WO2018090330A1 - 一种植入式器件及其制备方法 - Google Patents

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WO2018090330A1
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implantable device
photonic crystal
preparation
acid
intraocular pressure
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PCT/CN2016/106430
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杜学敏
王娟
崔欢庆
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Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/16—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for measuring intraocular pressure, e.g. tonometers

Definitions

  • the present invention relates to an implantable device, and in particular to a color changeable implantable device and a method of preparing the same.
  • glaucoma is the world's first irreversible blind eye disease, and its most important risk factor is pathological increase in intraocular pressure. Therefore, real-time intraocular pressure monitoring is of great significance for the diagnosis and treatment of glaucoma. According to the survey, there are about 67 million glaucoma patients in the world by 2010. The number of glaucoma patients in China is about 15 million.
  • intraocular pressure tester and blood glucose meter currently used in clinical practice cannot be monitored in real time for a long time.
  • intraocular pressure monitoring as an example, at present, although there are a few smart contact lenses for real-time monitoring of intraocular pressure (Nature Communication, 2014, 5), not only electric drive and signal processing are required, but also the structural design is complicated and the use is extremely inconvenient. And the price is very expensive, which is difficult for the middle and low class. More importantly, this type of product is monitored by eye pressure, and the accuracy of the measured results has been questioned.
  • the present invention provides an implantable device and a preparation method thereof, the preparation method is innovative
  • the photonic crystal is designed into the implanted device, so that the implanted device has a structural color, and the low-cost, high-yield advantage of the mold is used to prepare a safe and reliable color-changing implantable device.
  • Solving the prior art solution is difficult to produce safe and reliable color-changing implantable devices in large quantities, high efficiency, and high repetitiveness, as well as real-time accurate monitoring of intraocular pressure and physiological indicators.
  • the technical solution adopted is an implantable device containing a photonic crystal.
  • the photonic crystal is distributed as a color element in the intraocular lens to form a structural color pattern.
  • the photonic crystal is distributed in the outer skin layer, the inner skin layer, the middle portion, the penetrating partial region or the entire region of the implantable device.
  • the structure of the photonic crystal is a periodically arranged micro-nano-scale convex structure, a pit structure, or a micro-nano-scale pore structure.
  • the micro-nano-pit structure, the protrusion structure or the hole structure has a size of 50 nm to 50 ⁇ m, and the adjacent protrusion or pit pitch is 0.001 nm to 10 ⁇ m; more preferably, the micro-nano-pit is The size of the structure, the convex structure or the pore structure is 50 nm to 30 ⁇ m, and the pitch of adjacent protrusions or pits is 0.1 nm to 8 ⁇ m.
  • the implantable device comprises an intraocular lens or an implantable lens.
  • the implantable device is a thin film or a columnar device.
  • the present invention provides a method of preparing the implantable device described above, the method comprising the steps of:
  • An implantable device precursor solution is added to the implantable device mold having a photonic crystal structure, and an implanted device having a photonic crystal structure is obtained by a curing process.
  • the photonic crystal structure in the step (1a) is formed by femtosecond pulse two-photon polymerization.
  • the photonic crystal structure in step (1a) is formed by self-assembly by adding a monodisperse microsphere emulsion to an implantable device mold.
  • the monodisperse microsphere emulsion has a mass concentration of 0.001% to 80%.
  • the photonic crystal structure in the step (1a) is formed by adding photonic crystal particles or fragments to an implantable device mold.
  • the monodisperse microspheres comprise at least at least polystyrene, polymethyl methacrylate, poly N-isopropyl acrylamide, silica, titanium dioxide, iron oxide, triiron tetroxide, gold and silver.
  • polystyrene polymethyl methacrylate
  • poly N-isopropyl acrylamide poly N-isopropyl acrylamide
  • silica silica
  • titanium dioxide iron oxide
  • triiron tetroxide gold and silver.
  • the implantable device precursor solution in the step (2a) comprises a prepolymer of at least one of a polyester, a hydrogel, and a silica gel.
  • the implantable device precursor solution in the step (2a) comprises polyurethane, epoxy resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyimide, cellulose, polycaprolactone, polylactic acid, polyethanol Acid, polylactic acid-glycolic acid copolymer, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypyrrolidone, parylene, silica gel, polydopamine, polyvinyl butyral, and their derivatives, composite materials, modified a precursor of at least one of the materials.
