CN106890048A - 用于保护眼内组织的薄膜及其保护方法 - Google Patents

用于保护眼内组织的薄膜及其保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有保护眼内组织的平面或弧形曲面的薄膜。该薄膜可用于覆盖眼角膜内皮细胞层,或铺盖于虹膜前后表面,或水晶体后囊袋前,以达到保护角膜内皮细胞,或区隔眼内组织的目的。该薄膜为胶原蛋白及亲水性生物高分子或有机高分子材料所构成的层状结构,且在吸水湿润的状态下,具有高透明度及高保水度的特性。

Description

用于保护眼内组织的薄膜及其保护方法
技术领域
本发明有关于一种保护眼内组织的平面或弧形曲面的薄膜,特别是在吸水湿润状态下具有高保水度、高透明度的薄膜,用以保护角膜内皮细胞及隔离眼内组织。
背景技术
在各种眼内手术中,保护角膜内皮细胞不因手术过程受到损害,是影响手术成功与否的关键因素。尤其,某些眼内手术需要阻挡虹膜前后房的空气在术中的不当移位,以避免术中空气在前后房产生不当相通,而影响手术的成功率。以及,在手术过程中尚需阻挡玻璃体的不当移位,以避免术后玻璃体残留前房,而造成永久性前房组织伤害。另外,白内障手术中阻挡水晶体及其碎片的不当移位,可避免术中水晶体及其碎片掉落至后房,而被迫接受二次手术。
目前市面上所用于手术过程中保护角膜内皮细胞不受损,以及避免虹膜前后房的空气、玻璃体或水晶体及其碎片不当移位的方法,是使用可注射式的胶状医材-粘弹剂(ocular viscoelastic devices,OVDs)于手术中注入眼内,术后再清洗吸出。OVD又称“人工玻璃体”,是仿造正常玻璃体的胶状结构,具有透明、容易沾附在角膜内皮层表面、可区隔眼内组织、及方便注射与吸除的特点。然而,以白内障手术为例,市售OVD在手术过程中仍存在如下操作上的风险:(1)保护性及区隔性不足;(2)术中与术后不易判定其所在位置,以及是否仍残留在眼内;(3)术中易从伤口流失或被引流器械带走;且(4)无法形成一个完整的屏障平面。
因此,现阶段所设计用以保护角膜内皮细胞的薄膜,应符合以下特性:(1)一体成型,方便置入及移除;(2)边界清楚,可掌握术中的保护状况;(3)清澈透明,完全不影响手术的进行;(4)柔软可折叠;(5)优于传统OVD的韧性。
基于上述理由,发展出一种可保护角膜内皮细胞与可隔离眼内组织的透明薄膜以解决上述问题,系为目前生医技术的重要课题。
发明内容
根据本发明的实施例,本发明提供一种保护眼内组织的薄膜,包含由胶原蛋白及亲水性高分子所构成的层状结构,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间,其中该薄膜具有直径介于6mm至16mm之间,且该薄膜于干燥状态下具有第一厚度介于5μm至100μm之间。
根据本发明另一实施例,本发明所述的角膜内皮细胞的保护方法,包括以下步骤:提供如同上述的保护眼内组织的薄膜,其中该薄膜具有弧形曲面,该弧形曲面具有曲率半径介于6mm至8mm之间;使该薄膜吸水膨胀成透明薄膜,该透明薄膜具有厚度介于50μm至300μm之间;将该透明薄膜置于眼前房以覆盖角膜内皮细胞层。
根据本发明再一实施例,本发明所述的区隔眼内组织的保护方法,包括以下步骤:提供如同上述的保护眼内组织的薄膜;使该薄膜吸水膨胀成透明薄膜,该透明薄膜具有厚度介于50μm至300μm之间;将该透明薄膜置于水晶体后囊的前方。
图式简单说明
图1A显示,根据本发明的一实施例所制备获得的薄膜的SEM光谱图。
图1B显示,根据本发明的另一实施例所制备获得的薄膜的SEM光谱图。
图2A为根据本发明的一实施例所示的角膜内皮细胞的保护方法流程图。
图2B为根据图2A所示保护方法中步骤206所绘示的薄膜置入位置示意图。
图2C显示,根据本发明的一实施例所制备的薄膜于动物实验模型的验证结果。
图2D显示,市售OVD于动物实验模型的验证结果。
图3A为根据本发明的一实施例所示的隔离眼内组织的保护方法流程图。
图3B为根据图3A所示保护方法中步骤306所绘示的薄膜植入位置示意图。
图4为根据本发明的一实施例所示的薄膜的制造方法流程图。
符号说明
20、30 眼球
21、31 水晶体
22、34 薄膜
23、33 前房
25、35 角膜层
27、37 水晶体后囊
29、39 虹膜
202、204、206、208、210 步骤
302、304、306、308、310 步骤
402、404、406、408、410、412、414 步骤
实施方式
本发明系揭露一种保护眼内组织的薄膜,用以保护眼角膜内皮细胞或区隔虹膜前后组织,此薄膜具有高透明度及高含水率,在眼内手术过程中,可用以覆盖于眼角膜内皮的下方,或铺盖于虹膜前后,以达到保护内皮细胞,或区隔虹膜前后组织的功效。本发明所述的薄膜,系由胶原蛋白及亲水性生物可分解高分子或有机高分子经由混掺工艺所得。由于胶原蛋白具有较长的纤维长度,因此可使该薄膜具有层状结构,导致该薄膜具有高吸水度及提高抗缝强度。此外,藉由以胶原蛋白混掺其他亲水性高分子材料,使本发明所述的薄膜于吸水湿润状态下(即湿膜状态),除具有高光穿透度之外,也具有高含水率及高拉伸强度。其中,提高薄膜的含水率,不仅可增进薄膜材料与角膜之间的贴合度,且可提高材料的弹性与饶曲度。再者,本发明所述的薄膜,可进一步应用在眼科用途、手术用途或是组织工程方面。
