CN109876188A - 一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工晶状体。该方法应能为预防后发障、提高白内障患者术后生活质量提供一种新途径。技术方案是：一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，包括以下步骤：(1)使用预先修剪成合适大小的圆形保护性薄膜片，将该薄膜片覆盖在人工晶状体的中央光学区表面；(2)配置多巴胺缓冲溶液；所述多巴胺缓冲溶液中，多巴胺的浓度为2～6mg/mL，氧化剂和还原剂的浓度均为5～20mmol/L，其余是缓冲液；(3)将人工晶状体置于上述多巴胺缓冲溶液中反应10～50分钟(4)将人工晶状体取出，移除保护性薄膜片后用超纯水冲洗3～5次；(5)将冲洗后的人工晶状体用氮气吹干，避光保存。

Description

一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种人工晶状体，尤其涉及一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法。

背景技术

白内障是一种常见的眼部疾病，主要表现为晶状体的浑浊和变性。根据世界卫生组织(WHO)在2014年的估算，全球约有9500万人受到白内障的影响。在中低等收入国家，这一疾病仍然是头号致盲原因。对于显著影响视力的白内障，目前的标准治疗手段是通过微创手术，击碎并取出已经变性浑浊的晶状体，并植入人工晶状体作为替代。

后发障是白内障手术后最常见的并发症，根据不同报道，其三年发生率大约在15～28.4％之间。术中难免会有晶状体上皮细胞残留在晶状体囊袋的赤道侧，它们会在术后增殖并迁移至后囊的内表面，造成其透明度的持续降低，使得患者的视力受损。

如果后发障已经使得患者视力显著受损，一般需要使用Nd:YAG激光切开后囊进行治疗。这一治疗手段的并发症包括短期眼内压升高、人工晶状体半脱位、黄斑囊样水肿、甚至视网膜脱离等。因此，如何预防后发障一直是世界范围内的研究热点。已有的思路包括改进手术方式、改变晶状体材料、术后药物治疗、细胞靶向治疗等。但临床数据显示，目前唯一真正能够有效预防后发障的方式是使用疏水性材料、方棱边缘的人工晶状体，而且这一方式的预防作用也依然有限。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体制备方法，该方法应能为预防后发障、提高白内障患者术后生活质量提供一种新途径。

本发明提供了以下技术方案：

一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用预先修剪成合适大小的圆形保护性薄膜片，利用其与人工晶状体材料之间的疏水及静电相互作用，将该薄膜片覆盖在人工晶状体的中央光学区表面，以防止外部液体渗入中央光学区；

(2)配置多巴胺缓冲溶液；所述多巴胺缓冲溶液中，多巴胺的浓度为2～6mg/mL，氧化剂和还原剂的浓度均为5～20mmol/L，其余是缓冲液；

(3)将人工晶状体置于上述多巴胺缓冲溶液中反应10～50分钟，从而在人工晶状体边缘的非光学区及其C形襻或板形襻表面沉积形成聚多巴胺纳米涂层；

(4)将人工晶状体取出，移除保护性薄膜片后用超纯水冲洗3～5次；

(5)将冲洗后的人工晶状体用氮气吹干，避光保存。

所述步骤(1)中，所述保护性薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚酯薄膜(BOPET)、环烯烃聚合物薄膜(COP)中的一种；进一步优选的，所述的保护性薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)。

所述步骤(2)中，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸盐、硫酸铜或硫酸亚铁中的一种。

所述步骤(2)中，所述还原剂为亚硫酸盐、硫代硫酸盐、乙醇、脂肪胺、草酸、乙二胺或葡萄糖中的一种。

所述的缓冲液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲液、磷酸盐缓冲液或碳酸盐缓冲液中的一种，pH值为7～10。