  • the implantable device precursor solution in the step (2a) comprises acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinyl pyrrolidone, methacrylic acid shrinkage
  • acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinyl pyrrolidone, methacrylic acid shrinkage A combination of one or more of glycerides, hydroxyethyl methacrylate, methylidene bisacrylamide, tetravinylbenzeneboronic acid, ethylene glycol dimethacrylate, and hydroxypropyl methacrylate.
  • the curing treatment in the step (2a) is carried out by a nanoimprinting or polymerization method.
  • the photonic crystal structure is obtained by nanoimprinting, specifically comprising: designing a photonic crystal structure obtained by a microelectromechanical system (MEMS) design onto an implanted device mold, and adding the implanted device precursor solution to the Curing is carried out in the mold.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the MEMS technology is used to design the photonic crystal structure film to be attached to the upper or lower surface of the implanted device mold; or the MEMS technology is used to directly design the photonic crystal structure of the upper mold, the lower mold or the upper and lower mold surfaces of the implanted device.
  • the photonic crystal on the implanted device is etched by an etchant to obtain an implanted device having a micro-nano-scale hole structure photonic crystal.
  • Colloidal photonic crystals in implantable devices can be etched away or completely etched away.
  • the etchant is at least one of benzene, toluene, xylene, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, limonene, tetrahydrofuran, hydrofluoric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, hydrochloric acid and acetic acid.
  • benzene toluene, xylene, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, limonene, tetrahydrofuran, hydrofluoric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, hydrochloric acid and acetic acid.
  • the present invention provides a method of preparing the implantable device described above, the method comprising the steps of:
  • the mass concentration of the colloidal photonic crystal particles or film in the mixed liquid in the step (2b) is 0.001% to 85%.
  • the photonic crystal particles or film in the step (1b) are formed by self-assembly by adding a monodisperse microsphere emulsion to an organic solvent containing a surfactant or to a solid substrate.
  • the monodisperse microspheres comprise at least at least polystyrene, polymethyl methacrylate, poly N-isopropyl acrylamide, silica, titanium dioxide, iron oxide, triiron tetroxide, gold and silver.
  • polystyrene polymethyl methacrylate
  • poly N-isopropyl acrylamide poly N-isopropyl acrylamide
  • silica silica
  • titanium dioxide iron oxide
  • triiron tetroxide gold and silver.
  • the organic solvent is one or more of a silicone oil, a fluorine oil, an alkane oil, and n-hexadecane.
  • the solid substrate is one of a template, a ceramic, a metal, a plastic, a rubber, a glass, a silicon wafer, and a quartz wafer.
  • the implantable device precursor solution in the step (2b) comprises a prepolymer of at least one of a polyester, a hydrogel and a silica gel.
  • the implantable device precursor solution in the step (2b) comprises polyurethane, epoxy resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyimide, cellulose, polycaprolactone, polylactic acid, polyethanol Acid, polylactic acid-glycolic acid copolymer, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypyrrolidone, parylene, silica gel, polydopamine, polyvinyl butyral, and their derivatives, composite materials, modified a precursor of at least one of the materials.
  • the implantable device precursor solution in the step (2b) comprises acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinylpyrrolidone, methacrylic acid shrinkage
  • acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinylpyrrolidone, methacrylic acid shrinkage A combination of one or more of glycerides, hydroxyethyl methacrylate, methylidene bisacrylamide, tetravinylbenzeneboronic acid, ethylene glycol dimethacrylate, and hydroxypropyl methacrylate.
  • the curing treatment in the step (2b) is carried out by a polymerization method.
  • the present invention provides a method of preparing the implantable device described above, the method comprising the steps of:
  • the mass concentration of the monodisperse microsphere emulsion in the step (1c) is from 0.001% to 90%.
  • the monodisperse microspheres in the step (1c) comprise polystyrene, polymethyl methacrylate, poly N-isopropyl acrylamide, silica, titanium dioxide, iron oxide, triiron tetroxide, gold And at least one of silver.
  • the implantable device precursor solution in the step (2c) comprises a prepolymer of at least one of polyester, hydrogel and silica gel.
  • the implanted device precursor solution in the step (2c) comprises polyurethane, epoxy resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyimide, cellulose, polycaprolactone, polylactic acid, polyethanol Acid, polylactic acid-glycolic acid copolymer, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypyrrolidone, parylene, silica gel, polydopamine, polyvinyl butyral, and their derivatives, composite materials, modified a precursor of at least one of the materials.
