CN113577385A - 一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体及其制备方法，该多层抗凝分子修饰的人工晶状体表面首先经过硅烷偶联剂处理获得氨基化表面，再由多巴胺自聚合形成聚多巴胺层，聚多胺层与氨基化表面可实现共价键固定；再将肝素以共价键的形式固定于材料表面，并通过不同带电离子的吸附作用，在材料表面通过交替静电自组装构建多层肝素层。该多层抗凝分子修饰的人工晶状体表面肝素的接枝量大，因而具有高生物相容性，并具有优异的抗凝和抗细胞粘附性能。

Description

一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用植入材料及器械表面修饰技术领域，尤其涉及一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体及其制备方法。
背景技术
在临床上，人工晶状体主要用于治疗白内障和屈光不正，制备人工晶状体的材料主要是疏水性丙烯酸酯、亲水性丙烯酸酯、硅胶等，这些材料制备的人工晶状体在植入人眼后都会存在一定的异物反应，在眼内环境的相互作用下与眼内组织不相容而引起有害变化，因此开发生物相容性良好的人工晶状体是必要的。
目前主要通过表面改性来提高人工晶状体的生物相容性和抗蛋白质和细胞粘附性。表面改性的方法主要分为两类，一类是单纯表面处理，不引入新的分子，仅改变表面物理结构和化学成分；一类是表面修饰，包括涂层、沉积、接枝等。表面改性主要涉及的核心技术包括等离子体技术、表面涂层、紫外光技术、化学接枝等，化学接枝相对复杂，且接枝量较小，但有利于获得稳定且持久的表面，等离子技术、表面涂层等技术操作相对简单，但在储存及运输过程中易发生失效等问题。中国专利CN 103948965A“一种表面改性的人工晶状体及表面改性方法”，在人工晶状体表面接枝MPC-丙烯酸衍生物共聚物，提高了软性疏水性丙烯酸酯人工晶状体的生物活性，实现了一定的抗蛋白质和细胞黏附。但表面亲水化改性的人工晶状体存在表面修饰过程复杂繁琐，接枝量少，在导致人工晶状体成本增加的同时，也容易对人工晶状体的使用性能造成不良的影响。
因此，通过一种简单的方法实现生物相容性好，且能有效抗蛋白质和细胞黏附的人工晶状体重要的研究意义和经济价值。
发明内容
基于现有人工晶状体表面改性技术存在表面改性物质接枝量少，且不能有效实现抗蛋白质和细胞粘附的问题，本发明提供了一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体。该多层抗凝分子修饰的人工晶状体表面修饰有一层聚多巴胺基体层及多个生物大分子-肝素自组装层，肝素的接枝量大，能够有效提高人工晶状体表面的生物相容性，且具有抗凝和抗细胞粘附的作用。
本发明的另一目的在于提供上述多层抗凝分子修饰的人工晶状体的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，该人工晶状体首先经硅烷偶联剂处理获得氨基化表面，再修饰一层聚多巴胺层和n个带正电生物大分子-肝素双分子层；
其中n≥2，且n为正整数。
多巴胺是海洋贻贝粘附蛋白的关键成分，人工晶状体材料浸没于多巴胺溶液中即可形成附着力强的聚多巴胺层，通过硅烷偶联剂的引入，可使聚多巴胺层在人工晶状体表面附着得更稳定；而聚多巴胺层富含易被氧化的邻苯二酚，可与肝素中的氨基发生迈克尔加成反应，将肝素以共价键的形式固定于材料表面，并通过不同带电离子的吸附作用，在材料表面通过静电自组装构建多层肝素层。
本发明以附着力强的聚多巴胺层为连接，将肝素稳定地固定在材料表面，且操作简单，解决了传统化学接枝过程复杂的问题及简单涂覆易失效的问题，同时通过离子吸附作用，构建多层肝素层，增大了肝素的接枝量，制备了具有高生物相容性和抗细胞粘附性能的人工晶状体。
优选地，所述人工晶状体为亲水性人工晶状体。
优选地，所述带正电生物大分子为聚多赖氨酸或胶原中的至少一种。
优选地，所述2≤n≤9。
本发明提供一种上述多层抗凝分子修饰的人工晶状体的制备方法，包括以下步骤：
S1：将人工晶状体置于多元醇与硅烷偶联剂的复配液中，充分冲洗并干燥，获得具有氨基化表面的人工晶状体；
S2：将上述处理后的人工晶状体置于多巴胺溶液中，充分冲洗并干燥，获得具有聚多巴胺表面的人工晶状体；
S3：将上述处理后的人工晶状体先后置于肝素溶液和带正电生物大分子溶液中，重复(n-1)次，得到n个带正电生物大分子-肝素双分子层，最后再置于肝素溶液中，使得最外层为肝素层，充分冲洗并干燥，即得所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
优选地，S1中所述多元醇为乙二醇；所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂；所述多元醇与硅烷偶联剂的用量体积比为10～20:1。
进一步优选地，所述氨基硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷或氨乙基三甲氧基硅烷。
优选地，S2中所述多巴胺溶液的浓度为10～20mmol/L，pH值为8～9。
