CN106890358A - 一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法 - Google Patents

一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，材料制备简便，能实现无污染操作，通过挤压成型的方式制成材料，可实现工业化生产，制备功能化人工晶状体本体材料；可改善人工晶状体材料表面的抗菌性能，抗黏附性能，生物相容性；该本体材料化学结构稳定，耐疲劳、剪切，能适应人体的内环境；通过材料表面的抗黏附和杀菌功能，长期植入人眼后将有利于降低后发性白内障和眼内炎的发生率。

Description

一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料 的制备方法
技术领域
本发明具体涉及新材料技术领域，具体涉及一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法。
背景技术
白内障是全球也是我国首位致盲眼病，目前手术治疗主要采用超声乳化联合人工晶状体(Intraocular lens, IOL)植入术。尽管白内障手术在恢复患者视力方面取得了非常的成功，然而由于人工晶状体材料的植入使术后存在着细菌感染（例如眼内炎，Endophthalmitis）、异物性炎症反应、表面炎症细胞吸附和术后晶状体囊膜混浊(posterior capsule opacification, PCO)等并发症，是人工晶状体植入术后严重损害视力功能的主要原因。提高人工晶状体的抗菌性能和生物相容性，减少术后并发症是近年来国际上重要的研究课题。从材料学的角度着手，改善人工晶状体材料的表面特性，研制具有良好抗菌性能和生物相容性的新型人工晶状体具有非常重要的临床意义。
目前常用的人工晶状体材料，如硅凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）等，由于本身不具备抗菌基团，容易导致细菌、细胞和蛋白质等在人工晶状体表面的粘附，引发细菌感染和晶状体囊膜混浊等并发症，最终导致后发性白内障的发生。通过材料学的方法可以调节人工晶状体的表面特性，降低人工晶状体的表面张力，提高材料的抗菌性能、亲水性和生物相容性，有效地防止细菌、细胞和蛋白质在晶状体表面粘附，降低后发性白内障发生的概率。
调节人工晶状体的表面特性主要有表面修饰和本体材料改性两类方法。其中人工晶状体表面修饰的方法有等离子处理和制备涂层等，例如用等离子体处理疏水性的人工晶状体可以提高其表面的亲水性，降低血小板、巨噬细胞和晶状体上皮细胞（lensepithelial cells，LECs)的粘附，从而提高人工晶状体的生物相容性。研究证明肝素涂层能提高PMMA人工晶状体表面的亲水性，明显降低材料表面血小板、细胞的粘附和炎症反应的发生。纤维粘连蛋白涂层修饰的PMMA人工晶状体表面能显著降低上表皮葡萄球菌的粘附，从而控制细菌感染和炎症反应。其它如透明质酸、聚乙二醇、磷酸胆碱等均可以用来对人工晶状体进行亲水化改性，实现类似的功能。另一方面，人工晶状体本体材料的改性也是一种重要的改性方法，利用高分子的共聚合或混合成型技术负载抗菌分子，通过接触式杀菌或者释放抗菌分子实现抗菌功能。本研究团队已就人工晶状体的制备及表面修饰进行了系统的研究，发现用等离子方法处理的人工晶状体虽然能改变人工晶状体的浸润性，但是具有一定的时效性；亲水化涂层仅能在一定时期控制细菌粘附，不能够杀灭细菌。因此，寻找新的稳定、有效、可控的改性人工晶状体的方法显得尤为急迫。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷及不足。本发明提供了一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将MMA、PEGMA和DMAEMA溶液采用自由基共聚合的方法进行聚合反应；
（2）将自由基共聚得到的产物分离纯化，得到的三元共聚物；
（3）将得到的三元共聚物挤压成型，得到人工晶状体的本体材料；
（4）将得到的人工晶状体的本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗若干次后室温干燥，得到最终产物。
所述的MMA、PEGMA和DMAEMA溶液的质量浓度分别为1~20mg/ml，1~10mg/ml，1~15mg/ml。
所述的步骤（1）中自由基共聚合的反应温度为55-75℃。
所述的步骤（1）中自由基共聚合的反应时间为大于12h。
所述的步骤（1）中人工晶状体的本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理4-12h。
所述的步骤（2）中产物分离纯化采用循环析出-溶解的方法实现。
所述的步骤（1）中自由基共聚合采用偶氮二异丁腈作为引发剂。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，材料制备简便，能实现无污染操作，通过挤压成型的方式制成材料，可实现工业化生产，制备功能化人工晶状体本体材料；可改善人工晶状体材料表面的抗菌性能，抗黏附性能，生物相容性；该本体材料化学结构稳定，耐疲劳、剪切，能适应人体的内环境；通过材料表面的抗黏附和杀菌功能，长期植入人眼后将有利于降低后发性白内障和眼内炎的发生率。
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：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为10 mg/ml，2mg/ml和2mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg引发剂偶氮二异丁腈（AIBN），该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到最终的材料。
场发射扫描电镜测试该人工晶状体本体材料表面光滑。静态接触角测试材料表面水接触角为98±1.2°，透光率为91%。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为3.27±0.32 nm。该材料能在24 h杀死93%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和单纯的PMMA本体材料相比，该三元共聚物本体材料降低了90%的大肠杆菌黏附和82%的金黄色葡萄球菌的黏附，并降低了87%的牛血清蛋白的黏附。
实施例 2：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为10 mg/ml，5mg/ml和1mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到最终的材料。