  • the implantable device precursor solution in the step (2c) comprises acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinylpyrrolidone, methacrylic acid shrinkage
  • acrylamide, methyl methacrylate, cellulose acetate butyrate, siloxane methacrylate, N-vinylpyrrolidone, methacrylic acid shrinkage A combination of one or more of glycerides, hydroxyethyl methacrylate, methylidene bisacrylamide, tetravinylbenzeneboronic acid, ethylene glycol dimethacrylate, and hydroxypropyl methacrylate.
  • the curing treatment in the step (2c) is carried out by a polymerization method.
  • the precursor solution of the present invention is cured by heat curing, or by heat, radiation, light or the like to initiate polymerization curing.
  • the invention provides a method for monitoring intraocular pressure or ocular physiological indicators, comprising:
  • IOP or ocular physiological indicators were monitored by observing the color of the implanted device.
  • the monitoring of intraocular pressure or ocular physiological indicators by observing the color of the implanted device comprises:
  • the monitoring of intraocular pressure or ocular physiological indicators by observing the color of the implanted device comprises:
  • the ocular physiological indicator comprises at least one of glucose, hydrogen peroxide, pH, and metal ions.
  • the functional molecule for detecting glucose or hydrogen peroxide in the implantable device is a phenylboronic acid compound or glucose oxidase.
  • the functional molecule for detecting metal ions in the implantable device is one of a crown ether, a crown ether derivative or a nucleic acid aptamer.
  • the invention provides a method for detecting physiological indicators, comprising:
  • the implantable device described above is specifically combined with the liquid to be tested, and after the reaction is completed, the concentration of the physiological index to be detected is calculated according to the color or the position of the reflection peak of the implanted device.
  • the physiological indicator comprises at least one of glucose, hydrogen peroxide, pH, and metal ions.
  • the functional molecule for detecting glucose or hydrogen peroxide in the implantable device is a phenylboronic acid compound or glucose oxidase.
  • the functional molecule for detecting metal ions in the implantable device is one of a crown ether, a crown ether derivative or a nucleic acid aptamer.
  • the liquid to be tested comprises aqueous humor.
  • the invention has the beneficial effects that the present invention provides a color changeable implantable device and a preparation method thereof, which have the following benefits:
  • the invention designs the structural color into the implanted device without adding any toxic and easily bleachable chemicals, and only needs the structural design to realize the bright color of the implanted device, which can be used for those who are interested in beauty. For the group, it provides a new beauty, and you don't have to worry about the symptoms of dryness on the cornea.
  • the design concept of the color-changeable implantable device of the present invention can be extended to implantable vision-adjusting materials, intraocular pressure monitoring, cataract lens design, and more importantly, the color-changeable implantable device can be used.
  • Accurate, real-time monitoring of intraocular pressure or physiological indicators monitoring, real-time monitoring of intraocular pressure or physiological indicators can be achieved only through color change, to solve the major problems of existing intraocular pressure, glucose monitoring can not be real-time, inaccurate, data reading difficulties .
  • the mold method can realize the preparation of high-volume, high-efficiency and high-quality implantable devices.
  • FIG. 1 is a schematic view of an intraocular lens having a photonic crystal structure color according to the present invention
  • FIG. 2 is a top view of a photonic crystal structure pit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Embodiment 3 is a top view showing the structure of a photonic crystal structure in Embodiment 2 of the present invention.
  • the implantable device is an intraocular lens
  • the method for preparing the variable color intraocular lens comprises the following steps:
  • a photonic crystal structure layer is prepared on the concave spherical surface to obtain a mold having a photonic crystal structure, wherein the photonic crystal structure is a periodically arranged micro-nano-scale spherical pit, and the size of the spherical pit is 200 nm;
  • the intraocular lens having the photonic crystal structure color obtained in this embodiment contains a photonic crystal structure inside, and as shown in FIG. 1, the photonic crystal structure is a micro-nano-scale spherical pit arranged periodically, and the size of the spherical pit is 200 nm.
  • the photonic crystal structure is distributed as a color element in an intraocular lens, and the photonic crystal structure forms a structural color pattern in the intraocular lens, the lens includes a concave surface and a convex surface, and the structural color pattern is distributed. On the convex surface of the contact lens.
  • the implantable device is an intraocular lens
  • the method for preparing the variable color intraocular lens comprises the following steps:
  • the colloidal photonic crystal particles were dispersed in a mixed solution of hydroxyethyl methacrylate and methylidene bisacrylamide (molar ratio of hydroxyethyl methacrylate to methylidene bisacrylamide of 28:1) to Irgacure 2959 (mass The volume ratio was 0.85%) as an initiator.
