CN107325240B

CN107325240B - 一种可聚合ZnS纳米粒、制备方法及其用于制备高折射眼用屈光矫正材料的方法

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Publication number: CN107325240B
Application number: CN201710555769.3A
Authority: CN
Inventors: 徐金库
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Shandong Jiqing Technology Service Co ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN107325240A

Abstract

本发明涉及一种可聚合ZnS纳米粒、制备方法及其用于制备高折射眼用屈光矫正材料的方法。本发明先以锌盐、巯基醇和硫脲为主要原料制备得到巯基醇修饰的ZnS纳米粒；然后巯基醇修饰的ZnS纳米粒与甲基丙烯酸‑2‑异氰基酯反应，得可聚合ZnS纳米粒。本发明可实现ZnS纳米粒表面可聚合基团数量的可控接枝，进而控制可聚合ZnS纳米粒引入聚合物水凝胶本体后材料的交联度及模量；并且本发明ZnS纳米粒表面可聚合基团的接枝一步反应完成，合成简单。利用本发明可聚合ZnS纳米粒制备的屈光矫正材料具有高含水、高折光、力学性能优良等屈光矫正材料期望的性能。

Description

一种可聚合ZnS纳米粒、制备方法及其用于制备高折射眼用屈光矫正材料的方法

技术领域

本发明涉及一种可聚合ZnS纳米粒、制备方法及其用于制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，属于医用生物材料和组织工程领域。

背景技术

随着世界人口老龄化以及使用电脑时间的延长，患上眼部疾病如近视眼、白内障等的几率不断增加。据报道，美国4～74岁人口中，43％患有轻度近视(低于-5.00D)，3.2％人口近视度数在500-1000度(-5.01to-10.00D)，另外有0.2％人口近视度数大于1000度；而我国的近视眼患者已达4亿，在大学里发病率甚至高达80％。白内障，尤其是老年性白内障，是最常见的眼病之一，也是第三世界国家中第一位致盲眼病。据WHO统计，当今世界有1500万白内障致盲患者；而我国普查分析，约有400～500万白内障患眼待手术。佩戴角膜接触镜或晶状体替换是矫正近视以及治疗白内障的常用方法，二者都需要生物相容性良好的眼用生物材料。折光率是这类材料的重要参数，高折光材料角膜接触镜或人工晶状体可以做的更轻薄，减轻眼部应用过程中并发症的发生，提高生物相容性。

眼用屈光矫正器械一般需要制备为凹(如角膜接触镜)或凸(如人工晶状体)透镜，折射率决定了眼用屈光矫正材料的聚焦能力，为角膜接触镜或眼内植入晶状体的重要参数。材料的折光率越低，接触镜镜片的边缘越厚，这对于近视眼患者，尤其对于高度近视患者，会产生很多问题，如接触镜镜片越厚透氧性能越差、阻断了角膜上皮细胞的氧气供给；接触镜镜片越厚柔韧性降低，这会增加接触镜镜片对角膜缘的压力，引发角膜缘血管生成；另外，厚镜片也会增加眼内代谢产物在接触镜镜片内的积累，容易引起眼部病态反应和毒性反应。对于人工晶状体，提高材料的屈光度有利于减少微创手术植入过程中的切口损伤，减少植入材料与人眼晶状体的接触几率，降低前囊下白内障的发生，而且高折光人工晶状体对于睫状肌拉伸下曲率变化导致的聚焦性能调节更敏感。目前，高折光材料已广泛应用于眼部的屈光矫正，但主要集中在框架眼镜以及硬性角膜接触镜领域，如采用Optimum HR(折光率：1.51)材料制备的硬性接触镜，屈光度可以增加+0.5D(眼镜度数增加50度)或边缘厚度降低5-10％，从而使镜片质量降低20-30％，这种材料制备的硬性接触镜可以有效减少佩戴过程中并发的角膜下缘病变，提高佩戴舒适性。与框架眼镜相比，接触镜与眼球的距离更近，佩戴视物过程中眼睛的适应性更好。另外，对于高度近视患者，佩戴高折光的框架镜容易产生色散现象，而佩戴角膜接触镜时，由于镜片随角膜移动，保证了镜片在视线的中心，可有效避免色散现象的发生。相对于硬性镜片，软性接触镜的突出优点是初期适应期短和良好的佩戴舒适性，而且生产成本更低，所以高折光软性角膜接触镜具有重要的临床意义。