本发明所述的薄膜,包含由胶原蛋白及亲水性生物可分解高分子或有机高分子所构成的层状结构,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间,或例如约15mm至30mm之间。胶原蛋白纤维于酸性溶液中系呈现为极微小的纤维或分子型态,且因存在分子间的电荷斥力以及胶原蛋白与水的氢键作用力的影响下,使其呈现伸展的结构并能完全的分散于溶液中,此时藉由使用的纤维长度大于1.5mm的胶原蛋白(非绵絮状),可使得胶原蛋白纤维于生成干燥过程中析出及进行规则堆叠而逐渐结合成长链状态,确保所得的薄膜具有层状结构。
另外,层次的形成亦通过控制胶原蛋白与高分子材料间的氢键(hydrogenbonding),使胶原蛋白与高分子材料在规律的状况下堆叠。包覆在这些层状结构内的胶原蛋白,也因为有高分子材料的存在,特别是高分子量的高分子能控制胶原蛋白在自组装的过程中形成长链的纤维状,而长链纤维状的胶原蛋白有助于加强此层状薄膜的机械强度。意即,通过胶原蛋白的自组装机制及纤维长度的调整,再结合吸水性高分子材料,可使薄膜在有纤维的加强下达到调整薄膜所需强度范围的目的。因此,藉由胶原蛋白混掺亲水性高分子材料可形成纤维强化复合薄膜(fiber reinforced composite film),其中胶原蛋白不仅在此复合薄膜中担任了非纺织纤维网(non-woven fiber mesh)的角色,并增强了薄膜的多方位(anisotropic)的强度,使该薄膜不但具有拉伸强度且具有弹性及饶曲度。
根据本发明实施例,除胶原蛋白之外,可使用的具亲水性且透明的生物可分解高分子材料种类还包括:几丁聚糖或壳聚糖(chitosan)、明胶(gelatin)、透明质酸或玻尿酸(hyaluronic acid)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG/polyethylene oxide,PEO)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)等、或上述的组合,且该亲水性高分子基团的分子量可为300至400,000。藉由调整该亲水性高分子的分子量,可调整该薄膜的降解速度,其中该亲水性高分子的分子量可从小分子量(300至10,000)、中小分子量(30,000至80,000)、及高分子量(100,000至400,000)之中做选择,可因应需求进行调整。举例来说,选择分子量较小的亲水性高分子基团,所得的薄膜的降解速度较快;另一方面,选择分子量较大的亲水性高分子基团,所得的薄膜的降解速度则较慢。另外,可藉由改变交联方式来延长薄膜材料的降解速度,像是以调整交联时间的长短来影响薄膜的降解速度,交联时间一般介于数十分钟(短时间)至3小时(长时间)。举例来说,选择短时间所交联的薄膜其交联程度较低,延长降解速度的效果较有限;而选择长时间所交联的薄膜其交联程度较高,延长降解速度的效果也较佳。此外,薄膜的透明度、含水率及曲率也可由交联度进行调控。举例来说,为能符合角膜的曲率,本发明于薄膜交联时已先进行曲面塑形制作出与角膜相似的弧型曲面的薄膜。
根据本发明实施例,该胶原蛋白与亲水性高分子的重量比(w/w)为1:3至9:1,例如是1:5至5:1、或1:3至3:1。若胶原蛋白与亲水性高分子的重量比过低,则分子间缺乏纤维结构,将造成薄膜具有脆性,且吸水后将溶化不成膜;若胶原蛋白与亲水性生物可分解高分子的重量比过高,则降低调整薄膜光穿透率及吸水率的功能。
根据本发明的实施例,本发明所述的保护眼内组织的薄膜,其制备方法可包含以下步骤,可同时参考图4的薄膜的制备流程:首先执行步骤402,将亲水性生物可分解高分子溶于溶剂中,得到第一溶液。接着执行步骤404,调整该第一溶液的pH值使其小于或等于5,例如小于或等于3。调整该第一溶液的pH值的目的在于使胶原蛋白完全分散,若pH值大于5,则胶原蛋白将析出无法分散。接着执行步骤406,将胶原蛋白加入该第一溶液中,得到第二溶液,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间。执行步骤408,对该第二溶液进行混掺工艺,得到第一薄膜。由于该胶原蛋白与该亲水性生物可分解高分子具有较佳的混溶性(miscibility),因此该混掺工艺可由胶原蛋白与一个或多个水溶性生物可分解高分子或有机高分子于水中均匀混合后以双轴延伸工艺或溶剂铸制(solvent casting)方式形成薄膜。