  • a 50 microliter volume of the precursor solution mixed with the colloidal photonic crystal particles was added to a mold for artificial lens preparation, irradiated with an ultraviolet lamp at 0 ° C for 30 minutes, and an ultraviolet light intensity of 3 W/cm 2 to obtain an intraocular lens.
  • the structure of the photonic crystal in the intraocular lens is shown in FIG.
  • the implantable device is an intraocular lens
  • the method for preparing the variable color intraocular lens comprises the following steps:
  • the implantable device is an intraocular lens
  • the method for preparing the variable color intraocular lens comprises the following steps:
  • 60 ⁇ l of 195 nm diameter monodisperse silica microspheres were prepared into a mass concentration of 5.0 wt% emulsion, which was then added dropwise to the lower mold of the intraocular lens and self-assembled in an oven at 90 ° C for 30 min. Colloidal photonic crystal film.
  • the implantable device is an intraocular lens
  • the method for preparing the variable color intraocular lens comprises the following steps:
  • the implantable device is a rod-like structure
  • the method for preparing the rod-shaped structural device comprises the following steps:
  • the prepared multifunctional photonic crystal implanted device was used to detect the position of the reflection peak by a spectrometer, and the color of the photonic crystal was photographed, and then placed in a mixture of the physiological color and the aqueous humor to be tested for 3 hours. After the reaction is completed, the color change or the position of the reflection peak before and after the reaction is compared to quantitatively estimate the concentration of the measured substance.

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Abstract

一种植入式器件，植入式器件含有光子晶体，该光子晶体作为色彩元素分布在人工晶状体中，形成结构色图案。该植入式器件可以推广到植入式的视力调节材料、眼压监测、白内障用晶状体设计，更为重要的是这种可变色植入式器件可以用于精准、实时监测眼压，仅通过颜色改变即可实现眼压的实时监测或生理指标监测，解决现有眼压、葡萄糖监测无法实时、不精准、数据读取困难等重大难题。采用模具法可以实现植入式器件大批量、高效率、高质量的制备。

Description

一种植入式器件及其制备方法 技术领域
本发明涉及一种植入式器件，具体涉及一种可变色的植入式器件及其制备方法。
背景技术
近年来，随着老年化现象严重，各种慢性病增长迅速，而青光眼和糖尿病作为无法彻底治愈的疾病更是极大影响了人们的生活。以青光眼而言，青光眼是全球排名首位不可逆致盲性眼病，其最重要的危险因素是病理性的眼压升高。因此，实时眼压监测对于青光眼的诊断和治疗有着非常重大的意义。据调查至2010年，全球大约有6700万青光眼患者，中国青光眼患者约为1500万，预计到2020年全球青光眼患者将增加到7960万，而中国青光眼患者将上升至2180万，中国将是世界上青光眼患者最多的国家。以糖尿病而言，中国糖尿病患者有近1.3亿，居全球之最，而目前临床只能通过取血检测血糖浓度，无法实时长期监测，极大影响糖尿病患者有效治疗。
然而，现在临床上使用的眼压检测仪和血糖仪都无法实时长期监测。以青光眼眼压监测为例，目前，虽有少数用于眼压实时监测的智能隐形眼镜(Nature Communication，2014，5)，不仅需电驱动和信号处理，且结构设计复杂，使用极不便利，而且价格也非常昂贵，对于中低阶层群体而言难于负担。更为重要的是，该类产品通过穿戴方式进行眼压监测，所测出的结果精准度一直颇受质疑。最近报道的利用植入式人工晶状体来实时监测眼压，虽然监测灵敏，但是其设计复杂，气密性差，利用观测微通道中气柱的位置方式采集结果，非常不便利(Nature Medicine，2014.20，1074-1078)。以血糖检测仪为例，现有血糖检测普遍使用的方法是有创或微创检测，不仅给患者带来极大痛苦，同时无法实时长期有效监测。最近，Google正在研发一款基于角膜接触镜的葡萄糖监测仪，是基于电化学检测，但尚处于研发阶段。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种植入式器件及其制备方法，该制备方法创新性 地将光子晶体设计到植入式器件中，从而使得植入式器件具有结构色，并利用模具低成本、高产量的优势制备得到安全性好、可靠性高的可变色植入式器件，以解决现有技术方案难以大批量、高效率、高重复性地生产安全可靠的可变色植入式器件，以及实时精准监测眼压和生理指标问题。