优选地，S3的具体步骤为：将肝素溶液滴加到上述处理后的人工晶状体表面，充分冲洗并用氮气吹干，再浸入带正电生物大分子溶液中，氮气吹干，重复(n-1)次，得到n个带正电生物大分子-肝素双分子层；最后再滴加一次肝素溶液，使得最外层为肝素层，充分冲洗并干燥，即得所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
进一步优选地，S3中所述肝素溶液的浓度为5～10g/L，pH值为3.5～4.5。
进一步优选地，S3中所述带正电生物大分子溶液的浓度为2～3g/L。
进一步优选地，S3中所述肝素溶液和带正电生物大分子溶液处理人工晶状体的时间各自独立地为10～20min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以附着力强的聚多巴胺层为连接，将肝素稳定地固定在人工晶状体表面，且操作简单，解决了传统化学接枝过程复杂的问题及简单涂覆易失效的问题，同时通过静电自组装作用，构建多层肝素层，增大了肝素的接枝量，所制备表面改性人工晶状体具有高生物相容性且具有优异的抗细胞黏附性能。
附图说明
图1为未经表面改性的人工晶状体的细胞吸附SEM图；
图2为实施例1中表面改性后的人工晶状体细胞吸附SEM图(A)及其37℃储存6个月后样品的细胞吸附SEM图(B)；
图3为对比例1中未经硅烷偶联剂处理的人工晶状体的细胞吸附SEM图(A)及37℃储存6个月后样品的细胞吸附SEM图(B)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其制备方法包括以下步骤：
S1：取干净并烘干的亲水性人工晶状体置于乙二醇与氨丙基三乙氧基硅烷的复配液中，乙二醇与硅烷偶联剂的体积比为20:1，室温下反应5h后，取出并用PBS溶液充分冲洗，氮气吹干并充分干燥；
S2：将充分干燥的人工晶状体浸入浓度为20mmol/L的多巴胺Tris(pH＝8.5)溶液中，20℃下反应24h，反应后的样品用PBS溶液冲洗多次，充分干燥；
S3：将5g/L肝素溶液(pH＝4)滴加到样品表面，15min后使用PBS溶液充分冲洗并用氮气吹干，再将人工晶状体浸入2g/L胶原溶液中15min，氮气吹干，再重复上述过程8次，完成9个双分子层的组装；最后再滴加一次上述肝素溶液，使得最外层为肝素层，即得多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
实施例2
本实施例提供一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其制备方法包括以下步骤：
S1：取干净并烘干的亲水性人工晶状体置于乙二醇与氨丙基三甲氧基硅烷的复配液中，乙二醇与硅烷偶联剂的体积比为10:1，室温下反应5h后，取出并用PBS溶液充分冲洗，氮气吹干并充分干燥；
S2：将充分干燥的人工晶状体浸入浓度为20mmol/L的多巴胺Tris(pH＝8.5)溶液中，20℃下反应24h，反应后的样品用PBS溶液冲洗多次，充分干燥；
S3：将10g/L肝素溶液(pH＝4)滴加到样品表面，15min后使用PBS溶液充分冲洗并用氮气吹干，再将人工晶状体浸入2g/L胶原溶液中15min，氮气吹干，再重复上述过程8次，完成9个双分子层的组装；最后再滴加一次上述肝素溶液，使得最外层为肝素层，即得多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
实施例3
本实施例提供一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其制备方法包括以下步骤：
S1：取干净并烘干的亲水性人工晶状体置于乙二醇与氨丙基三乙氧基硅烷的复配液中，乙二醇与硅烷偶联剂的体积比为20:1，室温下反应5h后，取出并用PBS溶液充分冲洗，氮气吹干并充分干燥；
S2：将充分干燥的人工晶状体浸入浓度为10mmol/L的多巴胺Tris(pH＝8)溶液中，20℃下反应24h，反应后的样品用PBS溶液冲洗多次，充分干燥；
S3：将5g/L肝素溶液(pH＝4)滴加到样品表面，15min后使用PBS溶液充分冲洗并用氮气吹干，再将人工晶状体浸入2g/L聚多赖氨酸溶液中15min，氮气吹干，再重复一次上述过程，完成2个双分子层的组装；最后再滴加一次上述肝素溶液，使得最外层为肝素层，即得多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
实施例4
本实施例提供一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其制备方法包括以下步骤：
S1：取干净并烘干的亲水性人工晶状体置于乙二醇与氨丙基三甲氧基硅烷的复配液中，乙二醇与硅烷偶联剂的体积比为10:1，室温下反应5h后，取出并用PBS溶液充分冲洗，氮气吹干并充分干燥；
S2：将充分干燥的人工晶状体浸入浓度为10mmol/L的多巴胺Tris(pH＝8.5)溶液中，20℃下反应24h，反应后的样品用PBS溶液冲洗多次，充分干燥；
S3：将10g/L肝素溶液(pH＝4)滴加到样品表面，15min后使用PBS溶液充分冲洗并用氮气吹干，再将人工晶状体浸入2g/L的聚多赖氨酸溶液中15min，氮气吹干，再重复一次上述过程，完成2个双分子层的组装；最后再滴加一次上述肝素溶液，使得最外层为肝素层，即得多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
对比例1
