CN112107734A - 一种软性多孔硅胶义眼座及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软性多孔硅胶义眼座及其制备方法。采用硅胶材料制备，具有高孔隙率的相互贯穿的多孔结构，其表面及内部的微观孔均匀分布且互相连通；在半球形聚四氟乙烯模具中先后加入一半用量的明胶微粒，用乙醇水溶液渗透，恒温烘干粘结成型，将硅胶预聚物与交联剂混合，机械搅拌下混合均匀，获得硅胶预聚物混合物；负压硅胶预聚物混合物导入球形明胶模板交联固化，恒温水浴去除模板得到软性多孔硅胶义眼座。本发明纯硅胶义眼座生物相容性和生物稳定性好，具有可控的孔径，良好的孔连通性，极高的孔隙率，通过结构和力学性能优化提高植入物存活率，降低术后并发症；且方法简单材料成本低。

Description

一种软性多孔硅胶义眼座及其制备方法

技术领域

本发明属于一种医用植入材料，涉及功能性组织工程支架材料的设计和构建方法，具体的说是一种软性的多孔硅胶义眼座及其制备方法。

背景技术

功能性组织工程(FTE)是一个新型领域，强调机械应力对于构建组织工程复合物的重要性以及对体内组织重塑的影响。即使在不承重的组织和器官，细胞和材料支架之间的生物力学和机械生物学对调节细胞\组织行为至关重要。理解物理因素在调节细胞生长、分化和代谢的作用，在影响组织\器官损伤修复转归中具有重要意义，也成为功能性组织工程的重要研究热点。

临床工作中，外伤导致的眼球不可逆损伤、眼球萎缩、眼内肿瘤、严重的眼内感染、青光眼绝对期等常需要进行眼球摘除手术治疗，术后患者因眼眶容积丢失而出现明显眼眶凹陷。义眼座的植入是弥补眶内容积缺失、改善患者容貌的理想方案。在过去的几十年里，各种的义眼座如玻璃/硅胶、多孔聚乙烯(Medpor)、生物陶瓷和可注射眼眶植入物被开发并用于眼球摘除术后。从简单的无孔聚合物球发展到具有更复杂的形状和功能。然而，实心硅胶和玻璃球体在植入后容易在肌锥内移位，引起眶内软组织再分布，导致上眶凹陷，义眼片定配效果不佳等问题；同时可诱导严重的纤维包裹，免疫排异，引起植入物挤出。Medpor和羟基磷灰石(HA)是目前临床上最常用的两种义眼座，它们具有与宿主组织结合的能力，在植入眼眶后，新生血管及纤维结缔组织沿微孔从外周向中央浸润，逐渐实现眼座血管化。但Medpor血管化缓慢，存在感染风险；HA成本高，表面粗糙容易引起结膜组织磨损，变薄，从而导致眼座暴露；同时，两种材料均具有很高的杨氏模量，与原有眼球组织模量不匹配，植入后容易对眶内软组织形成压迫，引起炎症和暴露。

随着功能性组织工程的发展，基于眼球特殊生物力学特征构建新一代更具顺应性的硅胶多孔义眼座，实现植入物与眼眶内容物力学匹配，尽可能减少生物力学因素引起的对眶内组织的副作用。理想的义眼座要求具有良好的生物相容性，匹配的力学强度和微结构及生物稳定性。

发明内容

为了克服背景技术中现有义眼座存在的问题，本发明目的在于提供一种软性多孔硅胶义眼座及其制备方法，解决了通常义眼座无法满足非刚性材质且同时材料要求高的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一、一种软性多孔硅胶义眼座：

所述的义眼座采用纯硅胶材料制备，具有高孔隙率的相互贯穿的多孔结构，其表面及内部的微观孔均匀分布且互相连通。

所述的义眼座为直径15-24mm的软性球状体，杨氏模量为20-100KPa，接近眼球固有模量。

本发明的创新性对特定硅胶材料进行特殊制备获得了接近眼球的软性多孔义眼座。

所述的软性多孔硅胶义眼座为球形。

所述的软性多孔硅胶义眼座的孔隙率为80-90％，微观孔尺寸为180-650μm，且表面及内部的微观孔互相交通。

所述的软性硅胶多孔义眼座具有良好弹性和顺应性，形状为球形。

采用的硅胶材料不可降解，可作为长期植入材料，提供稳定的眼眶支撑。

所述的硅胶是交联固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，由硅胶预聚物和交联剂以质量比例5:1～30:1的混合物交联固化而成。