为实现上述目的，所采取的技术方案：一种植入式器件，所述植入式器件含有光子晶体。所述光子晶体作为色彩元素分布在人工晶状体中，形成结构色图案。
优选地，所述光子晶体分布在所述植入式器件的外表层、内表层、中间、贯穿的部分区域或全部区域。
优选地，所述光子晶体的结构为周期性排布的微纳米级凸起结构、凹坑结构，或微纳米级孔洞结构。
优选地，所述微纳米级凹坑结构、凸起结构或孔洞结构的尺寸为50nm～50μm，相邻凸起或凹坑间距为0.001nm～10μm；更优选地,所述微纳米级凹坑结构、凸起结构或孔洞结构的尺寸为50nm～30μm，相邻凸起或凹坑间距为0.1nm～8μm。
优选地，所述植入式器件包括人工晶状体或植入式镜片。
优选地，所述植入式器件为薄膜或柱状器件。
本发明提供了上述所述的植入式器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1a)提供具有光子晶体结构的植入式器件模具；
(2a)将植入式器件前驱体溶液加入到所述具有光子晶体结构的植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结构的植入式器件。优选地，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过飞秒脉冲双光子聚合法形成。
优选地，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过将单分散微球乳液加入到植入式器件模具中自组装形成。优选地，所述单分散微球乳液的质量浓度为0.001％～80％。
优选地，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过将光子晶体颗粒或碎片加入到植入式器件模具中形成。
优选地，所述单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
优选地，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤(2a)中固化处理通过纳米压印或聚合方法实施。优选地，所述光子晶体结构通过纳米压印获得，具体包括：将通过微机电系统(MEMS)设计获得的光子晶体结构设计到植入式器件模具上，将植入式器件前驱体溶液加入到模具中进行固化。优选地，采用MEMS技术设计光子晶体结构薄膜贴到植入式器件模具的上或下表面；或采用MEMS技术直接将植入式器件的上模具、下模具或上下模具表面设计出光子晶体结构。
优选地，所述步骤(2a)中固化处理后通过刻蚀剂刻蚀植入式器件上的光子晶体，得到具有微纳米级孔洞结构光子晶体的植入式器件。植入式器件中的胶体光子晶体，可以刻蚀掉一部分，也可以全部刻蚀掉。
优选地，所述刻蚀剂为苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、柠檬烯、四氢呋喃、氢氟酸、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和醋酸中的至少一种。
本发明提供了上述所述的植入式器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1b)提供组装好的胶体光子晶体颗粒或薄膜；
(2b)将组装好的胶体光子晶体颗粒或薄膜与植入式器件前驱体溶液混合 后加入到植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结构的植入式器件。
优选地，所述步骤(2b)中混合液中胶体光子晶体颗粒或薄膜的质量浓度为0.001％～85％。
优选地，所述步骤(1b)中光子晶体颗粒或薄膜通过单分散微球乳液加入到含有表面活性剂的有机溶剂中或加入到固体基底上自组装形成。
优选地，所述单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
优选地，所述有机溶剂为硅油、氟油、烷烃油和正十六烷中的一种或多种。
优选地，所述固体基底为模板、陶瓷、金属、塑料、橡胶、玻璃、硅片、石英片中的一种。
优选地，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤(2b)中固化处理通过聚合方法实施。
本发明提供了上述所述的植入式器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1c)提供单分散微球、光子晶体颗粒或光子晶体碎片乳液；
(2c)将单分散微球、光子晶体颗粒或光子晶体碎片乳液与植入式器件前驱体溶液混合后加入到植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结 构的植入式器件。
优选地，所述步骤(1c)中单分散微球乳液的质量浓度为0.001％～90％。
优选地，所述步骤(1c)中单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
优选地，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
优选地，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤(2c)中固化处理通过聚合方法实施。
优选地，本发明所述前驱体溶液固化方式为：热固化，或热、辐射、光等引发聚合固化。
本发明提供了一种监测眼压或眼部生理指标的方法，包括：
将上述所述的植入式器件植入眼中；
通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标。
优选地，所述通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标，具体包括：
使用反射光谱仪采集植入式器件颜色变化的反射光谱；
根据颜色变化监测眼压或眼部生理指标。
