHS偶联作用接枝到材料表面。

最后，通过表面引发的RAFT聚合反应方法将亲水性单体分子在人工晶状体表面原位聚合形成亲水性梳状聚合物：经表面接枝RAFT试剂后，浸没到含磷脂酰胆碱（MPC）单体，引发剂的反应体系中，发生表面RAFT聚合反应，最终得到表面梳状聚磷脂酰胆碱修饰的人工晶状体。本例中所用含磷脂酰胆碱（MPC）单体以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱为例，简称MPCMA（如结构示意图2所示），分子量为295，单体浓度为2.5 mol/L；所用的引发剂为4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)（ACVA），浓度为1 mg/mL；所用溶剂为水，反应温度为70摄氏度，反应时间为6小时。

结构示意图2，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱的结构示意图。

实施例3

首先，取干净的人工晶状体，并通过含氨基官能团的硅烷偶联剂表面处理使其表面带上氨基基团：选择软性人工晶状体，其材料为聚二甲基硅氧烷PDMS硅橡胶。浸没到1×10^-5 mol/L 的γ-氨丙基三甲氧基硅烷水溶液中，水解3小时，人工晶状体材料表面带上氨基，水清洗，氮气吹干备用。

接着，通过化学方法接枝上含羧基官能团的RAFT链转移剂：经表面氨基化后，浸没到含有碳二亚胺(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS)及含羧基基团二硫代苯甲酸酯。本实施例以2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸（简称DTMP）为例，其中EDC：3mg/mL； NHS：6mg/mL，DTMP：2mg/mL，室温持续搅拌2小时，RAFT试剂DTMP通过其分子上的羧基和材料表面的氨基利用EDC/NHS偶联作用接枝到材料表面。

最后，通过表面引发的RAFT聚合反应方法将亲水性单体分子在人工晶状体表面原位聚合形成亲水性梳状聚合物：经表面接枝RAFT试剂后，浸没到含双键的甜菜碱单体，引发剂的反应体系中，发生表面RAFT聚合反应，最终得到表面梳状聚甜菜碱修饰的人工晶状体。本例中所用含双键的甜菜碱（Betaine）单体以[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵为例，即，甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体，简称SBMA（如结构示意图3所示），分子量为279，单体浓度为2.0 mol/L；所用的引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN），浓度为1 mg/mL；所用溶剂为醋酸缓冲液（pH=5.5），反应温度为60摄氏度，反应时间为5小时。

结构示意图3，甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的结构示意图。

本实施例制备的表面梳状聚磺酸甜菜碱修饰人工晶状体进行试验。对表面梳状聚磺酸甜菜碱修饰PDMS人工晶状体和未经修饰的PDMS人工晶状体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。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，检测细胞在梳状亲水聚合物修饰前后的人工晶状体上的粘附与增殖情况。

通过表面RAFT化学接枝方法在人工晶状体材料表面上构建聚乙二醇、聚磷脂酰胆碱或聚甜菜碱等亲水性梳状聚合物修饰层，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。对所制备的亲水性梳状聚合物修饰的人工晶状体进行表面接触角测试并拍照（如图2和图3），发现在人工晶状体表面在亲水性梳状聚合物修饰后其亲水性得到极大的改善，表面接触角下降至10度以下。且图4和图5所示的晶状体上皮细胞培养评价结果显示，人工晶状体经亲水性梳状聚合物修饰以后，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表面引发的RAFT聚合反应，将聚乙二醇、磷脂酰胆碱及甜菜碱分子在人工晶状体表面原位聚合成亲水性聚合物层，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。

具体实施方式只用于对本发明进行进一步说明，不能作为对本发明保护范围的限定，同时该领域的技术人员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，都位于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体，其特征在于：所述人工晶状体表面接枝有一层梳状亲水聚合物。

2.一种权利要求1所述表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

3.根据权利要求2所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述的含氨基官能团的硅烷偶联剂为：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。

4.根据权利要求2所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述含羧基基团的RAFT试剂为含羧基基团的二硫代苯甲酸酯，含羧基基团的二硫代烷基酯或含羧基基团的三硫代碳酸酯。

5.根据权利要求2所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述化学方法为碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)化学偶联方法。

6.根据权利要求2所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述亲水性单体分子为含可聚合反应的双键基团的亲水性小分子单体或亲水性大分子单体。

7.根据权利要求6所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述含可聚合反应的双键基团的亲水性小分子单体为含可聚合反应的双键基团的两性离子。

8.根据权利要求6所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述含可聚合反应的双键基团的亲水性大分子单体为含可聚合反应的双键基团的聚乙二醇分子。

9.根据权利要求6所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述含可聚合反应的双键基团为甲基丙烯酸酯基团、丙烯酸酯基团、甲基丙烯酰胺基团或丙烯酰胺基团。

10.根据权利要求7所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述两性离子为磷脂酰胆碱、磺酸甜菜碱或羧酸甜菜碱。

11.根据权利要求8所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述含可聚合反应的双键基团的聚乙二醇分子的分子量为100-2000。

12.根据权利要求2所述的一种表面梳状聚合物亲水改性的人工晶状体的制备方法，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，所述硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅橡胶或聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶。