CN111110397A - 一种自清洁人工晶状体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医用人工晶状体技术领域，特别涉及自清洁人工晶状体及其制备方法，其具体步骤是：(1)用无菌双蒸水冲洗人工晶状体材料表面，氮气流吹干；(2)利用等离子束对人工晶状体材料表面进行改性，通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面冲击产生自由基，使人工晶状体表面形成一定凸起的微纳结构；(3)利用化学气象沉积法将等离子束处理后的人工晶状体材料表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链；(4)将接枝后的自清洁人工晶状体进行环氧乙烷灭菌封装。该人工晶状体制备方法表面形成一种基于自清洁“类液”涂层，该方法能够为白内障术后维持人工晶体的光学透明度、防治后发性白内障等相关性并发症，为白内障病患的健康提供保障。

Description

一种自清洁人工晶状体及其制备方法
技术领域
本发明属于医用人工晶状体技术领域，特别涉及一种自清洁人工晶状体及其制备方法。
背景技术
现有技术中，白内障是全球主要的致盲性疾病，随着全球人口老龄化，其发病率和患病总人数都在不断增加，在全球共4500万盲人中，因白内障致盲者约占46％。目前超声乳化技术是治疗白内障疾病的主要手段之一，而人工晶状体植入术是矫正白内障摘除后最常用且最有效的手术方式。当人工晶状体植入眼内后，房水中的蛋白和细胞可粘附在其表面激活补体级联反应并促进中性粒细胞趋化，发生眼内炎症反应，进一步产生大量细胞和蛋白，在人工晶状体表面沉积、粘连形成纤维膜。此外，吸附在人工晶状体表面的蛋白分子也可引起单核细胞的侵入、粘附并分化为异物巨噬细胞，继而加重炎症反应、并驱动周边残余的晶体上皮细胞增殖、移行形成后囊膜混浊(也称后发性白内障)，影响了人工晶状体植入于眼部后的光学透明性。
目前临床上常用的人工晶状体材料因表面易粘附蛋白和细胞、或与后囊膜贴附性差，不能有效防止人工晶状体植入后炎症反应的发生，甚至出现晶体表面纤维膜和后囊膜混浊(也称后发性白内障)等相关并发症，影响患者术后视觉质量。
聚二甲基硅氧烷是一种低粘度的硅油，该聚合物链在室温下由于极低的玻璃化转变温度而处于高度流动状态，被认为是一种“液体状”涂层。因其成本相对较低，具有光学和机械性能优良、生物相容性好等优点被认为是表面涂层的理想候选材料。柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链具有“类似液体”的特性，能够使油滴的表面自由能低于聚二甲基硅氧烷(PDMS)，从而使疏水性物质可以轻松于其表面滑动。利用气相沉积法能将聚二甲基硅氧烷(PDMS)以单分子链的分子刷构型，均匀接枝于衬底表面，形成自清防污洁涂层，抑制蛋白、小分子物质、细胞和细菌等粘附、增殖。
因此，研发一种利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性单分子链接枝在人工晶状体表面形成透明的自清洁“类液”涂层的自清洁人工晶状体的制备方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种人工晶状体的制备方法，其能在人工晶状体的表面形成一种基于自清洁“类液”涂层，该方法能够为白内障术后维持人工晶体的光学透明度、防治后发性白内障等相关性并发症，为白内障病患的健康提供保障。
为了达到上述技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：
本发明所述的一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)用无菌双蒸水冲洗人工晶状体材料表面，氮气流吹干；
(2)利用等离子体清洗仪的等离子束对人工晶状体材料表面进行改性，通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面冲击产生自由基，使人工晶状体表面形成一定凸起的微纳结构；
(3)利用化学气象沉积法将等离子束处理后的人工晶状体材料表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链；
(4)将接枝后的自清洁人工晶状体进行环氧乙烷灭菌封装。
作为上述技术的进一步改进，所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯或亲水性丙烯酸酯或硅凝胶水凝胶中的一种。具体来说，所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(2)中人工晶状体表面凸起的微纳结构高度约为1-20nm。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(2)中等离子体清洗仪的功率为60W，清洗时间为10s。
