CN103948965A - 一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工晶状体的表面改性方法，包括以下步骤：(1)将MPC与丙烯酸衍生物在过硫酸盐和亚硫酸盐体系引发下进行溶液共聚，合成MPC-丙烯酸衍生物共聚物；(2)将人工晶状体在氨气氛围下进行等离子处理，制的表面活化的人工晶状体；(3)将MPC-丙烯酸衍生物配制的共聚物接枝溶液滴加覆盖到表面活化的人工晶状体上进行接枝反应，接枝反应完毕后用水冲洗干净并干燥，得到共聚物接枝的人工晶状体。本发明由于在人工晶状体表面接枝带有电荷，具有强亲水性和构象的大分子，提高了软性疏水性丙烯酸酯人工晶状体的生物活性，并能够实现特定的生物学功能。

Description

一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法
技术领域
本发明涉及一种材料表面改性方法，特别涉及软性疏水性丙烯酸酯人工晶状体的表面改性。
背景技术
白内障是最常见的致盲眼病之一,我国目前至少有400万因白内障致盲的患者,而且白内障致盲人数每年新增加约为40万。目前白内障无特殊预防方法,手术治疗几乎是唯一有效措施。人工晶(Intrao cular lens,IOL)是白内障手术时植入人眼内的精密光学部件,多用在白内障手术后代替摘除的自身混浊晶体。近几十年来,人工晶体材料由最初的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)发展到今天的丙烯酸酯聚合物等,一直在不断的改良变化。然而,人工晶体作为假体材料与生理状态的晶状体不尽相同,导致术后引起的各种并发症仍然较多。在不改变人工晶体的形状、硬度等本体性质的前提下,通过表面修饰可改善人工晶体的多种性能,如亲水性、生物相容性等。
人工晶状体的生物相容性一般分为葡萄膜相容性和囊膜相容性，前者与血-房水屏障的破坏、葡萄膜对IOL的反应有关，主要表现为术后早期和晚期的炎性异物反应；后者与残留晶状体上皮细胞(LEC)和囊膜对IOL的反应有关，主要表现为LEC增殖、移行、分化所引起的前囊膜混浊(ACO)、PCO、囊袋皱缩等。针对人工晶状体表面改性大部分研究均着眼于通过构建生物惰性或低黏附力的表面来抑制细胞黏附，减少与周围组织的相互作用，这样的表面有利于抑制炎性反应和PCO。
为了构建低黏附力的表面，通常需要考虑几个影响因素，包括材料表面的亲水性，与蛋白质之间的电荷作用，材料表面接枝大分子后的构象作用，以及其他影响蛋白质吸附和细胞黏附的因素。已有研究表明，提高材料表面的亲水性能降低其表面非特异性蛋白吸附作用，构建与蛋白具有同种电荷的改性层能进一步增加对该蛋白的抵抗吸附作用，如果接枝层为具有构象的大分子，则根据构象维持作用也能起到抵抗蛋白质吸附和细胞黏附的功能。
IOL表面改性技术国内外近年已有不少专利和文献报道。专利:防治后发性白内障的人工晶状体,文献报道:大气辉光放电法在疏水IOL表面接枝PEG(姚克等,Applied surface Science256(2010)7354-7364)。目前研究的改性研究只着重于亲水性、电荷、构象其中一种或两种，在满足一定的生物相容性基础上并没有提高太多抵抗蛋白质吸附和细胞黏附。
发明内容
本发明的目的在于改善现有人工晶状体生物相容性，克服植入后容易因细胞和蛋白质沉积导致前、后囊膜浑浊的缺点，提供一种具有良好生物相容性及抗蛋白质和细胞黏附性能的人工晶状体表面改性方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种人工晶状体的表面改性方法，包括以下步骤：
(1)合成MPC-丙烯酸衍生物共聚物
将MPC(2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱)与丙烯酸衍生物混合溶解于水中，加入过硫酸盐与亚硫酸盐作为引发剂，进行聚合反应，反应完后经提纯，得到共聚物；所述丙烯酸衍生物为丙烯酸羧基α位为0～3个碳原子的饱和烷基的衍生物，MPC与丙烯酸衍生物的摩尔比为1:(0.1～9)，聚合反应温度为37～60℃，反应时间为12～24小时，所述共聚物分子量为1.0×103～25.0×105；
(2)将人工晶状体放入等离子设备中，在氨气氛围下进行等离子处理，制的表面活化的人工晶状体；
(3)将MPC-丙烯酸衍生物配制的共聚物接枝溶液滴加覆盖到表面活化的人工晶状体上进行接枝反应，接枝反应完毕后用水冲洗干净并干燥，得到共聚物接枝的人工晶状体。
步骤(1)所述MPC与丙烯酸衍生物的摩尔比为1:1，引发剂用量为单体摩尔量的1％～10％。
步骤(1)所述过硫酸盐与亚硫酸盐包括钠、钾、铵盐，其中过硫酸盐与亚硫酸盐的摩尔比为1：(0.1～10)。
步骤(1)所述丙烯酸衍生物为α-甲基丙烯酸或α-丙烯酸。
步骤(1)所述提纯采用透析法，透析袋为最大截留分子量3500或者14000，用去离子水透析24～72h。
步骤(2)所述等离子体处理过程为：等离子体设备的处理腔抽真空到压力10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为15～30Pa，保压至少10分钟后，打开高频电源，设定放电功率为10～150W，放电时间为1-30min；放电完毕后，持续通入氨气至少10-60分钟。
步骤(3)所述MPC-丙烯酸衍生物共聚物接枝溶液的配制：
将共聚物用去离子水配成2.5～5.0g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，EDC:HOBt:MPC-MAA共聚物所含羧基摩尔浓度比为1～3:2～6:1，活化15分钟即可。
步骤(3)所述接枝反应时间为2-24小时，反应完成后人工晶状体表面冲洗次数为3次。
步骤(3)所述干燥时间为24h，温度为37℃。
与现有技术相比，本发明的具有以下优点和有益效果：
本发明克服了以往表面抗蛋白质细胞黏附改性方法只涉及表面亲水性、电荷作用和长链构象作用其中之一的限制，在一种改性方法下实现了亲水性，电荷和长链构象的共同作用，在保证改性的人工晶状体表面有良好的生物相容性的基础上，更好地实现抵抗蛋白质和细胞黏附。
附图说明
图1为实施例1中所接枝共聚物分子量及分布，分子量为2.3×105，分布为3.0。