进一步优选的，所述的缓冲溶液为pH值为8～9的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲液。

进一步优选的，所述的多巴胺缓冲溶液中，多巴胺的浓度为2mg/mL，氧化剂和还原剂的浓度均为10mmol/L。

步骤(3)中，人工晶状体的反应时间为10～50分钟；随着反应时间的增加，人工晶状体非光学区表面的颜色会加深。

进一步优选的，人工晶状体的反应时间为30分钟。

所述聚多巴胺涂层厚度为2～30纳米。

一种人工晶状体预防后发障的方法，包括如下步骤：

将基于光热转换预防后发障的人工晶状体植入患眼，术后使用波长为770～880纳米的近红外激光通过瞳孔照射晶状体3～5分钟，使其升温至50-60℃即可。

作为优选，所述近红外激光的波长为808纳米。

本发明的制备方法，是通过多巴胺缓冲溶液(即氧化-还原引发体系)的反应，在人工晶状体的非光学区表面沉积形成聚多巴胺纳米涂层，从而制备得到一类具有光热效应的人工晶状体。该制备方法操作简单、反应快速、条件温和，制备得到的具有光热效应的人工晶状体可实现对后发障的有效治疗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的制备方法具有操作简单、反应快速、条件温和、对环境友好等优点；

(2)制备得到的人工晶状体具有光热转换效应，可利用激光与聚多巴胺相互作用产生的热能，进而在近红外光照射下产生光热效应，在适当范围内产生一定的细胞毒性作用，来抑制晶状体上皮细胞的增殖和迁移，从而达到治疗目的，具有精确度高、穿透性好、加热效率高、副作用少等优点。

附图说明

图1是本发明处理前后的带有C形襻的人工晶状体的示意图；其中的阴影部分表示人工晶状体边缘的非光学区及其C形襻表面已沉积形成聚多巴胺纳米涂层。

图2是本发明处理前后的带有板形襻的人工晶状体的示意图；其中的阴影部分表示人工晶状体的板形襻表面已沉积形成聚多巴胺纳米涂层。

图3是实施例1制备的人工晶状体，在制备当日及经过人工房水浸泡30日后，于近红外光照射下的升温曲线。

图4是实施例4制备的人工晶状体，在制备当日及经过人工房水浸泡30日后，于近红外光照射下的升温曲线。

具体实施方式

光热治疗，即利用激光与物质颗粒相互作用产生的热能来抑制晶状体上皮细胞的增殖和迁移，从而达到治疗目的，具有精确度高、穿透性好、加热效率高、副作用少等优点。在纳米材料的配合下，光热治疗可以使用特定波长、较低能量的激光，有效升高靶点区域的温度，可控地破坏局部细胞组织，起到治疗效果。聚多巴胺是一种具有良好的光热转换性、光稳定性和生物相容性的贻贝仿生材料，可通过沉积技术在各种生物医用材料表面形成纳米涂层，已经在既往研究中被发现可经过光热转换效应破坏肿瘤组织。本发明采用步骤简便的贻贝仿生技术将聚多巴胺均匀沉积到人工晶状体的非光学区表面，制作出一类具有光热治疗功能的人工晶状体。

以下通过具体实施例进一步说明。

实施例1

依次往pH＝8.5的100mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲液中加入150mg葡萄糖、200mg多巴胺盐酸盐和300μL过氧化氢，配制成多巴胺缓冲溶液。将已用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜遮盖光学区的人工晶状体(带有C形襻)置于上述多巴胺缓冲溶液中反应，用恒温摇床在室温下匀速振荡30分钟后取出，除去表面的PDMS薄膜，用超纯水冲洗3～5次后，用氮气吹干，避光保存。

以此方法制得的具有光热转换功能的人工晶状体，如图3所示，在波长为808nm的近红外光照射下，其非光学区可在3分钟内快速升温至约50℃。关闭近红外光照射，人工晶状体非光学区的温度逐步下降到室温。再次用波长为808nm的近红外光照射，其非光学区依然可在3分钟内快速升温至约50℃。这一升温降温过程在10次循环测试后保持一致，且其光热转换效率在模拟房水环境中长期浸泡后依然稳定(30天后的光热转换效率基本不变)。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培育有角膜上皮细胞的培养皿上，予以相同的近红外光照射，可有效杀灭其覆盖区域88.0％的角膜上皮细胞，统计学分析显示p<0.01，表示具有显著统计学差异。