所述的软性硅胶多孔义眼座采用以下方法而成：将标准筛筛选的粒径为180-650μm明胶微粒制备成直径15-24mm的球形模板；将硅胶预聚物和交联剂比例为5：1至30:1的预聚物混合物导入球形模板，高温交联，再将明胶模板除去获得具有高连通性超高孔隙率的软性硅胶球。

二、一种软性多孔硅胶义眼座的制备方法：

1)在半球形聚四氟乙烯模具中加入所需用量的明胶微粒，所需用量的明胶微粒为软性多孔硅胶义眼座球体的一半，注入体积浓度为85％的乙醇水溶液，彻底渗透所有明胶微粒，40℃恒温烘干粘结成型，然后将粘结成型的半球形模板取出作为上半球形明胶模板；

2)再在半球形模具中加入加满等量明胶微粒，所需用量的明胶微粒为软性多孔硅胶义眼座球体的一半，已经粘结的半球形明胶模板倒置在半球形模具的明胶微粒上对合，从半球形明胶模板上方再次倒入85％的乙醇溶液，渗透所有已粘结的半球形明胶模板和未粘结的明胶微粒，二次粘结组装取出得到所需尺寸大小的球形明胶模板；

3)接着将不同质量比的硅胶预聚物与交联剂混合，机械搅拌下混合均匀，5000rpm/min高速离心15min排除气体，获得硅胶预聚物混合物；最后在负压条件下将硅胶预聚物混合物导入球形明胶模板中，交联固化，然后恒温水浴中浸泡，除去球形明胶模板，得到软性多孔硅胶义眼座。

本发明上述交联固化的制备原理和情况是由硅胶物聚体混合物中的聚二甲基硅氧烷预聚物和带乙烯基侧链的预聚物在铂催化剂的作用下，乙烯基与硅氢键发生氢化硅烷化反应，从而形成三维网络结构。

方法实施前，用标准筛分级明胶微粒，得到明胶微粒的粒径范围为180-650μm。

所述步骤3)中，硅胶预聚物混合物是由硅胶预聚物与固化剂以5：1至30：1的质量比例混合反应交联形成的共聚物硅胶材料。

具体实施中，硅胶预聚物采用RTV 615 A/B kit(Momentive)，包括2个组分：预聚物A和交联剂B，A的主要成分是聚二甲基硅氧烷预聚物及微量铂催化剂，B的成分是带乙烯基侧链的预聚物及交联剂聚二甲基含氢硅氧烷。通过控制A：B的组分比例，可以控制硅胶的力学性能

所述步骤3)中，负压条件下保持30min，将硅胶预聚物混合物充分导入球形明胶模板中，70-80℃交联固化1-4h，然后冷却至常温，浸泡于去离子水中，每5h更换去离子水，37-40℃恒温水浴中保持2d，除去明胶模板，得到软性多孔硅胶义眼座。

本发明所述的软性多孔硅胶义眼座能够应用于先天性无眼球和眼球摘除术后的重建。

本发明采用具有生物活性的特定明胶颗粒作为致孔剂，根据义眼座大小取料，组装成球形模板。通过硅胶预聚物混合物渗透、原位交联、除致孔剂制备成软性的多孔硅胶义眼座。这种纯硅胶义眼座生物相容性和生物稳定性好，具有可控的孔径，良好的孔连通性，极高的孔隙率(～90％)，可快速血管化，被宿主整合；同时，表观密度低(0.4-0.6g/cm3)，机械强度与正常眼球匹配，约20-100KPa，可适应并支撑眼眶软组织。

本发明在硅胶材料中利用特定粒径的明胶颗粒进行制备，引入超高孔隙率来降低硅胶本体材料的弹性，获得可独立于生物活性因子并能有效引导有功能组织内生长、实现快速血管化的新型义眼座。

