CN117281683A - 一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法，包括接触镜骨架，和触镜骨架上设有载纳米缓释药物的聚合物多孔微球载药层、电极层以及覆盖于所述电极层上的柔性材料，所述接触镜骨架外侧还包覆有凝胶层。该离子电渗凝胶巩膜接触镜结构简单，给药简便易行，给药快速持久有效，可实现患者可自行给药，药物直接输送至眼内病变部位，避免引发其他组织或全身不良反应，并具有缓释功能以降低给药频率。
Description
【技术领域】
本发明涉及离子电渗技术领域，尤其涉及一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法。
【背景技术】
离子电渗给药技术是一种无创给药技术，其技术原理是同种电荷相斥、异种电荷相吸。使用时带电荷药物在电场作用下被带有相同电荷的电极推入眼球内，促进带电荷的药物跨越眼部屏障，向眼内渗透。该方法给药方便、全身不良反应小、可提高药物渗透性和靶向性。
现有离子电渗无创眼球给药中存在的问题包括：
离子电渗眼部给药装置结构复杂，易用性低。现有电子电渗给药装置的电路部分都是基于蚀刻-电镀加工技术的传统电子器件的加工方式制造的，其物理支撑结构则是通过开模制备的塑料支架和硅胶圈。受制造加工方式的制约，眼部给药装置体积轮廓大，且不能实现与患者有效匹配。导致眼部给药装置易用性差，患者体验不佳，给药效果易受到影响。因此如何改进设计和制备工艺，实现离子电渗给药装置形态优化升级需要研究。
离子电渗缺乏有效载药方式，给药效率和给药启停的可控性以及给药过程药物离子溶液的pH监控有待改进。给药效率可以划分为药品渗透传递效率以及施加药品的总体利用率。离子电渗技术无疑增加了药品渗透传递效率，但是并没有药物载体的功能，药物多为外部施加，因此并没有能解决由于眼生理屏障包括泪流、鼻泪管引流和眨眼反射等泪液屏障、黏液屏障导致的药物流失，致使总体利用率低。如何减少人为补充药物的频次，增强药物留存和缓释，是眼部离子电渗装置优化的重要方向。
眼球解剖结构以眼球的解剖结构以晶状体为界可分为眼前段和眼后段。眼前段包括角膜、结膜、虹膜、睫状体、房水和晶状体，眼后段则包括巩膜、脉络膜、视网膜及玻璃体。其中，角膜、结膜和巩膜包裹在眼球的最外层，阻碍外源性物质进入，使眼球成为一个相对封闭的器官。巩膜区域具有较小的给药阻力，该区域实施离子电渗给药可以减少阻隔层，有效提升给药效率。
因此，如何提供一种有效的载药方式，增加了药品渗透传递效率的同时，解决由于眼生理屏障包括泪流、鼻泪管引流和眨眼反射等泪液屏障、黏液屏障导致的药物流失，致使总体利用率低的巩膜离子电渗给药。
【发明内容】
为了解决现有电渗眼部给药装置结构复杂，易用性低，离子电渗缺乏有效载药方式，给药效率和给药启停的可控性不高，且受制造加工方式的制约，本发明提出了一种增加了药品渗透传递效率的同时，不受制造加工方式的制约，具有有效的载药方式的离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法。
本发明由以下技术方案实现的：
一种离子电渗凝胶巩膜接触镜，包括接触镜骨架，所述接触镜骨架由靠近巩膜的一侧朝外依次设有载药层、电极层以及覆盖于所述电极层上的柔性材料，所述接触镜骨架外侧还包覆有凝胶层，所述载药层(2)涂覆于所述电极层(3)上，所述载药层为负载纳米缓释药物的聚合物多孔微球。
优选的，所述载药层(2)还可以为包含药物成分的离子明胶纳米粒或聚合物胶束颗粒。
优选的，所述柔性材料的制备方法，包括以下步骤：将纤维素纸浸入丙烯酰胺溶液中，于氮气氛围下加热，取出干燥，并裁切制得水凝胶增强纤维素纸即柔性材料。
优选的，所述电极层为导电墨水通过喷墨打印于所述柔性材料表面上经过低温烧结形成的电极图案，所述电极层设于绕眼球巩膜区域的周侧，所述接触镜骨架还包括设于所述电极层靠近中部的一侧用于测量离子电渗过程中pH变化的传感器，电极层至少包含一个电极结构，电极结构连接外部电流或电压源，各个电极结构可具有相同或不同极性，用于提供离子电渗电压。
优选的，所述传感器制备方法，包括以下步骤：以柔性材料为基材，对其正反面裱上保护膜胶带后进行钻孔并加入导电碳浆，使正反面连通，正面印刷工作电极线路、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路、印刷绝缘油墨后制得。
优选的，所述凝胶层(5)上经过所述载药层(2)还设有连通外部用于供气体排出和加药的通孔(7)。
一种如上任一项所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备柔性材料；
S2、在步骤中制得的柔性材料表面，使用导电墨水进行喷墨打印眼球巩膜区域周侧相对应电极层并烧结，得含有电极层的柔性材料；
S3、取步骤所得的含有电极层的柔性材料，将载药层涂布于所述柔性材料的电极层上，干燥后，得接触镜骨架；
