CN106362205A - 一种两性离子表面修饰的人工晶状体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种两性离子表面修饰的人工晶状体及其制备方法。一种两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，包括以下工艺步骤：通过硅氢化反应制备端基为烷氧基硅烷的两性离子；取干净的人工晶状体，通过表面预处理使其表面带上羟基基团；预处理后的人工晶状体浸没于端基为烷氧基硅烷的两性离子的溶液中进行表面处理，利用烷氧基硅烷的水解反应得到两性离子表面修饰的人工晶状体。本发明的优点是通过简便的方法对人工晶状体进行表面改性，获得具有良好亲水性的表面，避免了以往人工晶状体表面处理中所需要的复杂过程，得到高生物相容性人工晶状体。

Description

一种两性离子表面修饰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技术领域，特别涉及一种两性离子表面修饰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。超声乳化联合人工晶状体植入术是目前临床治疗白内障的有效方法。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和硅凝胶等材料所制备的人工晶状体在植入人眼后普遍存在异物反应。后发性白内障，即人工晶状体植入后晶状体囊膜再次发生混浊，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。
研究认为：手术过程中对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后发性白内障的主要原因。为降低后发性白内障等术后并发症的发生率，目前主要通过药物方法阻断晶状体上皮细胞的增殖。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B2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。通过人工晶状体表面亲水化改性为提高人工晶状体生物相容性提供了另外一种方法，如中国专利CN103948965 B“一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法”，中国专利CN 103405807 B“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”，中国专利CN100344269C“表面磷脂修饰的软性人工晶状体及其制造方法”，专利CN1665553A“经表面改性的人工晶状体”，中国专利CN1219497C“一种前表面亲水化处理的疏水性人工晶状体及其制造方法”，中国专利CN1200739C“d-烯丙基葡糖苷表面修饰的人工晶状体及其制造方法”等。然而现有表面亲水化改性的人工晶状体存在表面修饰过程复杂繁琐，在导致人工晶状体成本增加的同时，也容易对人工晶状体的使用性能造成不良的影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种制造方法简单，操作方便，同时能有效抑制晶状体上皮细胞粘附增殖的表面两性离子亲水化修饰的人工晶状体及其制备方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种两性离子表面修饰的人工晶状体，所述的人工晶状体表面修饰有一层两性离子。
所述的人工晶状体为为硬性人工晶状体或软性可折叠人工晶状体。
所述的硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述的软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅凝胶或聚甲基丙烯酸酯水凝胶。
所述的含两性离子的基团为含磷脂酰胆碱、磺酸甜菜碱或羧酸甜菜碱中一种，其分别具有如下结构：
含磷脂酰胆碱的两性离子：
含磺酸甜菜碱的两性离子：
含羧酸甜菜碱的两性离子：
其中R为含烷氧基硅烷端基的部分。
一种两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，由以下步骤的方法制备得到：
(1)通过硅氢化反应制备端基为烷氧基硅烷的两性离子；
(3)取干净人工晶状体，并通过表面预处理使其表面带上羟基基团；
(3)将通过表面羟基化处理后的人工晶状体浸入端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液2小时至24小时，通过烷氧基硅烷端基的水解反应与人工晶状体表面的羟基进行化学接枝，去离子水清洗后获得两性离子表面修饰的人工晶状体。
所述的所述步骤(2)中表面预处理方法为表面氧等离子体处理，三氟乙酸浸泡处理，NaOH或KOH碱溶液浸泡处理中的一种。
所述的通过硅氢化反应制备端基为烷氧基硅烷的两性离子，具有如下通式：
其中R1为甲基或乙基；R2，R3为甲基，或甲氧基，或乙氧基；R4为含两性离子的基团。