实施例2

依次往pH＝8.5的100mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液中加入15mg亚硫酸钠、200mg多巴胺盐酸盐和20mg过硫酸钾，配制成多巴胺缓冲溶液。将已用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜遮盖光学区的人工晶状体(带有板形襻)置于上述多巴胺缓冲溶液中反应，用恒温摇床在室温下匀速振荡10分钟后取出，除去表面的PDMS薄膜，用超纯水冲洗3～5次后，用氮气吹干，避光保存。

以此方法制得的具有光热转换功能的人工晶状体，可在波长为808nm的近红外光照射下，使其非光学区4分钟内快速升温至约55℃。关闭近红外光照射，人工晶状体非光学区的温度逐步下降到室温。再次用波长为808nm的近红外光照射，其非光学区依然可在4分钟内快速升温至约55℃。这一升温降温过程在10次循环测试后保持一致，且其光热转换效率在模拟房水环境中长期浸泡后依然稳定。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培育有角膜上皮细胞的培养皿上，予以相同的近红外光照射，可有效杀灭其覆盖区域92.0％的角膜上皮细胞，统计学分析显示p<0.05，表示具有显著统计学差异。

实施例3

依次往pH＝8.5的100mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液中加入125mg五水硫酸铜、200mg多巴胺盐酸盐和200μL过氧化氢，配制成多巴胺缓冲溶液。将已用聚酰亚胺薄膜遮盖光学区的人工晶状体(带有C形襻)置于上述多巴胺缓冲溶液中反应，用恒温摇床在室温下匀速振荡20分钟后取出，除去表面的PDMS薄膜，用超纯水冲洗3～5次后，用氮气吹干，避光保存。

以此方法制得的具有光热转换功能的人工晶状体，可在波长为808nm的近红外光照射下，使其非光学区4分钟内快速升温至约60℃。关闭近红外光照射，人工晶状体非光学区的温度逐步下降到室温。再次用波长为808nm的近红外光照射，其非光学区依然可在4分钟内快速升温至约60℃。这一升温降温过程在10次循环测试后保持一致，且其光热转换效率在模拟房水环境中长期浸泡后依然稳定(30天后的光热转换效率仅降低1％左右)。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培育有角膜上皮细胞的培养皿上，予以相同的近红外光照射，可有效杀灭其覆盖区域98.0％的角膜上皮细胞，统计学分析显示p<0.01，表示具有显著统计学差异。

实施例4

依次往pH＝8.5的100mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液中加入200μL乙二胺、200mg多巴胺盐酸盐和50mg过硫酸铵，配制成多巴胺缓冲溶液。将已用聚酯薄膜遮盖光学区的人工晶状体(带有板形襻)置于上述多巴胺缓冲溶液中反应，用恒温摇床在室温下匀速振荡15分钟后取出，除去表面的PDMS薄膜，用超纯水冲洗3～5次后，用氮气吹干，避光保存。

以此方法制得的具有光热转换功能的人工晶状体，在波长为808nm的近红外光照射下，如图4所示，其非光学区3分钟内快速升温至约45℃。关闭近红外光照射，人工晶状体非光学区的温度逐步下降到室温。再次用波长为808nm的近红外光照射，其非光学区依然可在3分钟内快速升温至约45℃。这一升温降温过程在10次循环测试后保持一致，且其光热转换效率在模拟房水环境中长期浸泡后依然稳定。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培育有角膜上皮细胞的培养皿上，予以相同的近红外光照射，可有效杀灭其覆盖区域80.0％的角膜上皮细胞，统计学分析显示p<0.01，表示具有显著统计学差异。