S4、将步骤中的接触镜骨架浸入凝胶溶液中，使用DLP设备固定提拉打印，紫外光固化形成凝胶覆盖至其表面构建凝胶层，即得凝胶巩膜接触镜。
优选的，步骤S2中，所述导电墨水材质为离子化倾向小于氢的金属，所述金属优选为导电墨水材质为纳米银导电墨水，防止离子电渗过程中有气体析出。
优选的，步骤S4中，所述DLP过程中固化凝胶主要成分包括：甲基丙烯酸2-羟基乙酯、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、硅烷偶联剂、热塑性聚烯烃弹性体、聚乙二醇二丙烯酸酯以及预聚物。
优选的，步骤S1中，所述加热温度为30-90℃，加热时间为3-9h；步骤中，加热温度为100-150℃，加热时间为10-30min。
离子电渗通过两个或多个电极产生电场，使电场中的活性物质带电荷药物在同性相斥，异性相吸的作用下，向靶组织迁移，从而到达治疗目的，离子电渗技术属于非侵入性技术，其操作简便，疗效确实，患者依从性高，临床应用广泛。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
本发明提出的使用一种离子电渗凝胶巩膜接触镜，包括接触镜骨架，和触镜骨架上设有载纳米缓释药物的聚合物多孔微球载药层、电极层以及覆盖于所述电极层上的柔性材料，所述接触镜骨架外侧还包覆有凝胶层。该离子电渗凝胶巩膜接触镜结构简单，给药简便易行，安全有效，对眼睛损伤小，可实现患者可自行给药，药物直接输送至巩膜病变部位，避免引发其他组织或全身不良反应，并具有缓释功能以降低给药频率。
本发明提出了一种离子电渗凝胶巩膜接触镜的制备方法，通过印刷电子技术，在制得的柔性基体材料上印刷电极层和传感器，形成微电极纤维素纸，并在微电极纤维素纸表面沉积纳米缓释药物构成微球载药层，制得凝胶纤维素骨架，将其浸入凝胶溶液中，通过DLP光固化技术制得巩膜接触镜，该方法制备工艺简单，可操作性强。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的巩膜接触镜成型过程示意图；
图2为本发明的技术路线和实验方案示意图；
图3为本发明的巩膜接触镜结构示意图；
图4为本发明的巩膜接触镜剖视示意图；
图5为本发明的巩膜接触镜离子电渗给药测试图。
【具体实施方式】
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取一张纤维素纸，浸入以亚甲基双丙烯酰胺与硫酸钾的质量分数配比为150：1的丙烯酰胺溶液中，在60℃的氮气氛围下持续加热6h，加热完成后，将其转移至真空干燥箱中干燥，待干燥完成即制得水凝胶增强纤维素纸，将水凝胶增强纤维素纸按与巩膜接触镜匹配的尺寸裁切，得柔性基体材料。
(2)取柔性基体材料，使用纳米银导电通过墨水喷墨打印，在其表面打印位于两侧的阴、阳两个电极，形成双电极电极图案，经过120℃烧结20min获得双电极结构的电极层，对其正反面裱上保护膜胶带随后进行钻孔并加入导电碳浆(使正反面连通)，正面印刷工作电极线路(WE线路)、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路(RE线路)、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路(CE线路)、印刷绝缘油墨，经过120℃烧结20min获得pH传感器。
(3)在覆盖有电极层和传感器的表面，将载有药物的聚合物多孔微球涂布于柔性基底材料上与药品带电荷一致的电极区域，在其表面自然干燥使药物沉积形成微球载药层，在微球载药层上复合一层增强纤维素纸作为药物保护层，即完成巩膜接触镜骨架结构的制备。
(4)将巩膜接触镜骨架结构浸入凝胶溶液中，使用DLP设备固定提拉打印，紫外光固化形成凝胶覆盖至其表面，构建凝胶层，直至形成一个完整的巩膜接触镜外形，然后通过激光切割凝胶层开凿通孔，即制得离子电渗凝胶巩膜接触镜，使用时将双电极和pH传感器接入控制器实施电场作用下的离子电渗给药。
通过上述方法制得含双电极的电极层的离子电渗凝胶巩膜接触镜。
实施例2：
一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取一张纤维素纸，浸入以亚甲基双丙烯酰胺与硫酸钾的质量分数配比为150：1的丙烯酰胺溶液中，在60℃的氮气氛围下持续加热6h，加热完成后，将其转移至真空干燥箱中干燥，待干燥完成即制得水凝胶增强纤维素纸，将水凝胶增强纤维素纸按与巩膜接触镜匹配的尺寸裁切，得柔性基体材料。
(2)取柔性基体材料，使用纳米银导电通过墨水喷墨打印，在其表面打印，形成单电极电极图案，经过120℃烧结20min获得单电极结构的电极层，对其正反面裱上保护膜胶带随后进行钻孔并加入导电碳浆(使正反面连通)，正面印刷工作电极线路(WE线路)、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路(RE线路)、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路(CE线路)、印刷绝缘油墨，经过120℃烧结20min获得pH传感器。