优选地，所述通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标，具体包括：
拍摄植入式器件的图片，利用软件分析所述图片的颜色变化；
根据颜色变化监测眼压或眼部生理指标。
优选地，所述眼部生理指标包括葡萄糖、过氧化氢、pH值和金属离子中的至少一种。
优选地，所述植入式器件中用于检测葡萄糖或过氧化氢的功能分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
优选地，所述植入式器件中用于检测金属离子的功能分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
本发明提供了一种检测生理指标的方法，包括：
将上述所述的植入式器件与待检液进行特异性结合反应，反应完后，根据植入式器件的颜色或反射峰位置发生变化，计算待检测生理指标的浓度。
优选地，所述生理指标包括葡萄糖、过氧化氢、pH值和金属离子中的至少一种。
优选地，所述植入式器件中用于检测葡萄糖或过氧化氢的功能分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
优选地，所述植入式器件中用于检测金属离子的功能分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
优选地，所述待检液包括房水。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种可变色植入式器件及其制备方法，具有如下效益：
(1)本发明将结构色设计到植入式器件中，无需添加任何有毒、易漂白的化学物质，只需要结构设计即可实现植入式器件具有鲜艳的颜色，可以为那些爱好美瞳的群体而言，提供了一种更新颖的美瞳，且不用再畏惧美瞳戴在角膜上带来的干燥等症状。
(2)本发明可变色植入式器件的设计理念，可以推广到植入式的视力调节材料、眼压监测、白内障用晶状体设计，更为重要的是这种可变色植入式器件可以用于精准、实时监测眼压或生理指标监测，仅通过颜色改变即可实现眼压的实时监测或生理指标监测，解决现有眼压、葡萄糖监测无法实时、不精准、数据读取困难等重大难题。
(3)采用模具法可以实现植入式器件大批量、高效率、高质量的制备。
附图说明
图1为本发明所述具有光子晶体结构色的人工晶状体的示意图；
图2为本发明实施例1中光子晶体结构凹坑形貌图；
图3为本发明实施例2中光子晶体结构凸起形貌图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为人工晶状体，所述可变色人工晶状体的制备方法包括以下步骤：
(1)取一聚丙烯材质人工晶状体模具，该模具包括能够分离的上模具和下模具，其中，上模具具有一凸球面，下模具具有一凹球面，利用飞秒脉冲双光子聚合法在下模具的凹球面上制备出光子晶体结构层，得到具有光子晶体结构的模具，其光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凹坑，球面凹坑的尺寸为200nm；
(2)将硅胶及其固化剂按照1:1的质量比例混合后，取50微升该前驱体溶液加入到上述所得具有光子晶体结构的模具中，通过纳米压印获得含有光子晶体层的人工晶状体。
本实施例所得具有光子晶体结构色的人工晶状体其内部含有光子晶体结构，如图1所示，所述光子晶体结构为周期性排布的微纳米级球面凹坑，球面凹坑的尺寸为200nm，如图2所示，所述光子晶体结构作为色彩元素分布在人工晶状体中，所述光子晶体结构在人工晶状体中形成结构色图案，该晶状体包括内凹面和外凸面，所述结构色图案分布在隐形眼镜的外凸面。
实施例2：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为人工晶状体，所述可变色人工晶状体的制备方法包括以下步骤：
1、胶体光子晶体颗粒的制备：
将5mL直径为400纳米的单分散聚苯乙烯微球配置成质量浓度为5.0wt％ 的乳液，然后分散到含有表面活性剂Hypermer 2296(质量分数为1.0wt％)的80mL的正十六烷中，于烘箱中50℃下自组装72小时，即可得到胶体光子晶体颗粒。然后将胶体光子晶体颗粒利用正己烷充分洗去正十六烷后干燥得到胶体光子晶体颗粒。将胶体光子晶体颗粒分散到甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液(甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的摩尔比为28:1)中，以Irgacure 2959(质量体积比为0.85％)为引发剂。
2、前驱体溶液固化：
将50微升体积的上述混有胶体光子晶体颗粒的前驱体溶液加入用于人工晶状体制备的模具内，0℃下紫外灯照射30分钟，紫外光强为3W/cm2，固化得到人工晶状体，所述人工晶状体中光子晶体结构如图3所示。
实施例3：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为人工晶状体，所述可变色人工晶状体的制备方法包括以下步骤：
1、胶体光子晶体的制备：
取20微升直径为1微米的单分散二氧化硅光子晶体微球配置成质量浓度为2.0wt％的分散液，然后滴加到人工晶状体下模具中，于烘箱中90℃下自组装15min，即可得到胶体光子晶体颗粒薄膜。
2.前驱体溶液固化
然后向组装有光子晶体薄膜的下模具中加入50微升的甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯的混合溶液(甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯的摩尔比为25:1)中，以二烷氧基苯乙酮(质量体积比为0.65％)为引发剂，0℃下紫外灯照射30分钟，固化得到人工晶状体。然后将其浸泡于体积分数为1％的氢氟酸溶液中12h移除二氧化硅光子晶体颗粒，即得到反蛋白石结构色的人工晶状体。
实施例4：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为人工晶状体，所述可变色人工晶状体的制备方法包括以下步骤：
1、胶体光子晶体的制备：
取60微升直径为195纳米的单分散二氧化硅微球配置成质量浓度为5.0wt％的乳液，然后滴加到人工晶状体下模具中，于烘箱中90℃下自组装30min，即可得到胶体光子晶体薄膜。