接着可一方面直接执行步骤410,即对该第一薄膜进行交联与裁切,得到眼内组织隔离膜,其中可将该第一薄膜裁切为直径6mm至16mm的圆形。另一方面可由步骤408接着执行步骤412,对该第一薄膜进行塑形,其中将该第一薄膜吸水后覆盖于具有弧形曲面的模具上,使其干燥后成型为具有弧形曲面的第二薄膜,且其弧形曲面的曲率半径为6mm至8mm。再接着执行步骤414,对该第二薄膜进行交联及裁切处理,得到固化的眼角膜保护膜。
根据本发明的实施例,在薄膜成型后,可包含对该薄膜进行交联处理,使得该亲水性高分子以及该胶原蛋白至少一者进行交联反应。进行该交联反应的目的在于延长薄膜材料的降解速度。交联处理可为化学性交联工艺,包含使用交联剂对该上述第一薄膜或第二薄膜进行交联工艺。其中,该交联剂可为甲醛(formaldehyde)、戊二醛(glutaraldehyde)、乙二醛(glyoxal)、丙二醛(malondialdehyde)、琥珀醛(succinyl dialdehyde)、苯二甲醛(phthalaldehyde)、双醛淀粉(dialdehyde starch)、聚丙烯醛(polyacrolein)、聚甲基丙烯醛(polymethacrolein)、或其组合。使用上述醛类交联剂的化学性交联工艺,可使得薄膜中的胶原蛋白进一步交联,而获得一个固化的保护膜。
根据本发明另一实施例,该交联处理可为物理性交联工艺,包含对该薄膜施以能量以进行交联反应,而该能量为紫外光(UV)、伽马射线(γ-ray)、或热源,亦即对上述该薄膜施以紫外光照射、伽马射线照射或加热脱水(thermal dehydration)。当使用紫外光照射该复合材料时,可使得复合材料中的胶原蛋白以及亲水性生物可分解高分子各别进一步交联。该交联反应时间可约为10分钟至数小时,时间愈长,交联程度愈高,所得复合材料的降解速度愈慢。
根据本发明的实施例,本发明所述的角膜内皮细胞的保护方法可包含以下步骤,可同时参考图2A的操作流程及图2B的薄膜置入位置的示意图:首先进行步骤202,提供具有弧形曲面的保护眼内组织的薄膜22,此薄膜22包含由胶原蛋白及亲水性高分子所构成的层状结构,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间,且此薄膜22具有直径介于6mm至16mm之间,并于干燥状态下具有第一厚度介于5μm至100μm之间,以及具有曲率半径介于6mm至8mm之间;接着进行步骤204,将此薄膜22吸水膨胀使呈现透明状态,成为透明薄膜,此时该透明薄膜具有第二厚度介于50μm至300μm之间,并具有含水率大于或等于80%以及光穿透度大于或等于90%;之后,进行步骤206,将此湿润且透明的薄膜22置入眼部前房23以覆盖角膜内皮细胞层25。举例来说,本发明所述的薄膜可应用于人工水晶体的植入工艺中,例如在置入透明的薄膜22于眼部前房23以覆盖角膜内皮细胞层25后,进行步骤208,以超声波震碎水晶体21且吸出其碎片,并植入新的人工水晶体;最后进行步骤210,移除该薄膜22,完成角膜内皮细胞的保护流程。
根据本发明的另一实施例,本发明所述的区隔眼内组织的保护方法可包含以下步骤,可同时参考图3A的操作流程及图3B的薄膜置入位置的示意图:首先进行步骤302,提供平面的保护眼内组织的薄膜34,此薄膜34包含由胶原蛋白及亲水性高分子所构成的层状结构,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间,且此薄膜34具有直径介于6mm至16mm之间,并于干燥状态下具有第一厚度介于5μm至100μm之间;接着进行步骤304,将此薄膜22吸水膨胀使呈现透明状态,成为透明薄膜,此时该透明薄膜具有第二厚度介于50μm至300μm之间,并具有含水率大于或等于80%以及光穿透度大于或等于90%;之后,进行步骤306,将该湿润且透明的薄膜34置入虹膜前后,或水晶体后囊袋37之前,接着进行步骤308,将水晶体震碎并吸出碎片。举例来说,可应用于超声波水晶体乳化过程,例如在以超声波乳化水晶体31之前,可将上述用以区隔眼内组织的平面透明薄膜34置于虹膜前后或水晶体后囊袋37的前方,以区隔经超声波震碎所产生的水晶体碎片与水晶体后囊袋37,避免水晶体后囊袋37发生缺损而导致水晶体碎片经缺损处掉落至玻璃体中(未显示符号)。待水晶体碎片全数吸出之后,进行步骤310,移除此薄膜34并植入新的人工水晶体,完成隔离眼内组织的保护流程。
在另一实施例中,可在执行水晶体乳化的过程中置入该用以区隔眼内组织的平面透明薄膜34。举例来说,在以超声波乳化水晶体31过程中,如发现水晶体后囊袋37发生缺损,可将上述平面的透明薄膜34置于水晶体后囊袋37前的缺损的前方,以区隔经超声波震碎所产生的水晶体碎片与水晶体后囊袋37后的玻璃体,而避免水晶体碎片经水晶体后囊袋37的缺损处掉落至玻璃体中,进而防止衍生碎片掉落至玻璃体的相关后遗症。