(3)在覆盖有电极层和传感器的表面，将载有药物的聚合物多孔微球涂布于柔性基底材料上与药品带电荷一致的电极区域，在其表面自然干燥使药物沉积形成微球载药层，在微球载药层上复合一层增强纤维素纸作为药物保护层，即完成巩膜接触镜骨架结构的制备。
(4)将巩膜接触镜骨架结构浸入凝胶溶液中，使用DLP设备固定提拉打印，紫外光固化形成凝胶覆盖至其表面，构建凝胶层，直至形成一个完整的巩膜接触镜外形，然后通过激光切割凝胶层开凿通孔，即制得离子电渗凝胶巩膜接触镜，使用时将单电极连接同一个极性外部电源，对电极贴合在耳部或脑后等区域，形成离子电渗电场和pH传感器接入控制器实施电场作用下的离子电渗给药。
通过上述方法制得为单电极的电极层的离子电渗凝胶巩膜接触镜。
实施例3：
一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取一张纤维素纸，浸入以亚甲基双丙烯酰胺与硫酸钾的质量分数配比为150：1的丙烯酰胺溶液中，在60℃的氮气氛围下持续加热6h，加热完成后，将其转移至真空干燥箱中干燥，待干燥完成即制得水凝胶增强纤维素纸，将水凝胶增强纤维素纸按与巩膜接触镜匹配的尺寸裁切，得柔性基体材料。
(2)取柔性基体材料，使用纳米银导电通过墨水喷墨打印，在其表面打印环形导电线圈，形成环形线圈图案，经过120℃烧结20min获得为线圈结构的电极层，对其正反面裱上保护膜胶带随后进行钻孔并加入导电碳浆(使正反面连通)，正面印刷工作电极线路(WE线路)、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路(RE线路)、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路(CE线路)、印刷绝缘油墨，经过120℃烧结20min获得pH传感器。
(3)在覆盖有电极层和传感器的表面，将载有药物的聚合物多孔微球涂布于柔性基底材料上与药品带电荷一致的电极区域，在其表面自然干燥使药物沉积形成微球载药层，在微球载药层上复合一层增强纤维素纸作为药物保护层，即完成巩膜接触镜骨架结构的制备。
(4)将巩膜接触镜骨架结构浸入凝胶溶液中，使用DLP设备固定提拉打印，紫外光固化形成凝胶覆盖至其表面，构建凝胶层，直至形成一个完整的巩膜接触镜外形，然后通过激光切割凝胶层开凿通孔，即制得离子电渗凝胶巩膜接触镜，使用无线电源作用在环形导电线圈上为给药过程提供电场，实现离子电渗给药。
通过上述方法制得含环形导电线圈为电极层的离子电渗凝胶巩膜接触镜。
实施例4：
一种离子电渗凝胶巩膜接触镜及制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取一张纤维素纸，浸入以亚甲基双丙烯酰胺与硫酸钾的质量分数配比为150：1的丙烯酰胺溶液中，在60℃的氮气氛围下持续加热6h，加热完成后，将其转移至真空干燥箱中干燥，待干燥完成即制得水凝胶增强纤维素纸，将水凝胶增强纤维素纸按与巩膜接触镜匹配的尺寸裁切，得柔性基体材料。
(2)取柔性基体材料，使用纳米银导电通过墨水喷墨打印，在其表面打印位于两侧的阴、阳两个电极，形成电极图案，经过120℃烧结20min获得电极层，对其正反面裱上保护膜胶带随后进行钻孔并加入导电碳浆(使正反面连通)，正面印刷工作电极线路(WE线路)、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路(RE线路)、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路(CE线路)、印刷绝缘油墨，经过120℃烧结20min获得pH传感器。
(3)在覆盖有电极层和传感器的表面，将聚合物多孔微球涂布于柔性基底材料上与药品带电荷一致的电极区域，在其表面自然干燥沉积形成微球载药层，在微球载药层上复合一层增强纤维素纸作为药物保护层，即完成巩膜接触镜骨架结构的制备。
(4)将巩膜接触镜骨架结构浸入凝胶溶液中，使用DLP设备固定提拉打印，紫外光固化形成凝胶覆盖至其表面，构建凝胶层，直至形成一个完整的巩膜接触镜外形，然后通过激光切割凝胶层开凿通孔，即制得离子电渗凝胶巩膜接触镜，使用时在离子电渗凝胶巩膜接触镜使用过程中通过预留的通孔添加药物溶液，实现给药过程的药物可控缓释。
通过上述方法制得可持续补充药物使用的离子电渗凝胶巩膜接触镜。
将实施例1中制备的离子电渗凝胶巩膜接触镜进行性能测试，测试步骤如下：
称量两份相同质量相同成分的地塞米松药液，一份地塞米松药液直接滴加于眼部，促使眼部被动给药，另外一份地塞米松药液通过离子电渗凝胶巩膜接触镜外加电流5mA/cm2用于眼部进行离子电渗给药。进一步的通可过对地塞米松进行阳离子和阴离子修饰，进行被动给药和离子电渗给药测试，眼部被动给药2h之后房水内部药物浓度和离子电渗方法给药5min之后房水内部药物浓度如图5所示，发现经过修饰后的离子电渗给药效率大幅提升。