2.前驱体溶液固化
然后向组装有光子晶体薄膜的下模具中加入50微升的甲基丙烯酸羟丙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液(甲基丙烯酸羟丙酯与甲叉双丙烯酰胺的摩尔比为20:1)中，以Irgacure 2959(质量体积比为0.65％)为引发剂，0℃下紫外灯照射30分钟，固化得到人工晶状体。
实施例5：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为人工晶状体，所述可变色人工晶状体的制备方法包括以下步骤：
1、前驱体溶液的制备：
取60微升直径为225纳米的单分散聚苯乙烯微球配置成质量浓度为45.0wt％的乳液。
2.前驱体溶液固化：
取上述乳液25微升，向其中加入25微升的甲基丙烯酸羟丙酯与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液(甲基丙烯酸羟丙酯与甲叉双丙烯酰胺的摩尔比为20:1)中，以Irgacure 2959(质量体积比为0.65％)为引发剂，0℃下紫外灯照射30分钟，固化得到人工晶状体。
实施例5：
本发明所述可变色植入式器件的一种实施例，所述植入式器件为棒状结构，所述棒状结构器件的制备方法包括以下步骤：
1、前驱体溶液的制备：
取60微升直径为225纳米的单分散二氧化硅微球配置成质量浓度为20.0wt％的乳液。
2.前驱体溶液固化：
取上述乳液25微升，向其中加入25微升的甲基丙烯酸羟乙酯、5微升四 乙烯基苯硼酸与甲叉双丙烯酰胺的混合溶液(甲基丙烯酸羟乙酯与甲叉双丙烯酰胺的摩尔比为20:1)中，以Irgacure 2959(质量体积比为0.65％)为引发剂，将混合液加入到特制模具中，0℃下紫外灯照射30分钟，再用超纯水洗三次后浸泡于4.0％氢氟酸溶液中移除光子晶体模板获得反蛋白石结构光子晶体植入式器件。
将制备得到的多功能光子晶体植入式器件通过光谱仪检测其反射峰位置，并拍摄记下光子晶体颜色，然后将其置于生理颜色与待测房水的混合液中3h。反应完毕后对比反应前后的颜色变化或反射峰位置来定量估计所测物质的浓度。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (44)

  1. 一种植入式器件，其特征在于，所述植入式器件含有光子晶体。
  2. 根据权利要求1所述的植入式器件，其特征在于，所述光子晶体分布在所述植入式器件的外表层、内表层、中间、贯穿的部分区域或全部区域。
  3. 根据权利要求1所述的植入式器件，其特征在于，所述光子晶体的结构为周期性排布的微纳米级凸起结构、凹坑结构，或微纳米级孔洞结构。
  4. 根据权利要求3所述的植入式器件，其特征在于，所述微纳米级凹坑结构、凸起结构或孔洞结构的尺寸为50nm～50μm，相邻凸起或凹坑间距为0.001nm～10μm。
  5. 根据权利要求3所述的植入式器件，其特征在于，所述微纳米级凹坑结构、凸起结构或孔洞结构的尺寸为50nm～30μm，相邻凸起或凹坑间距为0.1nm～8μm。
  6. 根据权利要求1所述的植入式器件，其特征在于，所述植入式器件包括人工晶状体或植入式镜片。
  7. 根据权利要求1所述的植入式器件，其特征在于，所述植入式器件为薄膜或柱状器件。
  8. 一种如权利要求1所述的植入式器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
    (1a)提供具有光子晶体结构的植入式器件模具；
    (2a)将植入式器件前驱体溶液加入到所述具有光子晶体结构的植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结构的植入式器件。
  9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过飞秒脉冲双光子聚合法形成。
  10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过将单分散微球乳液加入到植入式器件模具中自组装形成。
  11. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1a)中光子晶体结构通过将光子晶体颗粒或碎片加入到植入式器件模具中形成。
  12. 根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述单分散微球包 括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
  13. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
  14. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
  15. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2a)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
  16. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2a)中固化处理通过纳米压印或聚合方法实施。
  17. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2a)中固化处理后通过刻蚀剂刻蚀植入式器件上的光子晶体，得到具有微纳米级孔洞结构光子晶体的植入式器件。
  18. 根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀剂为苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、柠檬烯、四氢呋喃、氢氟酸、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和醋酸中的至少一种。
  19. 一种如权利要求1所述的植入式器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
    (1b)提供组装好的胶体光子晶体颗粒或薄膜；
    (2b)将组装好的胶体光子晶体颗粒或薄膜与植入式器件前驱体溶液混合后加入到植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结构的植入式器件。