所述的端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液的浓度为10％-30％。
所述的端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液的溶剂为水，乙醇，丙酮中的一种或两种混合所得的。
本发明的原理是：磷脂酰胆碱是一种具有仿细胞膜结构的两性分子，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；磺酸甜菜碱或羧酸甜菜碱等甜菜碱分子也是两性分子，同样也具有良好的抗粘附特点。本发明首先通过端基为双键的两性离子与烷氧基硅烷进行硅氢化反应，制备端基为烷氧基硅烷的两性离子；然后通过烷氧基硅烷端基的水解作用将两性离子方便地接枝于人工晶状体表面，在人工晶状体表面获得两性离子修饰层，因此可有效阻抗细胞在其表面的粘附增殖。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种两性离子表面修饰的人工晶状体及其制备方法，本发明通过在人工晶状体表面修饰一层两性离子亲水层，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，通过表面修饰方法获得人工晶状体表面亲水层，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，采用烷氧基硅烷水解的方法构建两性离子修饰层，制造工艺简单，成本低廉，避免了以往表面修饰需要的繁琐步骤，可使用于各种复杂体型结构的三维植入器械表面，所制造的两性离子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为端基为烷氧基硅烷的两性离子在人工晶状体表面修饰的过程示意图。
图2为未经修饰的人工晶状体的表面接触角。
图3为人工晶状体经磷酸胆碱两性离子修饰后的表面接触角。
图4为未经修饰的人工晶状体表面晶状体上皮细胞粘附图片。
图5为经羧酸甜菜碱两性离子修饰后的人工晶体表面晶状体上皮细胞粘附图片。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
实施例1
首先，通过烷氧基硅烷和含双键的磺酸甜菜碱通过硅氢化反应制备得到端基为烷氧基硅烷的磺酸甜菜碱两性离子。本例中所用含双键的甜菜碱以[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)为例；所用的烷氧基硅烷以三乙氧基硅烷(TEOS)为例。硅氢化反应过程如示意图1所示。其中，反应介质为丙酮；SBMA的浓度为15mg/mL，SBMA∶TEOS＝1∶1.5(摩尔比)；催化剂为含Pt催化剂H2PtCl6，反应温度为60摄氏度，反应时间为12小时。
示意图1：端基为三乙氧基硅烷的磺酸甜菜碱两性离子制备过程。
其次，取干净的人工晶状体，并通过O2等离子体处理使其带上羟基基团：选择硬性人工晶状体，其材料可为聚甲基丙烯酸甲酯，置于等离子体处理仪箱体，O2气氛条件下常规等离子体处理10分钟，人工晶状体材料表面带上羟基，水清洗，氮气吹干备用。
最后，将表面带羟基的人工晶状体浸没到端基为三乙氧基硅烷的磺酸甜菜碱两性离子溶液(20％水溶液)中，在振荡条件下作用4小时，水清洗，得到表面磺酸甜菜碱两性离子修饰的人工晶状体。
实施例2
首先，通过烷氧基硅烷和含双键的羧酸甜菜碱通过硅氢化反应制备得到端基为烷氧基硅烷的羧酸甜菜碱两性离子。本例中所用含双键的磷脂酰胆碱以[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-羧丙基)氢氧化铵(CBMA)为例；所用的烷氧基硅烷以二乙氧基一乙基硅烷(MDEOS)为例。硅氢化反应过程如示意图2所示。其中，反应介质为丙酮；MPCMA的浓度为30mg/mL，MPCMA∶MDEOS＝1∶1.8(摩尔比)；催化剂为含Pt的Karsledt’s催化剂，反应温度为60摄氏度，反应时间为8小时。
示意图2：端基为二乙氧基一乙基硅烷的羧酸甜菜碱两性离子制备过程。
其次，取干净的人工晶状体，并通过碱处理使其带上羟基基团：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，通过1mol/L的KOH水溶液处理2小时，使人工晶状体材料表面带上羟基，水清洗，氮气吹干备用。
最后，将表面带羟基的人工晶状体浸没到端基为一甲氧基二甲基硅烷的磷脂酰胆碱两性离子溶液(15％乙醇/水1∶4混合溶液)中，在振荡条件下作用24小时，水清洗，得到表面磷脂酰胆碱两性离子修饰的人工晶状体。
实施例3
首先，通过烷氧基硅烷和含双键的磷脂酰胆碱(PC)通过硅氢化反应制备得到端基为烷氧基硅烷的磷脂酰胆碱两性离子。本例中所用含双键的磷脂酰胆碱以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPCMA)为例；所用的烷氧基硅烷以一甲氧基二甲基硅烷(DMEOS)为例。硅氢化反应过程如示意图3所示。其中，反应介质为丙酮；MPCMA的浓度为30mg/mL，MPCMA∶DMEOS＝1∶2(摩尔比)；催化剂为含Pt的Karsledt’s催化剂，反应温度为60摄氏度，反应时间为6小时。