在材料中引入高折光无机纳米粒子可有效提高材料的折光率，但制备高无机粒子含量的无机-有机杂化材料，应用于屈光矫正领域仍存在诸多困难，这主要是无机粒子在有机高分子中难以分散，纳米粒子的表面自由能很高，容易在材料内团聚而使材料透光度下降。掺杂高ZnS纳米粒含量的杂化材料已有多篇文献报道，但更多采用的高分子单体为N,N-二甲基丙烯酰胺，或以其为主要单体的共聚高分子材料，并且所制备的材料中无机粒子的分散性欠佳，折射率、透光性能和力学性能欠佳，不能很好的满足屈光矫正材料的应用要求。如中国专利文献CN 201511003965.7 A公开了将高折光的ZnS纳米粒子物理包埋在pDMA-NVP水凝胶材料中，制备高折光眼用屈光矫正材料，细胞及兔眼内植入实验表明，材料具有良好的生物相容性。但现有隐形眼镜水凝胶材料的制备过程中DMA和NVP都是作为功能单体来使用，以其作为水凝胶的主要骨架结构难以保证用于作为隐形眼镜使用的力学性能要求，在专利文献CN 201511003965.7 A中也未公开材料的力学性能相关数据，另外因为ZnS纳米粒子物理包埋在pDMA-NVP凝胶骨架中，镜片在长期放置或使用过程中ZnS粒子可能会因团聚而导致相分离，进而降低材料的光学性能。作为眼用屈光矫正装置如隐形眼镜、人工晶状体，除了需要其材料具有高透光性能和高的折射率外，还要有良好的力学性能如拉伸强度，杨氏模量以及断裂伸长率，以满足在佩戴过程中发生物理损坏。

因此，急需一种稳定的兼具高透光性能、高折射率和优异的力学性能的材料，来满足屈光矫正器械的应用要求。

发明内容

本发明提供一种可聚合ZnS纳米粒及其制备方法，通过在表面富含羟基的ZnS纳米粒表面可控接枝可聚合活性基团合成可聚合ZnS纳米粒，其特征是表面可聚合基团数量的可控接枝，进而控制可聚合ZnS纳米粒共聚入聚合物水凝胶本体后材料的交联度及模量；并且本发明ZnS纳米粒表面可聚合基团的接枝一步反应完成，合成简单。

本发明还提供一种利用上述可聚合ZnS纳米粒制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，与隐形眼镜的最常用的热固化方法高度匹配。

术语说明：

接枝率：巯基醇修饰的ZnS纳米粒接枝可聚合分子的质量与巯基醇修饰的ZnS纳米粒质量的比率。

本发明的技术方案如下：

一种可聚合ZnS纳米粒，所述可聚合ZnS纳米粒为ZnS纳米粒表面接枝有式I所示结构：

其中，n＝2-12；m＝1-5。

根据本发明优选的，所述可聚合ZnS纳米粒的接枝率为5-15％。

根据本发明优选的，所述可聚合ZnS纳米粒的粒径为2-6nm。

上述可聚合ZnS纳米粒的制备方法，包括步骤如下：

(1)将锌盐、巯基醇和硫脲溶于有机溶剂A中，得混合液B；在搅拌、惰性气体保护下，150-170℃下反应8-12h；经乙醇沉淀、洗涤、干燥，得巯基醇修饰的ZnS纳米粒；

(2)将步骤(1)得到的巯基醇修饰的ZnS纳米粒溶于有机溶剂C中，加入催化剂，混合均匀，得混合液D；将甲基丙烯酸-2-异氰基酯溶于有机溶剂E中，混合均匀，得混合液F；在超声和搅拌条件下，将混合液F逐滴加入到混合液D中，室温反应1-4h；经乙醇沉淀、洗涤、干燥，得可聚合ZnS纳米粒。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述锌盐、巯基醇和硫脲的摩尔比为1：(1-2)：(0.5-1)。

根据本发明优选的，步骤(1)混合液B中所述锌盐的摩尔浓度为0.2-0.5mol/L。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述锌盐为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌或氯化锌中的一种；优选的，所述锌盐为醋酸锌。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述巯基醇为巯基乙醇、巯基丙醇、巯基丁醇、巯基戊醇、巯基己醇、巯基庚醇、巯基辛醇、巯基壬醇、巯基癸醇、巯基十一醇或巯基十二醇中的一种；优选的，所述巯基醇为巯基乙醇。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述有机溶剂A、步骤(2)中所述有机溶剂C和有机溶剂E均为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯、氯仿或二甲基亚砜中的一种或两种以上的组合；所述有机溶剂A、有机溶剂C和有机溶剂E相同或不同。所述有机溶剂A、有机溶剂C和有机溶剂E应能互混且形成均一溶液。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种。