实施例5

依次往pH＝8.5的100mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液中加入10mg亚硫酸钠、200mg多巴胺盐酸盐和15mg过硫酸钠，配制成多巴胺缓冲溶液。将已用环烯烃聚合物薄膜遮盖光学区的人工晶状(带有C形襻)体置于上述多巴胺缓冲溶液中反应，用恒温摇床在室温下匀速振荡10分钟后取出，除去表面的PDMS薄膜，用超纯水冲洗3～5次后，用氮气吹干，避光保存。

以此方法制得的具有光热转换功能的人工晶状体，可在波长为808nm的近红外光照射下，4分钟内快速升温至约50℃。关闭近红外光照射，人工晶状体非光学区的温度逐步下降到室温。再次用波长为808nm的近红外光照射，其非光学区依然可在4分钟内快速升温至约50℃。这一升温降温过程在10次循环测试后保持一致，且其光热转换效率在模拟房水环境中长期浸泡后依然稳定。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培育有角膜上皮细胞的培养皿上，予以相同的近红外光照射，可有效杀灭其覆盖区域91.0％的角膜上皮细胞，统计学分析显示p<0.05，表示具有显著统计学差异。

实际使用时，在白内障手术中将本发明的基于光热转换预防后发障的人工晶状体植入应用组患眼、将材料及外形相同但未经处理的商用人工晶状体植入对照组患眼，术后给予局部抗炎治疗，并分别在术后第3天、第7天、第14天、第21天及第28天使用波长为808nm的近红外激光通过瞳孔照射各术眼内的人工晶状体3～5分钟，最后于术后第30天观察对比应用组与对照组的术眼情况。结果表明，应用组术眼在白内障术后出现后囊膜浑浊的概率为20％，而对照组术眼后囊膜浑浊的发生率为90％(p<0.01)，且应用组术眼出现前房渗出、血液-房水屏障破坏等术后炎症反应的概率也相应地有所下降。

这表明，本发明制备的基于光热转换预防后发障的人工晶状体，能在实际应用中抑制术中残留的晶状体上皮细胞增殖迁移，有效预防后发障的发生。

Claims (10)

1.一种基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用圆形保护性薄膜片遮盖人工晶状体的中央光学区；

(2)配置多巴胺缓冲溶液；所述多巴胺缓冲溶液中，多巴胺的浓度为2～6mg/mL，氧化剂和还原剂的浓度均为5～20mmol/L，其余是缓冲液；

(3)将人工晶状体置于上述多巴胺缓冲溶液中反应10～50分钟，从而在人工晶状体边缘的非光学区及其C形襻或板形襻表面沉积形成聚多巴胺纳米涂层；

(4)将人工晶状体取出，移除保护性薄膜片后用超纯水冲洗3～5次；

(5)将冲洗后的人工晶状体用氮气吹干，避光保存。

2.根据权利要求1所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述保护性薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、环烯烃聚合物薄膜中的一种。

3.根据权利要求2所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸盐、硫酸铜或硫酸亚铁中的一种。

4.根据权利要求3所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述还原剂为亚硫酸盐、硫代硫酸盐、乙醇、脂肪胺、草酸、乙二胺或葡萄糖中的一种。

5.根据权利要求4所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述的缓冲液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液或碳酸盐缓冲液中的一种，pH值为7～10。

6.根据权利要求5所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述的缓冲溶液为pH值为8～9的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液。

7.根据权利要求6所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述的多巴胺缓冲溶液中，多巴胺的浓度为2mg/mL，氧化剂和还原剂的浓度均为10mmol/L。

8.根据权利要求7所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，人工晶状体的反应时间为30分钟。

9.根据权利要求8所述的基于光热转换预防后发障的人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述聚多巴胺涂层厚度为2～30纳米。

10.采用权利要求9所述人工晶状体预防后发障的方法，包括如下步骤：

将基于光热转换预防后发障的人工晶状体植入患眼，术后使用波长为770～880纳米的近红外激光通过瞳孔照射晶状体3～5分钟，使其升温至50-60℃即可。