同时本发明采用明胶颗粒制备克服了传统致孔剂存在的孔连通性差和致孔剂残留毒性的问题。

本发明具有良好生物相容性，匹配力学强度和微结构及生物稳定性。

本发明的优点和有益效果具体是：

本发明的软性多孔硅胶义眼座的原材料生物相容性好、易于获得、成本低廉，且制备方法简便，所构建的义眼座可用于眼眶容积的补充和维持，是功能性组织工程在无眼球眼眶重建的首次尝试，具有良好的应用前景。具体体现在：

1)在组成上，以生物相容性佳、不可降解的硅胶为本体材料，有利于义眼座保持稳定的体积，在眼眶内提供长期的支撑，同时成本低廉，易于获得。

2)在微结构上，以互相粘结的明胶微粒球为模板，在硅胶材料内部引入超高的孔隙率，并且相邻孔道贯通，有利于细胞迁移、纤维血管内生长从，实现宿主组织整合。

3)在生物学效应上，通过引入孔隙结构大大降低硅胶眼座的模量，模量接近眼球固有模量，在植入后减少了对周围软组织的压迫，从而减少脂肪组织再分布、进行性萎缩，结膜变薄等远期并发症；软性的眼座材料与纤维血管组织模量差下降，减少成纤维细胞激活，减缓纤维包裹，促进血管化进程。

4)在可操作性上，明胶微粒的粘性和生物活性减少了孔连通性不良和其他致孔剂残留毒性的问题；硅胶材料的化学稳定性适用于高温、高压、环氧乙烷等多种灭菌方式处理；眼座极佳的韧性在手术操作中可将眼外肌直接缝合于眼座，恢复其生理附着位点，促进义眼座活动性，尽可能恢复原有眼眶解剖结构。

附图说明

图1是本发明的软性多孔硅胶眼座示意图；

图2是本发明的软性多孔硅胶眼座与Medpor眼座的孔隙率；

图3是扫描电镜拍摄的硅胶眼座微观形貌图；

图4是本发明的硅胶眼座应力-应变曲线图；

图5是共聚焦显微镜拍摄的硅胶眼座内皮细胞化图；

图6是纤维蛋白凝胶修饰的硅胶眼座扫描电镜图；

图7是硅胶义眼座原位植入兔眼球摘除模型1月后眼眶结构及组织切片图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

实施例1：

1)用180-280μm的标准筛获得粒径范围为180-280μm的明胶微粒，将该明胶微粒加满直径为15mm的半球形聚四氟乙烯模板，加入85％乙醇溶液至渗透完全，40℃恒温烘干获得半球形模板，二次粘结组装后获得直径为15mm的明胶微粒球形模板。

2)将硅胶预聚物与固化剂以10：1的比例混合均匀，高速离心脱去预聚物混合物中气体，负压下导入步骤1)中获得的明胶模板。80℃固化1h，自然冷却，浸泡于去离子水中，每5h更换去离子水，37-40℃恒温水浴中保持2d，除去明胶模板，得到软性多孔硅胶义眼座。

如附图1所示外观，硅胶眼座为球形、具有多孔结构，孔隙率高(图2)，且孔连通性良好(图3A:孔径180-280，图3B：孔径280-450)。经万能力学试验机检测发现实施例1硅胶义眼座的弹性模量为53.1KPa，与眼球力学性能相似。

本实施例软性多孔硅胶义眼座产物经应力-应变测试，获得结果如4所示，图中可见多孔硅胶材料具有良好的弹性，随着应力增加材料应变缓慢增加，发生弹性形变，外力撤销后，材料立即恢复初始形态，未见明显塑性形变。

本实施例的共聚焦显微镜拍摄的硅胶眼座内皮细胞化结果如图5所示，图中可见内皮细胞能够在支架表面黏附、增殖，并迁移至孔壁内部，最终形成致密的内皮细胞层，完成支架的内皮细胞化。

上述可见，硅胶义眼座细胞相容性佳，可支持人脐静脉内皮细胞黏附与增值，有利于义眼座材料的快速内皮细胞化，对眼座血管化具有重要意义。

实施例2

制备方法同实施例1，区别在于：将步骤1)中的明胶颗粒粒径改为280-450μm，步骤2)中硅胶预聚物与固化剂比例调整为5:1,通过改变致孔剂大小、预聚体与固化剂比例调控硅胶眼座孔径大小(图3A，图3B)及力学性能。