根据本发明优选的，步骤(1)和步骤(2)中所述洗涤方式均为：用甲醇洗涤；步骤(1)和步骤(2)中所述干燥方式均为：20-40℃干燥12-36h。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述巯基醇修饰的ZnS纳米粒和催化剂的质量比为1:0.005-1:0.05。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡或二醋酸二丁基锡中的一种；优选的，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡。

根据本发明优选的，步骤(2)混合液D中巯基醇修饰的ZnS纳米粒的质量浓度为0.02-0.06g/mL。

根据本发明优选的，步骤(2)混合液F中甲基丙烯酸-2-异氰基酯的质量浓度为0.005-0.015g/mL。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述甲基丙烯酸-2-异氰基酯为甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯、甲基丙烯酸-2-异氰基丙酯或甲基丙烯酸-2-异氰基丁酯中的一种或两种以上的组合；优选的，所述甲基丙烯酸-2-异氰基酯为甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述巯基醇修饰的ZnS纳米粒和甲基丙烯酸-2-异氰基酯的质量比为1:0.05-1:0.15。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述滴加速率为0.3-3mL/min。

利用上述可聚合ZnS纳米粒制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，包括步骤如下：

(1)聚合溶液的配置：将可聚合ZnS纳米粒超声分散于有机溶剂中，加入单体、引发剂，超声溶解，得聚合溶液；

(2)屈光矫正材料的制备：将步骤(1)得到的聚合溶液加入模具中，压上模具的配套上模，确保聚合溶液内没有气泡，经热固化或光固化、脱膜、洗涤，得屈光矫正材料。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述可聚合ZnS纳米粒的质量为聚合单体和可聚合ZnS纳米粒总质量的10-70wt％。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述单体与引发剂的质量比为0.002:1-0.01:1，所述聚合溶液中可聚合ZnS纳米粒的质量浓度为5-60％。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或两种以上的组合。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述单体为甲基丙烯酸-β-羟基乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上的组合；优选的，所述单体为甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N,N-二甲基丙烯酰胺的组合、甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N-乙烯基甲酰胺的组合或甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮的组合中的一种。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰(BPO)或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(Darocur 1173)中的一种。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述热固化温度为60-100℃，热固化时间为1-24h；所述光固化为在紫外光照射下固化1-4h。

根据本发明优选的，步骤(2)中所述洗涤方式为：浸入在蒸馏水中抽提未反应的单体和溶剂。

根据本发明，本发明制备得到的屈光矫正材料于隐形眼镜保存液或生理盐水中保存。

本发明的技术特点及有益效果如下：

本发明可聚合ZnS纳米粒的合成方案如式II所示，巯基醇修饰的ZnS纳米粒表面富含羟基，通过异氰酸酯基和羟基间化学反应表面接枝可聚合基团，将合成的可聚合ZnS纳米粒分散在眼用屈光矫正材料常用单体中，模压法固化获得高折射眼用屈光矫正材料。通过控制ZnS纳米粒表面化学接枝的可聚合基团的量，进而控制制备的眼用屈光矫正材料的交联度，从而制备高度透明、具有良好力学性能的眼用屈光矫正水凝胶材料。本发明合成的可聚合ZnS纳米粒可共聚在多种高分子骨架上，制备的材料高度透明，材料的制备工艺与隐形眼镜的主流工艺高度匹配，材料的性能满足眼用屈光矫正材料的应用。

有益效果如下：

(1)可聚合ZnS纳米粒可共聚在凝胶高分子骨架上，与物理包埋相比具有更好的分散性及抗团聚性能，制备的材料具有高度透光性；本发明中ZnS纳米粒表面可聚合基团的接枝一步反应完成，合成简单；表面接枝可聚合基团量可通过反应物配比关系控制，而且ZnS纳米粒表面接枝可聚合基团的量对制备的屈光矫正材料性能具有显著影响。