又一实施例中,该用以区隔眼内组织的平面薄膜34可与上述用以保护角膜内皮细胞的曲面薄膜22或市售的OVD产品搭配使用。举例来说,可同时参考图2A、图3A的操作流程及图2B、图3B的薄膜置入位置的示意图,首先可由上述的具有弧形曲面的保护眼内组织的薄膜22或者市售OVD产品中择一来执行保护角膜内皮细胞的流程,并可于执行水晶体乳化过程之前或者过程中置入上述平面的保护眼内组织的薄膜34,用以区隔眼内组织及防止水晶体碎片掉落至玻璃体中,待水晶体碎片全数吸出后,先移除该用以区隔眼内组织的平面透明薄膜34并植入新的人工水晶体,再移除该用以保护角膜内皮细胞的曲面透明薄膜22或市售OVD产品,而完成保护角膜内皮细胞及隔离眼内组织的流程。
根据本发明实施例,本发明所述的透明薄膜,无论是用以保护角膜内皮细胞的曲面透明薄膜22或是用以区隔眼内组织的平面透明薄膜34,皆具有一吸水率介于2倍至15倍之间、一含水率大于或等于80%、一光穿透度大于或等于90%、以及一抗缝强度介于3Mpa至50Mpa之间,且在干燥状态下具有一第一厚度约5μm至100μm,而在吸水膨胀后的湿润状态下具有一第二厚度约50μm至300μm。
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂,下文特举数实施例,来说明本发明所述的保护眼内组织的薄膜。
保护眼内组织的薄膜的制备
实施例1
首先,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并加入100mL pH小于5的水溶液于反应瓶中以分散胶原蛋白。接着,搅拌至胶原蛋白完全分散于水后,将所得溶液倒入一模具中,放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(I);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(I’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
实施例2
首先,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并加入100mL pH小于5的水溶液于反应瓶中以分散胶原蛋白。接着,搅拌至胶原蛋白完全分散于水后,将所得溶液倒入一模具中,放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(II);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(II’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中并照射紫外光一小时以进行交联反应,其中该紫外光的波长为254nm、强度为3mW/cm2
实施例3
首先,将0.5g聚乙烯醇(polyvinyl alcohol、PVA;分子量约30,000-50,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。加热搅拌至聚乙烯醇完全分散后,得到一聚乙烯醇水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯醇水溶液,使聚乙烯醇水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(III);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(III’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
实施例4
首先,将0.5g聚乙二醇(polyethylene glycol、PEG/polyethylene oxide、PEO;分子量约30,000-70,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙二醇完全分散后,得到一聚乙二醇水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙二醇水溶液,使聚乙二醇水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(IV);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(IV’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
实施例5
首先,将0.5g聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、PVP;分子量约58,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全分散后,得到一聚乙烯吡咯烷酮水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯吡咯烷酮水溶液,使聚乙烯吡咯烷酮水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径12mm的圆形,得到薄膜(V);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径12mm的圆形,得到薄膜(V’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