示意图3：端基含一甲氧基氧基二甲基硅烷基的磷脂酰胆碱两性离子制备过程。
其次，取干净的人工晶状体，通过酸处理使其带上羟基基团：选择软性人工晶状体，其材料为硅凝胶聚，通过2mol/L的三氟乙酸水溶液处理6小时，使人工晶状体材料表面带上羟基，水清洗，氮气吹干备用。
最后，将表面带羟基的人工晶状体浸没到端基为一甲氧基二甲基硅烷的磷脂酰胆碱两性离子溶液(30％丙酮/水1∶4混合溶液)中，在振荡条件下作用12小时，水清洗，得到表面磷脂酰胆碱两性离子修饰的人工晶状体。
本实施例制备的磷脂酰胆碱两性离子修饰人工晶状体进行亲水性测试和晶状体上皮细胞粘附试验，以未修饰的人工晶状体材料作为对照。晶状体上皮细胞培养评价的实验条件为：细胞初始种植密度为5000个细胞每/孔，分别培养12小时，1天和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。
通过制备端基为烷氧基硅烷的两性离子对人工晶状体材料进行表面处理，可以构建磷脂酰胆碱、羧酸甜菜碱、磺酸甜菜碱等两性离子修饰的表面修饰层，从而获得抗粘附的效果，表面修饰过程如图1所示。对所制备的两性离子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两性离子修饰后其亲水性得到了改善。图4和图5所示的晶状体上皮细胞培养评价结果显示，人工晶状体经两性离子修饰以后，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端基为烷氧基硅烷的两性离子的烷氧基端基水解作用在人工晶状体表面获得两性离子修饰层，达到了抑制晶状体上皮细胞粘附增殖的功能。该表面修饰方法简单便捷，避免了以往人工晶状体材料表面修饰繁琐的化学接枝或物理涂覆过程；也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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种两性离子表面修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的人工晶状体表面修饰有一层两性离子。
2.根据权利要求1所述的一种两性离子表面修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的人工晶状体为为硬性人工晶状体或软性可折叠人工晶状体。
3.根据权利要求1所述的一种两性离子表面修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的硬性人工晶状体的制备材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述的软性可折叠人工晶状体的制备材料为硅凝胶或聚甲基丙烯酸酯水凝胶。
4.根据权利要求1所述的一种两性离子表面修饰的人工晶状体，其特征在于：所述的含两性离子的基团为含磷脂酰胆碱、磺酸甜菜碱或羧酸甜菜碱中一种，其分别具有如下结构：
含磷脂酰胆碱的两性离子：
含磺酸甜菜碱的两性离子：
含羧酸甜菜碱的两性离子：
其中R为含烷氧基硅烷端基的部分。
5.一种权利要求1所述的两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，由以下步骤的方法制备得到：
(1)通过硅氢化反应制备端基为烷氧基硅烷的两性离子；
(3)取干净人工晶状体，并通过表面预处理使其表面带上羟基基团；
(3)将通过表面羟基化处理后的人工晶状体浸入端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液2小时至24小时，通过烷氧基硅烷端基的水解反应与人工晶状体表面的羟基进行化学接枝，去离子水清洗后获得两性离子表面修饰的人工晶状体。
6.根据权利要求5所述的两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，所述的所述步骤(2)中表面预处理方法为表面氧等离子体处理，三氟乙酸浸泡处理，NaOH或KOH碱溶液浸泡处理中的一种。
7.根据权利要求5所述的两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，所述的通过硅氢化反应制备端基为烷氧基硅烷的两性离子，具有如下通式：
其中R1为甲基或乙基；R2，R3为甲基，或甲氧基，或乙氧基；R4为含两性离子的基团。
8.根据权利要求5所述的两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，所述的端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液的浓度为10％-30％。
9.根据权利要求8所述的两性离子表面修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，所述的端基为烷氧基硅烷的两性离子溶液的溶剂为水，乙醇，丙酮中的一种或两种混合所得的。
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