(2)本发明的可聚合ZnS纳米粒在单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、溶剂N,N-二甲基丙烯酰胺(DMF)中具有良好的分散性，可共聚入角膜接触镜制备常用单体如甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和DMA的共聚物高分子骨架中，表现出良好的光性能和力学性能；目前现有技术中，合成的包含有ZnS纳米粒的透明有机-无机杂化材料大多是以pDMA高分子骨架为主要成分，本发明的可聚合ZnS纳米粒还可共聚入聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸缩水甘油酯等疏水性高分子材料中，并仍具有良好的光透过性能，适用性较为广泛。

(3)本发明的高折射眼用屈光矫正材料制备工艺和现有隐形眼镜制备工艺高度契合，工艺成熟。优化配方后制备的屈光矫正材料具有高含水、高折光、力学性能优良等屈光矫正材料期望的性能。

附图说明

图1为不同类型ZnS纳米粒的XRD图谱；其中，(a)巯基乙醇修饰ZnS,(b)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.05,(c)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.10,(d)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.15。

图2为不同类型ZnS纳米粒的红外光谱图。

图3为不同类型ZnS纳米粒的核磁共振氢谱图。

图4为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的干态屈光矫正材料的照片。

图5为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的干态屈光矫正材料的动态热力学性能图(储能模量vs温度曲线)。

图6为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的干态屈光矫正材料的动态力学性能图(损耗因子vs温度曲线)。

图7为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和屈光矫正材料含水量和折光率的关系图谱。

图8为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和的屈光矫正材料的透光性能图。

图9为含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和的屈光矫正材料的应力-应变曲线。

图10为不同ZnS_0.10含量的吸水饱和屈光矫正材料照片。

图11为含有30wt％ZnS_0.10的吸水饱和隐形眼镜。

图12为不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料透光性能图。

图13不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料的含水量和折光率的关系图。

图14兔眼佩戴30wt％ZnS_0.10含量的隐形眼镜30天的生物相容性图。

图15为含有50wt％可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.15的非聚DMA的屈光矫正材料照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明保护范围不限于此。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种可聚合ZnS纳米粒，所述可聚合ZnS纳米粒为ZnS纳米粒表面接枝有式III所示结构：

上述可聚合ZnS纳米粒的制备方法，包括步骤如下：

(1)称取2水合醋酸锌(11g，0.05mol)，巯基乙醇(5.8g，0.074mol)，硫脲(2.75g，0.036mol)，倒入200mL三口烧瓶中，加入150ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解，磁力搅拌以及氮气保护下160℃回流反应10h，反应液减压下经旋转蒸发仪浓缩至40ml，然后滴加到过量乙醇中沉淀，沉淀物用甲醇洗涤，然后30℃真空干燥过夜，获得巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒。

(2)称取1g巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒，溶解在25mL DMF中，加入0.05mL二丁基二月桂酸锡。称取0.05g甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯于10mL塑料离心管中，加入5mL DMF，震荡获得均一溶液，然后在超声及磁力搅拌下逐滴(滴加速率为1mL/min)加入到巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的DMF溶液中，室温反应2.5h；然后将反应液逐滴滴加到过量乙醇中沉淀，沉淀物用甲醇洗涤，然后30℃真空干燥过夜，获得可聚合ZnS纳米粒，标记为ZnS_0.05，其中下角标0.05代表甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯与巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的质量比。

本实施例制备的可聚合ZnS纳米粒的粒径约为4nm。

实施例2

一种可聚合ZnS纳米粒的制备方法，步骤如实施例1所述，所不同的是：甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯的加入量为0.1g，其它步骤一致与实施例1一致，得到的可聚合ZnS纳米粒，标记为ZnS_0.10，其中下角标0.1代表甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯与巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的质量比。

本实施例制备的可聚合ZnS纳米粒的粒径约为4nm。

实施例3

一种可聚合ZnS纳米粒的制备方法，步骤如实施例1所述，所不同的是：甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯的加入量为0.15g，其它步骤一致与实施例1一致，得到的可聚合ZnS纳米粒，标记为ZnS_0.15，其中下角标0.15代表甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯与巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的质量比。

本实施例制备的可聚合ZnS纳米粒的粒径约为4nm。

实施例4

一种可聚合ZnS纳米粒，所述可聚合ZnS纳米粒为ZnS纳米粒表面接枝有式IV所示结构：

上述可聚合ZnS纳米粒的制备方法，包括步骤如下：

(1)称取2水合醋酸锌(11g，0.05mol)，巯基乙醇(7.8g，0.1mol)，硫脲(3.81g，0.05mol)，倒入200mL三口烧瓶中，加入100ml二甲基亚砜溶解，磁力搅拌以及氮气保护下150℃回流反应12h，反应液减压下经旋转蒸发仪浓缩至40ml，然后滴加到过量乙醇中沉淀，沉淀物用甲醇洗涤，然后30℃真空干燥过夜，获得巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒。

