一种具有细胞膜仿生的可注射温敏性水凝胶人工晶状体材料及其制备方法与流程

本发明属于生物医用材料领域，特别涉及具体涉及一种细胞膜仿生的可注射温敏性水凝胶人工晶状体材料及其制备方法。

技术背景

白内障是一种常见的中老年眼病，主要表现为晶体本身或晶体囊浑浊，临床上只能借助手术，即白内障摘除加人工晶状体植入使患者复明。人工晶状体已应用于临床数十年，主要是由多聚物和交联剂组成。通过改变多聚物的化学组成，可以改变人工晶状体的折射率、硬度等特性。根据其硬度，可以分为硬性人工晶状体和软性人工晶状体，而软性人工晶状体又称为可折叠人工晶状体。硬性人工晶状体的主要材料是聚甲基丙烯酸酯（PMMA），虽然具有光学性能好的特点，但是由于其硬度高，容易造成角膜损伤，在手术中有诸多限制。可折叠的人工晶状体是目前临床上应用广泛的产品，可折叠人工晶状体材料主要有硅凝胶，亲水性丙烯酸酯和疏水性丙烯酸酯。其材料具有很好的柔韧性，手术切口小，术后反应较轻。但是，由于折叠人工晶状体受材料和植入方式的限制，容易引起眩光问题以及后发型白内障。

技术实现要素：

本发明的目的在于一种细胞膜仿生的可注射温敏性水凝胶作为人工晶状体材料，提高其生物相容性，减少植入后的并发症以及上皮细胞在人工晶状体表面的增生。本发明提供的水凝胶材料，不同于其他人工晶状体材料，具有温敏性的特点，并在材料中引入了具有细胞膜仿生的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱组分，提高了材料的生物相容性。该组分的细胞膜仿生特点可以有效阻抗蛋白质和眼内上皮细胞在人工晶状体表面和内部粘附和增生，减少人工晶状体植入后的炎症和其他并发症。

温敏性水凝胶在低温条件下具有很好的流动性，当调节温度达到设定温度时，材料发生凝胶，使其具有很好的力学强度。选择转变温度为人体温度的温敏性凝胶材料，在低温下注射入眼内，在体温条件下使其凝胶化，获得具有很好力学强度和光学性能的人工晶状体材料。这种植入方式可有效充满整个晶状体的囊袋，有效降低后发障，炫光等并发症。

人工晶状体的生物相容性直接影响术后长期的视功能。针对人工晶状体表面改性大部分研究均着眼于通过构建生物惰性或低黏附力的表面来抑制细胞黏附，减少与周围组织的相互作用，这样的表面有利于抑制炎性反应。为了构建低黏附力的表面，提高材料表面的亲水性能降低其表面非特异性蛋白吸附作用，构建与蛋白具有同种电荷的改性层能进一步增加对该蛋白的抵抗吸附作用。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶，由三种单体聚合而成，第一种单体为温敏性功能性单体；第二种单体为2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯或2-苯氧乙基丙烯酸酯；第三种单体为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱。

作为可选方式，在上述细胞膜仿生温敏性水凝胶中，所述温敏性功能性单体为N-异丙基丙烯酰胺或乙烯基吡咯烷酮或甲基丙烯酸二甲胺乙酯。

作为可选方式，在上述细胞膜仿生温敏性水凝胶中，第一种单体的用量占聚合单体总质量的20%~45%；第二种单体的用量占聚合单体总质量的20%~45%；第三种单体的用量占聚合单体总质量的10%~35%

作为可选方式，在上述细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶中，该材料由聚合单体、温敏性功能性单体和引发剂通过自由基聚合而成。

作为可选方式，在上述细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

作为可选方式，在上述细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶中，所述引发剂的用量占聚合物单体总质量的0.1%~2%。

作为可选方式，所述细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶材料，具有大于1.5的折光指数，光线透过率超过90%，形变回复率超过95%，适合作为人工晶状体材料。

本发明还提供了一种上述可注射细胞膜仿生可注射温敏性水凝胶的制备方法，其特征在于，将所述三种单体与引发剂进行自有基聚合而成。

作为可选方式，在上述制备方法中，将聚合单体与引发剂混合后在真空条件下50ºC~100ºC反应0.5~24 h，分离产物去除未反应的小分子单体，即得到温敏性水凝胶。

作为可选方式，在上述制备方法中，将聚合单体，温敏性功能性单体与引发剂按照一定比例在氮气保护下进行混合；混合均匀后注入玻璃模具中，然后置于真空烘箱中；首先在50 ºC~70 ºC反应0.5~24 h, ，然后将温度升至80~100 ºC，继续反应1~24小时。 反应结束后，将玻璃模具置于40ºC去离子水中进行溶胀平衡，聚合物材料脱模，期间通过更换去离子水去除未反应的小分子单体，最终得到敏性聚合物材料。

本发明中通过调整单体配比来调整材料的凝胶转变温度，得到机械性能、光学性能良好的水凝胶作为人工晶状体材料；具有大于1.5的折光指数，光线透过率超过90%，形变回复率超过95%，适合作为人工晶状体材料。

本发明还提供了一种上述的细胞膜仿生温敏性水凝胶的应用，其特征在于，将其用于可细胞膜仿生的温敏性人工晶状体。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