  20. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1b)中 光子晶体颗粒或薄膜通过单分散微球乳液加入到含有表面活性剂的有机溶剂中或加入到固体基底上自组装形成。
  21. 根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
  22. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为硅油、氟油、烷烃油和正十六烷中的一种或多种。
  23. 根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述固体基底为模板、陶瓷、金属、塑料、橡胶、玻璃、硅片、石英片中的一种。
  24. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
  25. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
  26. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2b)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
  27. 根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2b)中固化处理通过聚合方法实施。
  28. 一种如权利要求1所述的植入式器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
    (1c)提供单分散微球、光子晶体颗粒或光子晶体碎片乳液；
    (2c)将单分散微球、光子晶体颗粒或光子晶体碎片乳液与植入式器件前驱体溶液混合后加入到植入式器件模具中，通过固化处理得到具有光子晶体结构的植入式器件。
  29. 根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1c)中单分散微球包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的至少一种。
  30. 根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括聚酯、水凝胶和硅胶中的至少一种的前聚体。
  31. 根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括聚氨酯、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰亚胺、纤维素、聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮、派瑞林(parylene)、硅胶、聚多巴胺、聚乙烯醇缩丁醛以及它们的衍生物、复合材料、改性材料中的至少一种的前聚体。
  32. 根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2c)中植入式器件前驱体溶液包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲叉双丙烯酰胺、四乙烯基苯硼酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种的组合。
  33. 根据权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2c)中固化处理通过聚合方法实施。
  34. 一种监测眼压或眼部生理指标的方法，其特征在于，包括：
    将如权利要求1-7任一所述的植入式器件植入眼中；
    通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标。
  35. 如权利要求34所述的监测眼压或眼部生理指标的方法，其特征在于，所述通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标，具体包括：
    使用反射光谱仪采集植入式器件颜色变化的反射光谱；
    根据颜色变化监测眼压或眼部生理指标。
  36. 如权利要求34所述的监测眼压或眼部生理指标的方法，其特征在于，所述通过观察植入式器件的颜色来监测眼压或眼部生理指标，具体包括：
    拍摄植入式器件的图片，利用软件分析所述图片的颜色变化；
    根据颜色变化监测眼压或眼部生理指标。
  37. 如权利要求34-36任一所述的监测眼压或眼部生理指标的方法，其特 征在于，所述眼部生理指标包括葡萄糖、过氧化氢、pH值和金属离子中的至少一种。
  38. 如权利要求37所述的监测眼压或眼部生理指标的方法，其特征在于，所述植入式器件中用于检测葡萄糖或过氧化氢的功能分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
  39. 如权利要求37所述的监测眼压或眼部生理指标的方法，其特征在于，所述植入式器件中用于检测金属离子的功能分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
  40. 一种检测生理指标的方法，其特征在于，包括：
    将如权利要求1-7任一所述的植入式器件与待检液进行特异性结合反应，反应完后，根据植入式器件的颜色或反射峰位置发生变化，计算待检测生理指标的浓度。
  41. 如权利要求40所述的检测生理指标的方法，其特征在于，所述生理指标包括葡萄糖、过氧化氢、pH值和金属离子中的至少一种。
  42. 如权利要求40所述的检测生理指标的方法，其特征在于，所述植入式器件中用于检测葡萄糖或过氧化氢的功能分子为苯硼酸类化合物或者葡萄糖氧化酶。
  43. 如权利要求40所述的检测生理指标的方法，其特征在于，所述植入式器件中用于检测金属离子的功能分子为冠醚、冠醚的衍生物或核酸适配体中的一种。
  44. 如权利要求40所述的检测生理指标的方法，其特征在于，所述待检液包括房水。
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