(2)称取1g巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒，溶解在25mL二甲基亚砜中，加入0.05mL二丁基二月桂酸锡。称取0.05g甲基丙烯酸-2-异氰基丙酯于10mL塑料离心管中，加入5mL二甲基亚砜，震荡获得均一溶液，然后在超声及磁力搅拌下逐滴(滴加速率为3mL/min)加入到巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的二甲基亚砜溶液中，室温反应4h；然后将反应液逐滴滴加到过量乙醇中沉淀，沉淀物用甲醇洗涤，然后30℃真空干燥过夜，获得可聚合ZnS纳米粒，标记为ZnS_0.05，其中下角标0.05代表甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯与巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒的质量比。

实施例5-8

一种利用ZnS纳米粒制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，包括步骤如下：

(1)聚合溶液的配置：按表1配方，称取可聚合ZnS纳米粒超声分散在配方量溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)中，获得透明均一溶液，加入配方量单体甲基丙烯酸-β-羟基乙酯(HEMA)，引发剂AIBN(引发剂的质量为单体总质量的0.5wt％)，超声溶解，获得聚合溶液；

(2)屈光矫正材料的制备：用滴管吸取上述聚合溶液滴入平板模具下模凹槽中，压上模具的配套上模，确保内部没有气泡。将模具放置在80℃烘箱中热固化12h。

(3)脱膜：固化完成后，打开模具，取下固化的平板膜，浸入在蒸馏水中抽提未反应的单体和溶剂，取出，保存在生理盐水中。

表1屈光矫正材料配方

实施例9-12

一种利用可聚合ZnS纳米粒制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，包括步骤如下：

(1)聚合溶液的配置：按表2配方，称取可聚合ZnS纳米粒超声分散在配方量溶剂N,N-二甲基甲酰胺和单体N,N-二甲基丙烯酰胺中，获得透明均一溶液，加入配方量的单体甲基丙烯酸-β-羟基乙酯(HEMA)，引发剂AIBN(引发剂的质量为单体总质量的0.5wt％)，超声溶解，获得均一的聚合溶液；

(2)屈光矫正材料的制备：用滴管吸取上述聚合溶液滴入角膜接触镜或平板模具下模凹槽中，压上模具的配套上模，确保内部没有气泡。将模具放置在80℃烘箱中热固化12h。

(3)脱膜：固化完成后，打开模具，取下固化的隐形眼镜或平板膜，浸入在蒸馏水中抽提未反应的单体和溶剂，然后取出，保存在生理盐水中。

表2屈光矫正材料配方

实施例13-14

(1)聚合溶液的配置：按表3配方，称取可聚合ZnS纳米粒超声分散在配方量溶剂N,N-二甲基甲酰胺和单体N,N-二甲基丙烯酰胺中，获得透明均一溶液，加入配方量的单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或甲基丙烯酸甲酯(MMA)，引发剂AIBN(引发剂的质量为单体总质量的0.5wt％)，超声溶解，获得均一的聚合溶液；

(3)脱膜：固化完成后，打开模具，取下固化的平板膜，浸入在蒸馏水中抽提未反应的单体和溶剂，然后取出，保存在生理盐水中。

表3屈光矫正材料配方

实施例15-17

(1)聚合溶液的配置：按表4配方称取可聚合ZnS纳米粒超声分散在配方量溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，获得透明均一溶液，加入配方量的单体，引发剂AIBN(引发剂的质量为单体总质量的0.5wt％)，超声溶解，获得均一的聚合溶液；

(3)脱膜：固化完成后，打开模具，取下固化的平板膜，放置在70℃真空干燥箱中过夜，去除溶剂。

表4屈光矫正材料配方

试验例1

对实施例1-3制备得到的可聚合ZnS纳米粒、ZnS纳米粒以及巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒进行红外、核磁和XRD测试，测试方法如下：

(1)X射线衍射光谱

XRD使用Bruker AXS D8X-射线衍射仪进行测定，铜靶，操作电压40KV，电流100mA，测试结果如图1所示，其中，(a)巯基乙醇修饰ZnS,(b)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.05,(c)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.10,(d)可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.15。