作为上述技术的更进一步改进，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)的分子量为3000-10000g/mol。进一步优选的，所述PDMS原液的分子量为5000g/mol。
作为上述技术的更进一步改进，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)末端基团包括但不限于氨基、羟基。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(3)中，所述人工晶状体表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)的反应温度为80-100℃，反应时间24-72小时。进一步优选的，所述加热温度为100℃，所述加热时间为24小时。
作为上述技术的更进一步改进，所述人工晶状体表面接枝率为20％-70％。
作为上述技术的更进一步改进，所述等离子体清洗仪的功率为60W，清洗时间为10s。
本发明还公开了上述自清洁人工晶状体的制备方法制得的人工晶状体，使用时，对白内障患者实施超声乳化吸除术联合人工晶状体植入术植入自清洁人工晶状体即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述的自清洁人工晶状体的制备方法，是通过化学气象沉积法将PDMS柔性单分子链接枝在人工晶状体表面形成透明的自清洁“类液”涂层，从而制备得到一种可以抑制细胞粘附的人工晶状体，该制备方法过程简单，操作方便，条件温和，适合大规模商业化生产，制备得到的自清洁“类液”涂层人工晶状体可以有效的预防白内障术后相关并发症的产生。
(2)本发明所述的自清洁人工晶状体的制备方法，制备得到的自清洁“类液”涂层人工晶状体，利用PDMS分子链的柔软性和迁移率抑制生物分子或细胞、细菌的粘附，增强与晶状体后囊膜的贴附作用，并维持人工晶状体的光学透明性，从而达到防治后发性白内障的目的，具有安全、高效、便捷等优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明：
图1是本发明中人工晶状体的结构示意图；
图2是本发明等离子体束处理前后的人工晶状体材料表面的原子力显微镜图；
图3是本发明中人工晶状体的透光率的示意图；
图4是本发明中人工晶状体体外抗细胞粘附的荧光图。
具体实施方式
本发明所述的一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)用无菌双蒸水冲洗人工晶状体材料表面，氮气流吹干，所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯或亲水性丙烯酸酯或硅凝胶水凝胶中的一种。具体来说，所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯；
(2)利用离子体清洗仪的等离子束对人工晶状体材料表面进行改性，通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面冲击产生自由基，使人工晶状体表面形成一定凸起的微纳结构，该人工晶状体表面凸起的微纳结构有利于PDMS分子链进行共价接枝反应，人工晶状体表面凸起的微纳结构高度约为1-20nm；所述等离子体清洗仪的功率为60W，清洗时间为10s；
(3)利用化学气象沉积法将等离子束处理后的人工晶状体材料表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)的分子量为3000-10000g/mol，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)末端基团包括但不限于氨基、羟基，所述人工晶状体表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)的反应温度为80-100℃，反应时间24-72小时；所述人工晶状体表面接枝率为20％-70％；
(4)将接枝后的自清洁人工晶状体进行环氧乙烷灭菌封装。
如图1所示，本发明还公开了上述自清洁人工晶状体的制备方法制得的人工晶状体，其包括人工晶状体本体1和类液体状涂层2，使用时，对白内障患者实施超声乳化吸除术联合人工晶状体植入术植入自清洁人工晶状体即可。