使用该方法及该方法制得的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其给药简便易行，安全有效，对眼睛损伤小，可实现患者可自行给药，药物直接输送至巩膜病变部位，避免引发其他组织或全身不良反应，并具有缓释功能以降低给药频率。
如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明，同时由于行业命名不一样，不限于以上命名，不限于英文命名。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：包括接触镜骨架(1)，所述接触镜骨架(1)由靠近巩膜的一侧朝外依次设有载药层(2)、电极层(3)以及覆盖于所述电极层(3)上的柔性材料(4)，所述接触镜骨架(1)外侧还包覆有凝胶层(5)，所述载药层(2)涂覆于所述电极层(3)上，所述载药层(2)包括负载纳米缓释药物的聚合物多孔微球。
2.根据权利要求1所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述载药层(2)还包括包含药物成分的离子明胶纳米粒或聚合物胶束颗粒。
3.根据权利要求1所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述柔性材料(4)的制备方法，包括以下步骤：将基材浸入丙烯酰胺溶液中，于氮气氛围下于30-90℃的条件下加热3-9h，取出干燥，并裁切制得柔性材料(4)。
4.根据权利要求1所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述电极层(5)为导电墨水通过喷墨打印于所述柔性材料(4)表面上经过低温烧结形成的电极图案，所述电极层(5)设于绕眼球巩膜区域的周侧，所述接触镜骨架(1)还包括设于所述电极层(5)靠近中部的一侧用于测量离子电渗过程中pH变化的传感器(6)。
5.根据权利要求4所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述传感器(6)制备方法，包括以下步骤：以柔性材料(4)为基材，对其正反面裱上保护膜胶带后进行钻孔并加入导电碳浆，使正反面连通，正面印刷工作电极线路(WE线路)、印刷绝缘油墨、印刷碳电极线路、印刷Ag/AgCl参比电极线路(RE线路)、印刷绝缘油墨，接着背面印刷对比电极线路(CE线路)、印刷绝缘油墨后制得。
6.根据权利要求1所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述凝胶层(5)上还设有连通外部与所述载药层(2)的通孔(7)，所述通孔(7)用于供气体排出以及加药。
7.根据权利要求1所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜，其特征在于：所述载药层(2)靠近所述巩膜的一侧还设有用于包覆所述载药层(2)的药物保护层(20)。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备柔性材料(4)；
(2)在步骤(1)中制得的柔性材料(4)表面，使用导电墨水进行喷墨打印眼球巩膜区域周侧相对应电极层(3)并于100-150℃的条件下烧结10-30min，得含有电极层(3)的柔性材料(4)；
(3)取步骤(2)所得的含有电极层(3)的柔性材料(4)，将载药层(2)涂布于所述柔性材料(4)的电极层(3)上，干燥后，得接触镜骨架(1)；
(4)将步骤(3)中的接触镜骨架(1)浸入凝胶溶液中，通过铸造和/或光固化3D打印，形成凝胶覆盖至其表面构建凝胶层(5)，即得凝胶巩膜接触镜。
9.根据权利要求8所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述导电墨水中的金属材料为离子化倾向小于氢的金属材料。
10.根据权利要求8所述的离子电渗凝胶巩膜接触镜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述DLP过程中固化凝胶主要成分包括：甲基丙烯酸2-羟基乙酯(HEMA)、1-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)、硅烷偶联剂(KH-570)、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)以及预聚物(prepolymer)。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117777820B (zh) * | 2024-02-28 | 2024-05-31 | 太原理工大学 | 一种可逆自预警、自修复涂层及其制备方法 |
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