(2)红外光谱

合成的可聚合ZnS纳米粒在30℃下真空干燥过夜，与溴化钾混合研磨、制板。在400～4000cm^-1波长范围内扫描红外吸收，结果如图2所示。

(3)1H NMR

合成的可聚合ZnS纳米粒在30℃下真空干燥过夜，超声溶解于氘代DMSO中，测定可聚合ZnS纳米粒的核磁共振氢谱，结果如图3所示。

结果讨论：由红外光谱和核磁共振波谱可知，可聚合碳碳双键成功接枝在巯基乙醇修饰的ZnS纳米粒表面，由XRD衍射光谱可知，可聚合基团在ZnS纳米粒表面的接枝反应并没有改变粒子的结晶结构和粒径。合成的可聚合ZnS纳米粒粒径大约4nm，在溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及单体N,N-二甲基丙烯酸酰胺中具有良好的分散性能。

试验例2

对实施例5-8制备得到的高折射眼用屈光矫正材料进行测试，研究不同可聚合基团接枝量的ZnS粒子对所制备的屈光矫正材料性能的影响，测试方法如下：

(1)光学性能

将吸水饱和的屈光矫正材料样品剪成1cm×4.5cm的长方形，用蒸馏水冲洗后，紧贴装有蒸馏水尺寸为1cm×1cm×4.5cm的比色皿光学面内壁放置，以蒸馏水为空白，用紫外-可见光分光光度计测量材料的透光性，测量范围为200nm～800nm，狭缝宽度为2nm。对含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和的屈光矫正材料(样品厚度:0.25mm)的透光性能进行测试，结果如图8所示。

(2)折光率

将屈光矫正材料切割成2cm×4cm长条，使用阿贝折光仪室温下测定样品的折光率。对含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和屈光矫正材料的折光率进行测试，测试结果如图7所示，图7为含水量和折光率的关系图谱。

(3)力学性能

屈光矫正材料达到溶胀平衡后，使用力学拉伸仪配备的样品制备模具将屈光矫正材料剪切成哑铃型。裁剪好的样品浸泡在蒸馏水中，使材料再次吸水饱和，确保测试时样品的含水量处于饱和状态。实验过程中，温度维持在25℃，湿度为60％，材料拉伸速率为20mm/min。对含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的吸水饱和的屈光矫正材料进行力学性能测试，测试结果如图9所示。

(4)动态热力学分析

含有50wt％不同类型ZnS纳米粒的屈光矫正材料在30℃真空干燥过夜，剪切成5mm×10mm长条，采用动态热机械分析仪进行动态力学分析，升温速率为5℃/min，测试温度范围为30-250℃，频率为1Hz。对含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的干态屈光矫正材料的动态热力学性能进行测试，测试结果如图5、6所示。

结果讨论：

含有50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的干态屈光矫正材料的照片如图4为，其中，(A)ZnS_0.05,(B)ZnS_0.10,(C)ZnS_0.15(样品厚度:0.5mm)。由图4可知，本发明包含50wt％不同类型可聚合ZnS纳米粒的屈光矫正材料均未观察到肉眼可视的相分离现象，具有良好的透光性能。而实施例5将未经可聚合基团接枝的ZnS纳米粒物理包埋在凝胶骨架中，聚合后发生严重的相分离，制备的凝胶膜白灼，不透明，甚至在降低粒子的含量至单体总量的12wt％时，仍然相分离严重，制备的膜透光度不好。

由图5和6可知，含有50wt％ZnS_0.05(实施例6)的屈光矫正材料中微观上仍然存在相分离现象，这可能是因为接枝反应中加入的接枝分子过少，合成的ZnS粒子中存在部分未接枝的粒子；含有50wt％ZnS_0.10(实施例7)制备的屈光矫正材料粒子分布均匀，未发生微相分离，但继续增加粒子表面可聚合基团的接枝量，含有50wt％ZnS_0.15(实施例8)的屈光矫正材料仍观察到轻微微相分离现象。本发明制备的屈光矫正材料，特别是含50wt％ZnS_0.10的湿态屈光矫正材料的杨氏模量和市售隐形眼镜材料大体相当，而当粒子表面接枝的可聚合基团增多时，会增加材料的交联程度，从而导致吸水饱和的屈光矫正材料的杨氏模量增加，这会使材料变得更硬，不利于作为隐形眼镜佩戴的舒适性。