本发明所述的自清洁人工晶状体的制备方法制得的人工晶状体，其具有类液体状涂层2的自清洁表面，组成类液状涂层2的聚合物链的高迁移率将固体-液体界面转移为液体-液体界面，降低滞后角，从而使液体容易结成液滴滑动，以及防止生物分子吸附于表面诱导进一步的细胞和细菌粘附，可实现良好的抗油滴粘附、抗生物分子或细胞、细菌粘附的效果。聚二甲基硅氧烷是一种低粘度的硅油，该聚合物链在室温下由于极低的玻璃化转变温度而处于高度流动状态，被认为是一种“液体状”涂层。因其成本相对较低，具有光学和机械性能优良、生物相容性好等优点被认为是表面涂层的理想候选材料。
以下通过几个实施例对本发明所述的自清洁人工晶状体的制备方法的进行具体说明：
实施例一：
一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)将疏水性丙烯酸酯人工晶状体浸泡在无菌双蒸水超声5-10分钟清洗，然后用N2流吹干。
(2)将人工晶状体放入化学气相沉积反应腔中，在真空条件下将PDMS原液气化送入反应腔体，加热至100℃反应24小时。
(3)反应结束后将PDMS修饰的人工晶状体取出，冷却至室温。
(4)将此人工晶状体进行环氧乙烷灭菌，密封保存。
如图1至图4所示，以此方法制得的人工晶状体，通过原子力显微镜检测其表面粗糙度值为1.316nm；通过静态接触角测量仪检测去离子水在人工晶状体表面的静态接触角值为51.3±0.2°。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培养皿内，然后在其表面接种人晶状体上皮细胞，在细胞培养箱内共孵育24小时后，该人工晶状体抗细胞粘附的效率为50.0％，统计学分析显示p<0.05，结果具有显著的统计学差异。
实施例2：
一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)将疏水性丙烯酸酯人工晶状体浸泡在无菌双蒸水超声5-10分钟清洗，然后用N2流吹干；
(2)将人工晶状体固定于等离子清洗机的样品台，在真空环境下通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面进行冲击产生自由基，功率为60W，作用时间为30s；将人工晶状体放入化学气相沉积反应腔中，在真空条件下将PDMS原液气化送入反应腔体，加热至100℃反应24小时；
(3)反应结束后将PDMS修饰的人工晶状体取出，冷却至室温；
(4)将此人工晶状体进行环氧乙烷灭菌，密封保存。
以此方法制得的人工晶状体，通过原子力显微镜检测其表面粗糙度值为2.518nm；通过静态接触角测量仪检测去离子水在人工晶状体表面的静态接触角值为72.0±0.3°。
进一步研究证明，将此人工晶状体置于培养皿内，然后在其表面孵育纤维蛋白、人晶状体上皮细胞或表皮葡萄球菌，共孵育24小时后，该人工晶状体抗蛋白、细胞和细菌粘附的效率为60.0％，统计学分析显示p<0.05，结果具有显著的统计学差异。
实施例3：
一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)将疏水性丙烯酸酯人工晶状体浸泡在无菌双蒸水超声5-10分钟清洗，然后用N2流吹干；
(2)将人工晶状体固定于等离子清洗机的样品台，在真空环境下通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面进行冲击产生自由基，功率为60W，作用时间为120s；然后将人工晶状体放入化学气相沉积反应腔中，在真空条件下将PDMS原液气化送入反应腔体，加热至100℃反应24小时；
(3)反应结束后将PDMS修饰的人工晶状体取出，冷却至室温；
(4)将此人工晶状体进行环氧乙烷灭菌，密封保存。
以此方法制得的人工晶状体，通过原子力显微镜检测其表面粗糙度值为2.893nm；通过静态接触角测量仪检测去离子水在人工晶状体表面的静态接触角值为79.0±0.5°。
进一步研究证明，将此人工晶状体置于培养皿内，然后在其表面孵育纤维蛋白、人晶状体上皮细胞或表皮葡萄球菌，共孵育24小时后，该人工晶状体抗蛋白、细胞和细菌粘附的效率为69.0％，统计学分析显示p<0.05，结果具有显著的统计学差异。
实施例4：
一种自清洁人工晶状体的制备方法，其具体步骤是：
(1)将疏水性丙烯酸酯人工晶状体浸泡在无菌双蒸水超声5-10分钟清洗，然后用N2流吹干；
(2)将人工晶状体固定于等离子清洗机的样品台，在真空环境下通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面进行冲击产生自由基，功率为60W，作用时间为300s；然后将人工晶状体放入化学气相沉积反应腔中，在真空条件下将PDMS原液气化送入反应腔体，加热至100℃反应24小时；
(3)反应结束后将PDMS修饰的人工晶状体取出，冷却至室温；
(4)将此人工晶状体进行环氧乙烷灭菌，密封保存。