实例3

制备方法同实施例1，区别在于：基于硅胶眼座内部结构，将40mg/mL的纤维蛋白原溶液导入眼座内部孔结构，加入工作浓度为25U/mL的凝血酶，37℃下交联1小时，冷冻干燥，可获得纤维蛋白修饰的硅胶眼座(图6)。

动物实验测试

本发明选用清洁级雄性新西兰白兔，重量2.5—3.0Kg，由浙江大学医学动物实验中心提供，所有动物实验操作均遵守浙江大学医学院动物实验伦理学规定。戊巴比妥纳30mg/Kg实施耳缘静脉注射麻醉，常规消毒铺巾。手术摘除兔眼球，植入本发明实施例1义眼座(直径15mm)，将直肌缝合固定于硅胶眼座上，分层缝合结膜及结膜下组织。术后每天滴加氧氟沙星眼药水消炎，术后1个月观察义眼座植入后眼眶饱满度，结膜囊结构，义眼座内部组织增殖情况与血管化情况。

试验结果表明本发明提供的软性硅胶多孔义眼座具有较好的移植性能，操作方便。植入1月后，手术眼眼眶饱满，结膜囊结构正常。硅胶眼座内部可见广泛的纤维血管组织长入，血管化程度达79％，纤维包裹及炎症反应轻微，提示义眼座生物相容性佳，血管化效率高(图7)。

由此可见，本发明义眼座通过结构和力学性能优化提高植入物存活率，降低术后并发症；且制备方法简单，材料成本低，具有良好的临床应用价值。

Claims (7)

1.一种软性多孔硅胶义眼座，其特征在于：

所述的义眼座采用硅胶材料制备，具有高孔隙率的相互贯穿的多孔结构，其表面及内部的微观孔均匀分布且互相连通。

2.根据权利要求1所述的软性多孔硅胶义眼座，其特征在于：

所述的软性多孔硅胶义眼座为球形。

3.根据权利要求1所述的软性多孔硅胶义眼座，其特征在于，

所述的软性多孔硅胶义眼座的孔隙率为80-90％，微观孔尺寸为180-650μm，且表面及内部的微观孔互相交通。

4.根据权利要求1-3任一所述的软性多孔硅胶义眼座的制备方法，其特征在于：方法包括以下步骤：

1)在半球形聚四氟乙烯模具中加入所需用量的明胶微粒，注入体积浓度为85％的乙醇水溶液，彻底渗透所有明胶微粒，40℃恒温烘干粘结成型，然后将粘结成型的半球形模板取出作为上半球形明胶模板；

2)再在半球形模具中加入等量明胶微粒，已经粘结的半球形明胶模板倒置在半球形模具的明胶微粒上对合，从半球形明胶模板上方再次倒入85％的乙醇溶液，渗透所有已粘结的半球形明胶模板和未粘结的明胶微粒，二次粘结组装取出得到所需尺寸大小的球形明胶模板；

3)接着将不同质量比的硅胶预聚物与交联剂混合，机械搅拌下混合均匀，5000rpm/min高速离心15min排除气体，获得硅胶预聚物混合物；最后在负压条件下将硅胶预聚物混合物导入球形明胶模板中，交联固化，然后恒温水浴中浸泡，除去球形明胶模板，得到软性多孔硅胶义眼座。

5.根据权利要求4所述的软性多孔硅胶义眼座的制备方法，其特征在于：

方法实施前，用标准筛分级明胶微粒，得到明胶微粒的粒径范围为180-650μm。

6.根据权利要求4所述的软性多孔硅胶义眼座的制备方法，其特征在于：

所述步骤3)中，硅胶预聚物混合物是由硅胶预聚物与固化剂以5：1至30：1的质量比例混合反应交联形成的共聚物。

7.根据权利要求4所述的软性多孔硅胶义眼座的制备方法，其特征在于：

所述步骤3)中，负压条件下保持30min，将硅胶预聚物混合物充分导入球形明胶模板中，70-80℃交联固化1-4h，然后冷却至常温，浸泡于去离子水中，每5h更换去离子水，37-40℃恒温水浴中保持2d，除去明胶模板，得到软性多孔硅胶义眼座。

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