由图7可知，本发明制备的屈光矫正材料可以同时具有高含水，高折光的性能，这有利于制备更轻薄，透氧性能更好，佩戴更舒适的隐形眼镜产品。

如图8所示，微相分离的发生会影响到材料的透光性能；以ZnS_0.10制备的屈光矫正材料(实施例7)具有最好的透光性能。

由图9可知，粒子表面接枝的可聚合基团增多也增加了材料的拉伸强度，这有利于作为隐形眼镜材料佩戴时及佩戴过程中抵抗更大的外力，三种实施例中制备的湿态水凝胶的断裂伸长率都大于100％，满足国家标准对隐形眼镜水凝胶材料的要求。

试验例3

对实施例9-12制备得到的高折射眼用屈光矫正材料进行测试，研究不同可聚合ZnS纳米粒加入量对所制备的屈光矫正材料性能的影响，测试方法如下：

材料的光学性能、折光率的测试方法如试验例2所述；对不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料的透光性能进行测试，测试结果如图12所示。

对不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料的折光率进行测试，测试结果如图13所示，图13为含水量和折光率的关系图。

对不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料进行力学性能测试，测试数据如表5所示；

表5不同ZnS_0.10含量吸水饱和屈光矫正材料的力学性能

兔眼佩戴生物相容性测试方法如下：

制备的30 wt％ZnS_0.10含量的屈光矫正材料浸泡在无菌生理盐水中平衡48 h，然后佩戴在眼部健康的家兔左眼(右眼不佩戴，作为对照)，每天9：00佩戴，8 h后取下，连续佩戴30天。每次佩戴结束取下，保存在无菌生理盐水中，第二日重复使用，实验过程中如有镜片破损，及时更换新隐形眼镜镜片。30天后耳缘静脉空气栓塞处死，取出眼球及其附属器，10％中性甲醛固定、洗涤与脱水、透明、浸蜡与包埋、切片、染色、封片，显微镜下观察并记录结果，如图14所示。

结果讨论：

不同ZnS_0.10含量的吸水饱和屈光矫正材料的照片如图10所示，由图10可知，当ZnS_0.10含量高达60％时，所制备的屈光矫正材料仍具有良好的透光性能。

含有30 wt％ZnS_0.10的吸水饱和隐形眼镜如图11所示；由图11可知，含有30 wt％ZnS_0.10的吸水饱和隐形眼镜具有优异的透光性能。

由图12可知，增加材料中ZnS_0.10含量轻微降低了吸水饱和的屈光矫正材料的透光性能，但增加到60 wt％时，制备的屈光矫正材料仍具有良好的透光性能。

由表5和图13可知，随着粒子加入量的增加，屈光矫正材料的含水量和断裂伸长率下降，但折光率、拉伸强度和杨氏模量提高；用粒子加入量为30 wt％配方制备的隐形眼镜含水量达到65％，折光率可达到1.42，且固化后易于脱膜，形态及性能良好。

由图14可知，制备的隐形眼镜在兔眼佩戴过程中未见明显的刺激性反应，切片观察角膜上皮层表面规则，可见2-3层复层鳞状上皮，细胞形态正常；角膜基质层胶原纤维平行有序排列；后弹力层结构均匀，未见增生；角膜内皮层单层细胞形态正常。兔眼结膜上皮层细胞形态正常、完整；固有层见纤维结缔组织网结构，未见淋巴细胞浸润、增生。材料表现出良好的兔眼生物相容性。

试验例4

对实施例13-14制备得到的高折射眼用屈光矫正材料进行测试，研究可聚合ZnS纳米粒在不同聚合物凝胶中的分散性能，测试方法如试验例2所述。

结果讨论：合成的可聚合ZnS纳米粒在聚(GMA-DMA)和聚(MMA-DMA)基质中也具有良好的分散性能，制备的材料干态和吸水饱和后都具有良好的透光性能，吸水饱和后水凝胶折光率均约为1.49。

试验例5

对实施例15-17制备得到的高折射眼用屈光矫正材料进行测试，研究可聚合ZnS粒在非DMA单体中聚合的性能，测试方法如试验例2所述。

含有50wt％可聚合ZnS纳米粒ZnS_0.15的非聚DMA屈光矫正材料(样品厚度:0.25mm)的照片如图15所示，由图15可知，本发明合成的可聚合ZnS在非DMA聚合物中仍具有良好的分散性能，特别是以pGMA和pMMA等疏水性高分子为基质，也获得了高ZnS含量的透明材料。目前文献报道的含有ZnS的杂化材料多以pDMA为基质，本发明制备的含50wt％ZnS_0.15的非DMA聚合物屈光矫正材料仍具有良好的透光性能，并且实施例15-17制备的屈光矫正材料的折光率均约为1.71。