以此方法制得的人工晶状体，通过原子力显微镜检测其表面粗糙度值为2.087nm。通过静态接触角测量仪检测去离子水在人工晶状体表面的静态接触角值为64.3±0.1°。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培养皿内，然后在其表面孵育纤维蛋白、人晶状体上皮细胞或表皮葡萄球菌，共孵育24小时后，该人工晶状体抗蛋白、细胞和细菌粘附的效率为54.0％，统计学分析显示p<0.05，结果具有显著的统计学差异。
实施例5：
(1)将疏水性丙烯酸酯人工晶状体浸泡在无菌双蒸水超声5-10分钟清洗，然后用N2流吹干；
(2)将人工晶状体固定于等离子清洗机的样品台，在真空环境下通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面进行冲击产生自由基，功率为60W，作用时间为10s；然后将人工晶状体放入化学气相沉积反应腔中，在真空条件下将PDMS原液气化送入反应腔体，加热至100℃反应24小时；
(3)反应结束后将PDMS修饰的人工晶状体取出，冷却至室温；
(4)将此人工晶状体进行环氧乙烷灭菌，密封保存。
以此方法制得的人工晶状体，通过原子力显微镜检测其表面粗糙度值为4.369nm。通过静态接触角测量仪检测去离子水在人工晶状体表面的静态接触角值为90.0±0.1°。进一步研究证明，将此人工晶状体置于培养皿内，然后在其表面孵育纤维蛋白、人晶状体上皮细胞或表皮葡萄球菌，共孵育24小时后，该人工晶状体抗蛋白、细胞和细菌粘附的效率为91.0％，统计学分析显示p<0.05，结果具有显著的统计学差异。
在实际应用方面，在透明晶状体超声乳化吸除术加人工晶状体植入手术中，将本发明的自清洁人工晶状体植入眼内，将未经PDMS修饰且外形和材料相同的商用人工晶状体植入对照组眼内。术后给予术眼抗炎治疗，并在术后第1天、第14天、第21天和第60天，通过裂隙灯显微镜观察系统对各组术眼进行观测评估。结果发现，应用自清洁“类液”涂层人工晶状体出现后囊膜混浊的概率为20％，而对照组出现后囊膜混浊的概率为80％(p<0.05)。
上述结果表明，本发明制备的具有自清洁功能的人工晶状体，能够在实际应用中有效抑蛋白、细胞和细菌在其表面的粘附，并可显著降低人工晶状体植入后后发性白内障的发生。
本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于，其具体步骤是：
(1)用无菌双蒸水冲洗人工晶状体材料表面，氮气流吹干；
(2)利用等离子体清洗仪的等离子束对人工晶状体材料表面进行改性，通入O2形成氧离子束对人工晶状体表面冲击产生自由基，使人工晶状体表面形成一定凸起的微纳结构；
(3)利用化学气象沉积法将等离子束处理后的人工晶状体材料表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链；
(4)将接枝后的自清洁人工晶状体进行环氧乙烷灭菌封装。
2.根据权利要求1所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯或亲水性丙烯酸酯或硅凝胶水凝胶中的一种。
3.根据权利要求2所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述人工晶状体材料为疏水性丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)中人工晶状体表面凸起的微纳结构高度约为1-20nm。
5.根据权利要求1所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)中等离子体清洗仪的功率为60W，清洗时间为10s。
6.根据权利要求1所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)的分子量为3000-10000g/mol。
7.根据权利要求6所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)末端基团包括但不限于氨基、羟基。
8.根据权利要求1所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：上述步骤(3)中，所述人工晶状体表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)的反应温度为80-100℃，反应时间24-72小时。
9.根据权利要求7所述的自清洁人工晶状体的制备方法，其特征在于：所述人工晶状体表面接枝率为20％-70％。
10.一种根据权利要求1至8任一项所述的自清洁人工晶状体的制备方法制得的人工晶状体。
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