使用扫描式电子显微镜(scanning electron microscope、SEM)对薄膜(V)或(V’)进行分析,结果如图1A所示,显示所得薄膜具有一层状结构。
实施例6
首先,将0.5g聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、PVP;分子量约58,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全分散后,得到一聚乙烯吡咯烷酮水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯吡咯烷酮水溶液,使聚乙烯吡咯烷酮水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(呈纤维状,维状长度约为15mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VI);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VI’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中并照射紫外光一小时以进行交联反应,其中该紫外光的波长为254nm、强度为3mW/cm2
实施例7
首先,将0.5g聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、PVP;分子量约58,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全分散后,得到一聚乙烯吡咯烷酮水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯吡咯烷酮水溶液,使聚乙烯吡咯烷酮水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(胶原蛋白为棉絮状,胶原蛋白的最大长度皆小于1.5mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VII);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VII’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
使用SEM(扫描式电子显微镜)对薄膜(VII)或(VII’)进行分析,结果如图1B所示,显示所得膜薄呈现不具有层状的致密结构,这是因为所使用的胶原蛋白呈棉絮状,其最大长度皆小于1.5mm。
实施例8
首先,将0.5g聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、PVP;分子量约58,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全分散后,得到一聚乙烯吡咯烷酮水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯吡咯烷酮水溶液,使聚乙烯吡咯烷酮水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(胶原蛋白为胶状加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VIII);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(VIII’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
实施例9
首先,将0.5g聚乙烯醇(polyvinyl alcohol、PVA;分子量约30,000-50,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙烯醇完全分散后,得到一聚乙烯醇水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙烯醇水溶液,使聚乙烯醇水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(胶原蛋白为棉絮状,胶原蛋白的最大长度皆小于1.5mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(IX);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(IX’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