静态接触角测试膜层显示出一定的亲水性，接触角为75±1.5°，透光率为93%。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为3.52±0.24 nm。结果显示该材料能在24 h杀死93%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和单纯的PMMA本体材料相比，该三元共聚物本体材料降低了94%的大肠杆菌黏附和85%的金黄色葡萄球菌的黏附，并降低了90%的牛血清蛋白的黏附。
实施例 3：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为15 mg/ml，1mg/ml和10mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到最终的材料。
场发射扫描电镜测试材料的表面光滑均匀。静态接触角测试膜层显示出一定的亲水性，为105±2.3°，透光率为90%。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为2.44±0.26 nm。摇瓶培养和稀释涂平板法测试膜层的杀菌性能，结果显示该膜层能在24h杀死100%的大肠杆菌和100%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和单纯的PMMA本体材料相比，该三元共聚物本体材料降低了78%的大肠杆菌黏附和77%的金黄色葡萄球菌的黏附，并降低了89%纤维蛋白原的黏附。
实施例 4：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为20 mg/ml，1mg/ml和1mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到最终的材料。
场发射扫描电镜测试材料表面光滑均匀。静态接触角测试膜层显示出一定的亲水水性，为108±2.1°，透光率为93%。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为2.45±0.23 nm。摇瓶培养和稀释涂平板法测试材料的杀菌性能，结果显示该材料能在24h杀死88%的大肠杆菌和92%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和单纯的PMMA本体材料相比，该三元共聚物本体材料降低了93%的大肠杆菌黏附和87%的金黄色葡萄球菌的黏附，并降低了79%牛血清蛋白的黏附。
实施例 5：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为10 mg/ml，10mg/ml和1mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到最终的材料。
场发射扫描电镜测试膜层的厚度为1.35±0.28μm，静态接触角测试膜层显示出一定的亲水性，接触角为57.54±2.53°，透光率为89%。原子力显微镜观察形貌发现表面具有很低的粗糙度，RMS为1.85±0.33 nm。摇瓶培养和稀释涂平板法测试材料的杀菌性能，结果显示该材料能在24 h杀死78%的大肠杆菌和88%的金黄色葡萄球菌。抗细菌黏附实验发现和单纯的PMMA本体材料相比，该三元共聚物本体材料降低了97%的大肠杆菌黏附和87%的金黄色葡萄球菌的黏附。
对比例 1：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为25 mg/ml，15mg/ml和20mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到对比材料。
检测发现对比例1制成的材料透光率为75%，不符合作为人工晶状体本体材料的要求。
对比例 2：
在250ml小烧杯中加入100ml乙醇，磁力搅拌，缓慢分别加入MMA、PEGMA和DMAEMA，三者的浓度分别为27 mg/ml，12mg/ml和18mg/ml，边搅拌边缓慢加入20mg AIBN，该反应在65°C下进行24h。采用循环析出-溶解的方法实现产物的分离纯化，将得到的三元共聚物，挤压成型，获得了人工晶状体的本体材料，该本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗数次后室温干燥，得到对比材料。
检测发现对比例2制成的材料透光率为72%，不符合作为人工晶状体本体材料的要求。
结论：本发明通过使用MMA、PEGMA和DMAEMA，对基材预处理，通过自由基共聚合的方法获得了具有杀菌功能的季铵盐和亲水性的PEG复合进人工晶状体PMMA本体材料，PEG赋予材料抗细菌粘附的功能，DMAEMA季铵盐化提高了材料杀菌抗菌功能，故该涂层具有良好的抗革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌黏附和杀菌的能力，并具有良好的细胞相容性，通过控制MMA、PEGMA和DMAEMA三者在产物中的比例，使本发明人工晶状体本体材料透光率接近90%以上，符合作为人工晶状体基材的要求，该方法工艺简单、快捷，条件温和，易于浸涂、旋涂、喷涂，可工业的方式实现，适用范围广，能够有效地的改善医用装置表面的抗菌性能，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 (7)

1.一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将MMA、PEGMA和DMAEMA溶液采用自由基共聚合的方法进行聚合反应；
（2）将自由基共聚得到的产物分离纯化，得到的三元共聚物；
（3）将得到的三元共聚物挤压成型，得到人工晶状体的本体材料；
（4）将得到的人工晶状体的本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理后，再用乙醇和清水清洗若干次后室温干燥，得到最终产物。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的MMA、PEGMA和DMAEMA溶液的质量浓度分别为1~20mg/ml，1~10mg/ml，1~15mg/ml。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中自由基共聚合的反应温度为55-75℃。
4.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中自由基共聚合的反应时间为大于12h。
5.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中人工晶状体的本体材料经过1-溴庚烷乙醇溶液浸泡处理4-12h。
6.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中产物分离纯化采用循环析出-溶解的方法实现。
7.根据权利要求1所述的一种具有抗菌功能和良好生物相容性的人工晶状体本体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中自由基共聚合采用偶氮二异丁腈作为引发剂。
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