图2为实施例1中接枝后的软性疏水性丙烯酸酯人工晶状体的XPS谱图，可见与原始样品相比，接枝样品存在MPC所特有磷元素。
图3为实施例1中接枝MPC-MAA共聚物后的软性疏水性丙烯酸酯人工晶状体的表面zeta电位图，可见电位有明显降低，说明表面载有负电荷。
图4为实施例1中接枝分子量为2.3×105聚合物前后QCM-D拟合所得表层厚度。可见接枝前由于膜层被乙醇溶胀使得厚度增加，接枝后由于共聚物层的存在使得膜无法接触乙醇，且乙醇是共聚物不良溶剂，使得整体厚度随着乙醇浓度增大而下降，说明接枝物具有了一定的构象。
图5为实施例1及实施例5所制得共聚物接枝改性后的IOL表面细胞黏附的光学显微镜照片。Control组和等离子体组IOL表面粘附大量晶状体上皮细胞，细胞呈梭形或多边形。而230K接枝组IOL表面细胞粘附数量明显减少。
图6实施例1及实施例5所制得共聚物接枝改性后的IOL表面接种晶状体上皮细胞后72h内CCK-8吸光值数据。吸光值与活细胞数量呈正比。可见每个时间点经过MPC-MAA共聚物接枝改性后的样品与原样品相比均有明显降低。
图7实施例1及实施例5所制得共聚物接枝改性后的IOL植入兔眼8w取出后晶状体表面的电镜照片，可见Control组和等离子体组IOL表面粘附多量细胞(晶状体上皮细胞、成纤维样细胞、巨噬细胞、异物巨细胞)和纤维膜状物，细胞呈梭形或多边形。而实施例1制得的共聚物接枝组IOL表面细胞粘附数量少，细胞形态为圆形或椭圆形，实施例5制得的共聚物接枝组细胞虽然为类圆形，并生出触角，细胞数量和膜状物少于Control和等离子体组。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
在20mL新制超纯水中加入10mmolMPC与10mmolα-甲基丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入氩气30min，加入0.3mmol过硫酸铵及0.45mmol亚硫酸钠，在37℃下反应24h，将混合物放入-20℃冰箱12h以终止聚合反应。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量14000的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为30Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为80W,放电时间为5min；放电完毕后,持续通入氨气至少15分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝1.5:2.25:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应24h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
实施例2
在20mL新制超纯水中加入18mmolMPC与2mmolα-丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入氩气30min，加入0.3mmol过硫酸铵及0.45mmol亚硫酸钠，在60℃下反应18h，将混合物放入-20℃冰箱12h。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量14000的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为15Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为150W,放电时间为5min；放电完毕后,持续通入氨气至少15分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝1.5:2.25:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应12h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
实施例3
在20mL新制超纯水中加入10mmolMPC与10mmolα-甲基丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入30min氩气，加入0.3mmol过硫酸铵及0.45mmol亚硫酸钠，在37℃下反应24h，将混合物放入-20℃冰箱12h。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量14000的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力为10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为30Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为10W,放电时间为10min；放电完毕后,持续通入氨气至少60分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝1:2:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应12h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
实施例4
在20mL新制超纯水中加入2mmolMPC与18mmolα-甲基丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入氩气30min，加入1mmol过硫酸铵及10mmol亚硫酸钠，在37℃下反应24h，将混合物放入-20℃冰箱12h。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量3500的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力为10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为30Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为150W,放电时间为1min；放电完毕后,持续通入氨气至少60分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝1:2:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应12h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