实施例10
首先,将0.5g聚乙二醇(polyethylene glycol、PEG/polyethylene oxide、PEO;分子量约30,000-70,000)加入反应瓶中,并加入100mL纯水。搅拌至聚乙二醇完全分散后,得到一聚乙二醇水溶液。接着,以盐酸水溶液(浓度为6N)滴定该聚乙二醇水溶液,使聚乙二醇水溶液的pH约小于3。接着,取0.5g胶原蛋白(胶原蛋白为棉絮状,胶原蛋白的最大长度皆小于1.5mm)加入反应瓶中,并搅拌至胶原蛋白完全分散。接着,将所得溶液倒入一模具中,并放置于室温下进行风干。接着,一则可将所得薄膜直接进行交联及裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(X);另则可将该薄膜吸水后覆盖于一模具上,使其干燥后具有一弧形曲面,即曲率半径为6-8mm的弧形曲面,之后,将该具有弧形曲面的薄膜进行交联并裁切为直径6-16mm的圆形,得到薄膜(X’);上述交联方式系将薄膜置于一腔体中放置一小时以进行交联反应,其中该腔体具有饱和蒸气的甲醛气体。
薄膜性质量测
实施例11
针对实施例1-10所制备的薄膜(I)-(X)的光穿透度(transparency)、吸水率(swelling)、以及抗缝线强度进行量测,其结果如表1所示。其中,光穿透度(transparency)系以分光光谱仪量测这些薄膜(在湿膜状况下,及薄膜的含水量达饱合的状况下)对波长350-700nm的光吸收度,将光吸收度换算成光穿透度。吸水率(swelling)的量测方式如下:量测干燥的薄膜重量(W1),接着将该薄膜泡入纯水中20分钟后取出,以擦拭纸轻拍吸取表面多余水分再次量测其重量(W2),并以下式计算得到此外,抗缝线强度(Suture pull out)的测试方式如下:将薄膜切成20mm*50mm的尺寸,并将其泡入纯水中20分钟后取出。接着,于薄膜边界10mm处穿入缝线,安装于拉力机台以10mm/min测试,计算出该薄膜的样品拉应力值(stress)。上述性质量测系在薄膜厚度在50μm至500μm(湿膜)下进行。
表1:量测上述实施例1-10所制备薄膜(I)-(X)及(I’)-(X’)的光穿透度、吸水率、以及抗缝线强度的结果。
由表1可知,实施例3-5所述的薄膜(III)-(V)及(III’)-(V’),由于进一步添加高分子(例如:聚乙烯醇、聚乙二醇、或聚乙烯吡咯烷酮),其湿膜光穿透度可大于90%。此外,由表1可知,由于薄膜(III)/(III’)所使用的胶原蛋白其具有较长的纤维长度,因此其湿膜光穿透度可达约90%;相较之下,具有无纤维状的胶原蛋白薄膜(IX)/(IX’)及(X)/(X’),其光穿透度分别小于60%及90%。实施例5及实施例6所述的薄膜(V)/(V’)及(VI)/(VI’)其制备方式差异仅在于交联的方式,而由表1结果可知,薄膜(V)/(V’)及(VI)/(VI’)其抗缝线强度皆可大于8MPa。再者,与实施例7相比,由于实施例5所使用的胶原蛋白具有较长的胶原蛋白纤维长度(约等于15mm),因此所得的薄膜具有层状结构(图1A),其抗缝线强度可达20.0MPa。相较之下,实施例7所述的薄膜,由于所使用的胶原蛋白并非呈纤维状,而系为棉絮状(最大长度小于1.5mm),其所得膜层非为层状结构(图1B),抗缝线强度仅2.9MPa。另一方面,实施例8所得的薄膜(VIII),由于为无纤维状的胶原蛋白,使得其在湿膜的状态下无法透光。
综合上述,由于用来形成本发明所述的薄膜的胶原蛋白系呈纤维状(具有纤维长度介于约1.5mm至50mm之间),因此可使得该薄膜具有层状结构,导致该薄膜具有高吸水度、高可缝性、及高光穿透度。并且,本发明所述的薄膜可进一步应用于眼科用途、手术用途、或是组织工程方面。
本发明所制备的薄膜与市售OVD于动物实验模型的验证比较
实施例12
为验证依据本发明的实施例所制备的薄膜是否符合保护角膜内皮细胞的条件,分别以上述实施例5所制备的薄膜(V’)及市售OVD(VISCOAT)产品进行如下的动物实验操作流程,可同时参考图2A的操作流程及图2B的薄膜置入位置示意图:首先,选择新西兰大白兔(New Zealand White rabbits)作为本次动物实验的模型;以器具对新西兰大白兔的眼睛施以微创手术,切开2.2mm的伤口;接着,在实验组的新西兰大白兔的眼睛置入本发明所制备的保护眼内组织的薄膜,特别是用以保护角膜内皮细胞的薄膜(V’),此薄膜的透光度大于95%且含水率达90%,吸水膨胀后的薄膜厚度约200μm,以及,此薄膜的直径大小约为12mm而曲率半径约为6-8mm;另一方面,在对照组的新西兰大白兔的眼睛注入市售OVD(VISCOAT);进行白内障手术,以超声波乳化技术执行水晶体的移除,操作时间约7分钟;分别移除实验组的薄膜(V’)及清除对照组的OVD;缝合两组新西兰大白兔的眼外伤口;并于当日、一日,两日及七日后,观察两组新西兰大白兔的角膜内皮细胞的完整性。