本发明作为人工晶状体材料的可注射温敏性水凝胶，通过注射的植入方式有效地减小了手术切口，避免术后并发症的出现；由于含有具有细胞膜仿生的磷酰胆碱成分，使得材料具有高度的生物相容性，可以有效阻抗蛋白质和眼内上皮细胞在人工晶状体表面和内部粘附和增生，减少人工晶状体植入后的炎症反应。同时，有效避免疏水性人工晶状体植入眼内的微泡现象和镜面效应所致的眩光问题。

具体实施方式：

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。

以下实施例中所用部分原料结构式如下表所示：

实施例1：

选用单体：第一种单体为N-异丙基丙烯酰胺，第二种单体为2-苯氧乙基丙烯酸酯，第三种单体2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱，引发剂为偶氮二异丁腈。其中N-异丙基丙烯酰胺含量为40%，2-苯氧乙基丙烯酸酯为40%，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱为19%，偶氮二异丁腈1%。将可聚合单体和引发剂在氮气保护下混合均匀后注入玻璃模具，在烘箱内60ºC加热聚合18小时，然后将温度升至90ºC，继续反应6小时。将玻璃模具置于40 ºC的去离子水中进行溶胀平衡，聚合物材料脱模，期间通过更换去离子水去除未反应的小分子单体，最终得到能够作为人工晶状体材料的温敏性聚合物材料。该材料在12 ºC以下水溶性好，具有很好的流动性，可进行注射操作；当温度在体温37 ºC时，该聚合物的水溶液迅速凝胶化，具有很好的力学强度和光学性能；该凝胶材料的屈光指数为1.52，37 ºC凝胶时间为5 min，平衡水含量为15%，光线透过率大于90%，形变回复率超过95%。

HUVEC细胞黏附实验：将HUVEC细胞在37 ºC培养48 h后在荧光显微镜观察。结果如图1所示，A图为不含磷酸胆碱的聚合物材料，可以看出表面黏附大量细胞，B图显示含有磷酸胆碱材料表面黏附细胞情况，表明经过磷酸胆碱修饰材料具有很好的抗细胞黏附性能，这是由于磷酸胆碱两性离子使得材料表面形成水合层，有效的阻止细胞的黏附。本实施例所得材料具有优异的抗细胞黏附性能。

实施例2：

选用单体：第一种单体为乙烯基吡咯烷酮，第二种单体为2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯，第三种单体2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱，引发剂为偶氮二异丁腈。其中乙烯基吡咯烷酮含量为40%，2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯为45%，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱为14%，偶氮二异丁腈1%。将可聚合单体、引发剂在氮气保护下混合均匀后注入玻璃模具，在烘箱内70 ºC加热聚合8小时，然后将温度升至100 ºC，继续反应12小时。将玻璃模具置于去40 ºC的离子水中进行溶胀平衡，聚合物脱模，期间通过更换去离子水去除未反应的小分子单体，最终得到能够作为人工晶状体材料的温敏性聚合物材料。该材料在15 ºC以下具有很好的水溶性，具有很好的流动性，可进行注射操作；当温度在体温37 ºC时，该聚合物的水溶液迅速凝胶化，具有很好的力学强度和光学性能；该材料的屈光指数为1.5，37 ºC凝胶时间为10 min，平衡水含量为12%，光线透过率大于90%，形变回复率超过95%。

HUVEC细胞黏附实验：将HUVEC细胞在37 ºC培养48 h后在荧光显微镜观察。结果如图2所示，A图为不含磷酸胆碱的聚合物材料，可以看出表面黏附大量细胞，B图显示含有磷酸胆碱材料表面黏附细胞情况，表明经过磷酸胆碱修饰材料具有很好的抗细胞黏附性能，这是由于磷酸胆碱两性离子使得材料表面形成水合层，有效的阻止细胞的黏附。本实施例所得材料具有优异的抗细胞黏附性能。

实施例3：

选用单体：第一种单体为甲基丙烯酸二甲胺乙酯，第二种单体为2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯，第三种单体2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱，引发剂为偶氮二异丁腈。其中甲基丙烯酸二甲胺乙酯含量为43%，2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯为42%，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱为14%，偶氮二异丁腈1%。将可聚合单体和引发剂在氮气保护下混合均匀后注入玻璃模具，在烘箱内60 ºC加热聚合16小时，然后将温度升至100ºC，继续反应8小时。将玻璃模具置于40 ºC的去离子水中进行溶胀平衡，聚合物脱模，期间通过更换去离子水去除未反应的小分子单体，最终得到能够作为人工晶状体材料的温敏性聚合物材料。该材料在7 ºC以下具有很好的水溶性，具有很好的流动性，可进行注射操作；当温度在体温37 ºC时，该聚合物的水溶液迅速凝胶化，具有很好的力学强度和光学性能；该材料的屈光指数为1.54，37 ºC凝胶时间为7 min，平衡水含量为17%，光线透过率大于90%，形变回复率超过95%。

HUVEC细胞黏附实验：将HUVEC细胞在37 ºC培养48 h后在荧光显微镜观察。结果如图3所示，A图为不含磷酸胆碱的聚合物材料，可以看出表面黏附大量细胞，B图显示含有磷酸胆碱材料表面黏附细胞情况，表明经过磷酸胆碱修饰材料具有很好的抗细胞黏附性能，这是由于磷酸胆碱两性离子使得材料表面形成水合层，有效的阻止细胞的黏附。本实施例所得材料具有优异的抗细胞黏附性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言，仅仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明专利要求所限定的范围内，可对其进行许多改变、修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。