实施例5
在20mL新制超纯水中加入10mmolMPC与10mmolα-甲基丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入氩气30min，加入10mmol过硫酸铵及1mmol亚硫酸钠，在37℃下反应24h，将混合物放入-20℃冰箱12h。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量3500的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力为10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为30Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为150W,放电时间为1min；放电完毕后,持续通入氨气至少60分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物＝1.5:2.25:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应2h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
实施例6
在20mL新制超纯水中加入10mmolMPC与10mmolα-甲基丙烯酸搅拌15min使之均匀混合，在液面下通入氩气30min，加入10mmol过硫酸铵及1mmol亚硫酸钠，在37℃下反应24h，将混合物放入-20℃冰箱12h。取出后放入35℃烘箱解冻，使用最大截留分子量3500的透析袋用去离子水透析72h，所得溶液冻干后得到MPC-丙烯酸衍生物共聚物。
将人工晶体放入等离子体设备的处理腔抽真空到压力为10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为30Pa，保压至少10分钟后,打开高频电源,设定放电功率为150W,放电时间为1min；放电完毕后,持续通入氨气至少60分钟，样品处理完后使用蒸馏水冲洗3次。制得的共聚物配成2.5g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝3:6:1，活化15分钟后滴加覆盖人工晶状体表面，常温反应2h后将人工晶状体表面冲洗干净，并于37℃下干燥24h，得到MPC-丙烯酸衍生物改性人工晶状体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人工晶状体的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)合成MPC-丙烯酸衍生物共聚物
将MPC与丙烯酸衍生物混合溶解于水中，加入过硫酸盐与亚硫酸盐作为引发剂，进行聚合反应，反应完后经提纯，得到共聚物；所述丙烯酸衍生物为丙烯酸羧基α位为0～3个碳原子的饱和烷基的衍生物，MPC与丙烯酸衍生物的摩尔比为1:(0.1～9)，聚合反应温度为37～60℃，反应时间为12～24小时，所述共聚物分子量为1.0×103～25.0×105；
(2)将人工晶状体放入等离子设备中，在氨气氛围下进行等离子处理，制得表面活化的人工晶状体；
(3)将MPC-丙烯酸衍生物配制的共聚物接枝溶液滴加覆盖到表面活化的人工晶状体上进行接枝反应，接枝反应完毕后用水冲洗干净并干燥，得到共聚物接枝的人工晶状体。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)所述MPC与丙烯酸衍生物的摩尔比为1:1，引发剂用量为单体摩尔量的1％～10％。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(1)所述过硫酸盐与亚硫酸盐包括钠、钾、铵盐，其中过硫酸盐与亚硫酸盐的摩尔比为1：(0.1～10)。
4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(1)所述丙烯酸衍生物为α-甲基丙烯酸或α-丙烯酸。
5.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(1)所述提纯采用透析法，透析袋最大截留分子量为3500或者14000，用去离子水透析24～72h。
6.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(2)所述等离子体处理过程为：等离子体设备的处理腔抽真空到压力10Pa以下，通氨气后调节流量至处理腔压力为15～30Pa，保压至少10分钟后，打开高频电源，设定放电功率为10～150W，放电时间为1-30min；放电完毕后，持续通入氨气至少10-60分钟。
7.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(3)所述MPC-丙烯酸衍生物共聚物接枝溶液的配制：
将共聚物用去离子水配成2.5～5.0g/L的水溶液，调pH为5.0，加入EDC、HOBt，摩尔比EDC:HOBt:共聚物羧基＝1～3:2～6:1，活化15分钟即可。
8.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(3)所述接枝反应时间为2-24小时，反应完成后人工晶状体表面冲洗次数为3次。
9.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥时间为24h，温度为37℃。
10.权利要求1～9任意一项方法制备的表面改性的人工晶状体。
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