使用In vivo Confocal microscope(活体共轭焦显微镜)分别对实验组与对照组的大白兔的角膜内皮细胞进行分析,图2C代表实验组结果,即置入本发明所制备用以保护角膜内皮细胞的薄膜(V’)的大白兔角膜内皮细胞的活体共轭焦显微镜图,而图2D代表对照组结果,为置入市售OVD(VISCOAT)产品的大白兔角膜内皮细胞的活体共轭焦显微镜图。如图2C及图2D所示,使用市售的OVD(VISCOAT)产品仍会造成角膜内皮细胞相当程度的受损,而置入本发明所制备用以保护角膜内皮细胞的薄膜(V’),可达到较完整保护角膜内皮细胞的效果。
虽然本发明已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种用于保护眼内组织的薄膜,包含由胶原蛋白及亲水性高分子所构成的层状结构,其中该胶原蛋白为纤维状,纤维长度介于1.5mm至50mm之间,其中该薄膜具有的直径介于6mm至16mm之间,且该薄膜于干燥状态下具有的第一厚度介于5μm至100μm之间。
2.如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该亲水性高分子是生物可分解高分子或有机高分子。
3.如权利要求2所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该生物可分解高分子是几丁聚糖或壳聚糖(chitosan)、明胶(gelatin)、透明质酸或玻尿酸(hyaluronic acid)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG/polyethylene oxide,PEO)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)或上述的组合。
4.如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该亲水性高分子的分子量介于300至400,000之间。
5.如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该胶原蛋白与该亲水性高分子的重量比为1:3至9:1。
6.如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该薄膜更具有弧形曲面,且该弧形曲面具有的曲率半径介于6mm至8mm之间。
7.如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该薄膜在湿润状态下为透明薄膜。
8.如权利要求7所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该透明薄膜具有的第二厚度介于50μm至300μm之间。
9.如权利要求7所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该透明薄膜具有的含水率大于或等于80%。
10.如权利要求7所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该透明薄膜具有的光穿透度大于或等于90%。
11.一种角膜内皮细胞的保护方法,包括以下步骤:
提供如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜,其中该薄膜具有弧形曲面,该弧形曲面具有的曲率半径介于6mm至8mm之间;
使该薄膜吸水膨胀成透明薄膜,该透明薄膜具有的厚度介于50μm至300μm之间;
将该透明薄膜置于眼前房以覆盖角膜内皮细胞层。
12.如权利要求11所述的角膜内皮细胞的保护方法,其中该透明薄膜具有的含水率大于或等于80%。
13.如权利要求11所述的角膜内皮细胞的保护方法,其中该透明薄膜具有的光穿透度大于或等于90%。
14.如权利要求11所述的角膜内皮细胞的保护方法,更包含:
将该透明薄膜由该眼前房移除。
15.一种隔离眼内组织的保护方法,包括以下步骤:
提供如权利要求1所述的用于保护眼内组织的薄膜;
使该薄膜吸水膨胀成透明薄膜,该透明薄膜具有的厚度介于50μm至300μm之间;
将该透明薄膜置于水晶体后囊袋的前方。
16.如权利要求15所述的隔离眼内组织的保护方法,其中该透明薄膜具有的含水率大于或等于80%。
17.如权利要求15所述的隔离眼内组织的保护方法,其中该透明薄膜具有的光穿透度大于或等于90%。
18.如权利要求15所述的隔离眼内组织的保护方法,更包含:
将该透明薄膜由该水晶体后囊袋的前方移除。
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