本对比例提供一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其制备方法包括以下步骤：
S1：将充分干燥的人工晶状体浸入浓度为20mmol/L的多巴胺Tris(pH＝8.5)溶液中，20℃下反应24h，反应后的样品用PBS溶液冲洗多次，充分干燥；
S2：将5g/L肝素溶液(pH＝4)滴加到样品表面，15min后使用PBS溶液充分冲洗并用氮气吹干，再将晶体放入2g/L胶原溶液中15min，氮气吹干，再重复8次上述过程，完成9个双分子层的组装；最后再滴加一次上述肝素溶液，使得最外层为肝素层，即得多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
性能测试与结果分析
取1mL新鲜绵羊血滴于上述制备的改性人工晶状体表面，于37℃下放置0.5h，用PBS溶液清洗，除去未吸附的细胞，用2.5％的戊二醛/PBS溶液固定0.5h后，用PBS溶液清洗，用乙醇脱水，干燥后喷金，使用SEM观察人工晶状体表面细胞吸附。
图2为实施例1中表面改性后的人工晶状体细胞吸附SEM图(A)及其37℃储存6个月后样品的细胞吸附SEM图(B)，与图1中为未经表面改性的人工晶状体的细胞吸附SEM图进行对比可以看到，未经表面改性处理的人工晶状体表面附着了大量的细胞；而图2(A)表面几乎无细胞附着，并且储存6个月后(图2(B))，表面仅出现少量黏附；表明本发明中经过多层抗凝分子改性得到的人工晶状体具有优异的抗细胞粘附性能，且储存6个月后，性能仍能保持，说明其还具有优异的稳定性。
图3为对比例1中未经硅烷偶联剂处理的人工晶状体的细胞吸附SEM图(A)及37℃储存6个月后样品的细胞吸附SEM图(B)。图3(A)与图2(A)相比，未经硅烷偶联剂改性的人工晶状体表面出现少量黏附；储存6个月后，图3(B)与图2(B)相比,人工晶状体表面附着了较多细胞。可知，采用硅烷偶联剂处理人工晶状体表面能明显增强表面改性的稳定性，使得其抗细胞粘附性能更为稳定持久。
综上所述，本发明中以附着力强的聚多巴胺层为连接，将肝素稳定地固定在人工晶状体表面，同时通过静电自组装作用，构建多层肝素层，增大了肝素的接枝量，所制备表面改性人工晶状体具有高生物相容性且具有优异的抗细胞黏附性能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体表面首先经硅烷偶联剂处理获得氨基化表面，再修饰一层聚多巴胺层和n个带正电生物大分子-肝素双分子层；
其中n≥2，且n为正整数。
2.根据权利要1所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其特征在于，所述人工晶状体为亲水性人工晶状体。
3.根据权利要1所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其特征在于，所述带正电生物大分子为聚多赖氨酸或胶原中的至少一种。
4.根据权利要求1所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体，其特征在于，所述2≤n≤9。
5.权利要求1～4中任一所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将人工晶状体置于多元醇与硅烷偶联剂的复配液中，充分冲洗并干燥，获得具有氨基化表面的人工晶状体；
S2：将上述处理后的人工晶状体置于多巴胺溶液中，充分冲洗并干燥，获得具有聚多巴胺表面的人工晶状体；
S3：将上述处理后的人工晶状体依次置于肝素溶液和带正电生物大分子溶液中，重复(n-1)次，得到n个带正电生物大分子-肝素双分子层，最后置于肝素溶液中，使得最外层为肝素层，充分冲洗并干燥，即得所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中所述多元醇为乙二醇；所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂；所述多元醇与硅烷偶联剂的用量体积比为10～20:1。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中所述多巴胺溶液的浓度为10～20mmol/L，pH值为8～9。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S3的具体步骤为：将肝素溶液滴加到上述处理后的人工晶状体表面，充分冲洗并用氮气吹干，再浸入带正电生物大分子溶液中，氮气吹干，重复(n-1)次，得到n个带正电生物大分子-肝素双分子层，最后再滴加一次肝素溶液，使得最外层为肝素层，充分冲洗并干燥，即得所述多层抗凝分子修饰的人工晶状体。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，S3中所述肝素溶液的浓度为5～10g/L，pH值为3.5～4.5；所述带正电生物大分子溶液的浓度为2～3g/L。
10.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，S3中所述肝素溶液和带正电生物大分子溶液处理人工晶状体的时间各自独立地为10～20min。
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