Claims

1.一种用于制备高折射眼用屈光矫正材料的可聚合ZnS纳米粒，其特征在于，所述可聚合ZnS纳米粒是由巯基醇修饰的ZnS纳米粒经与甲基丙烯酸-2-异氰基酯反应制备得到；

所述ZnS纳米粒表面接枝有式 I 所示结构：

式 I

其中，n=2-12；m=1-5；所述可聚合ZnS纳米粒的接枝率为5-15%；

其中，制备高折射眼用屈光矫正材料的方法，包括步骤如下：

（1）聚合溶液的配置：将可聚合ZnS纳米粒超声分散于有机溶剂中，加入单体、引发剂，超声溶解，得聚合溶液；所述单体为甲基丙烯酸-β-羟基乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上的组合；

（2）屈光矫正材料的制备：将步骤（1）得到的聚合溶液加入模具中，压上模具的配套上模，确保聚合溶液内没有气泡，经热固化或光固化、脱膜、洗涤，得屈光矫正材料。

2.根据权利要求1所述的可聚合ZnS纳米粒，其特征在于，所述可聚合ZnS纳米粒的粒径为2-6nm。

3.根据权利要求1所述的可聚合ZnS纳米粒，其特征在于，步骤（1）中所述单体与引发剂的质量比为0.002:1-0.01:1，所述聚合溶液中可聚合ZnS纳米粒的质量浓度为5-60%；所述可聚合ZnS纳米粒的质量为聚合单体和可聚合ZnS纳米粒总质量的10-70 wt%。

4.根据权利要求1所述的可聚合ZnS纳米粒，其特征在于，步骤（1）中所述单体为甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N,N-二甲基丙烯酰胺的组合、甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N-乙烯基甲酰胺的组合或甲基丙烯酸-β-羟基乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮的组合中的一种；

步骤（1）中所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种。

5.如权利要求1-4任一项所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，包括步骤如下：

（1）将锌盐、巯基醇和硫脲溶于有机溶剂A中，得混合液B；在搅拌、惰性气体保护下，150-170℃下反应8-12h；经乙醇沉淀、洗涤、干燥，得巯基醇修饰的ZnS纳米粒；

（2）将步骤（1）得到的巯基醇修饰的ZnS纳米粒溶于有机溶剂C中，加入催化剂，混合均匀，得混合液D；将甲基丙烯酸-2-异氰基酯溶于有机溶剂E中，混合均匀，得混合液F；在超声和搅拌条件下，将混合液F逐滴加入到混合液D中，室温反应1-4 h；经乙醇沉淀、洗涤、干燥，得可聚合ZnS纳米粒。

6.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锌盐、巯基醇和硫脲的摩尔比为1:（1-2）:（0.5-1）；混合液B中所述锌盐的摩尔浓度为0.2-0.5mol/L。

7.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锌盐为醋酸锌、硝酸锌、硫酸锌或氯化锌中的一种；

步骤（1）中所述巯基醇为巯基乙醇、巯基丙醇、巯基丁醇、巯基戊醇、巯基己醇、巯基庚醇、巯基辛醇、巯基壬醇、巯基癸醇、巯基十一醇或巯基十二醇中的一种；

步骤（1）中所述有机溶剂A、步骤（2）中所述有机溶剂C和有机溶剂E均为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、氯仿或二甲基亚砜中的一种或两种以上的组合；所述有机溶剂A、有机溶剂C和有机溶剂E相同或不同。

8.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述巯基醇修饰的ZnS纳米粒和催化剂的质量比为1:0.005-1:0.05。

9.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）混合液D中巯基醇修饰的ZnS纳米粒的质量浓度为0.02-0.06g/mL。

10.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）混合液F中甲基丙烯酸-2-异氰基酯的质量浓度为0.005-0.015g/mL。

11.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述巯基醇修饰的ZnS纳米粒和甲基丙烯酸-2-异氰基酯的质量比为1:0.05-1:0.15。

12.根据权利要求5所述的可聚合ZnS纳米粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡或二醋酸二丁基锡中的一种；

步骤（2）中所述甲基丙烯酸-2-异氰基酯为甲基丙烯酸-2-异氰基乙酯、甲基丙烯酸-2-异氰基丙酯或甲基丙烯酸-2-异氰基丁酯中的一种或两种以上的组合。