具有光催化涂覆的人工水晶体的制作方法

专利名称：具有光催化涂覆的人工水晶体的制作方法
技术领域：
本发明系关于一种人工水晶体，其表面上具有一光催化物质涂层，该光催化物质涂层在一光线通经该光学水晶体本体时会被激发而释出自由基，以氧化分解沾附于光学水晶体本体表面之微生物与细胞。
背景技术：
白内障手术是目前世界上最常进行的眼科手术之一(Javitt，J.C.etal.，1996，Annu Rev Public Health.，17159-77)。所谓的白内障就是水晶体混浊。正常人的水晶体是透明的，如此外界的影像可经由水晶体成像至视网膜，故吾人可清楚看见外界的影像。若水晶体混浊，这会导致外界的影像无法经由水晶体而成像至视网膜，进而影响到视力。
一般而言，年龄越大者发生白内障的可能性就越高，根据统计，七十岁以上的老年人百分之七十会出现白内障病况。如果病人因水晶体混浊无法看见外界的影像，便需要进行白内障手术。白内障手术包括水晶体囊外摘除及人工水晶体植入术。但是，于白内障手术后亦可能产生并发症，例如眼内炎(endophthalmitis)与续发性白内障(after-cataract)(Legro，M.W.，1991 Aug，Ophthalmic Surg.，22(8)431-43)眼内炎是白内障手术最严重的并发症，术后发生率为0.05％至0.5％。眼内炎的特征是眼前房(anterior chamber)及眼玻璃体腔(vitreouscavity)蓄脓。一旦产生眼内炎，病人往往会丧失视力，甚至需要将眼球摘除(Leiesegang，T.J.，2001，Current Opinion in Ophthalmology，1268-74)。
眼内炎的主要原因是手术时细菌进入至眼前房，再经由瞳孔及水晶体的前表面进入水晶体囊袋到玻璃体腔所引起。好发于眼内炎的常见微生物有，例如金黄色葡萄球菌、链球菌、大肠杆菌与绿脓杆菌等等。
虽然强效性抗生素可被用来治疗眼内炎，抗生素治疗会引发抗药性菌株的产生。而且虽曾有许多方法被提出以用于预防眼内炎，诸如在手术当中于眼内施予灌注强效抗生素或于手术后施予强效抗生素的结膜下注射，但此等传统方法皆无法有效地降低眼内炎之发生率(Ciulla，T.A.et al.，2002，Ophthalmology，10913-26)。因此，眼内炎是眼科医生最大的挑战与梦餍续发性白内障是白内障摘除过程中最常见的并发症，术后发生率约为5-50％。续发性白内障是白内障手术后残余的水晶体上皮细胞增殖并移行至水晶体后囊(posterior capsule)所引起。续发性白内障会导致视径混浊，使外界影像无法折射至视网膜而严重影响视力(Steinert，R.F.et al.，1991 Oct 15，Am J Ophthalmol.，112(4)373-80)。
目前已有许多方法被提出以用于防治续发性白内障。例如，US6,248,734揭示在将水晶体晶核摘除后，于眼内注入绿紫质(greenporphyrin)等药物来抑制水晶体囊袋(capsular bag)内之上皮细胞。
另外，US 5,273,751揭示在将水晶体晶核摘除后，藉由眼内灌洗液酸碱度的改变来抑制水晶体囊袋内之上皮细胞，以达到预防续发性白内障之效果。另外，亦有人揭示使用肝素覆膜之人工水晶体来抑制水晶体囊袋内之上皮细胞，以达到预防续发性白内障之效果(Takao，T.etal.，2000，J Cataract Refract Surg.，261409-1412)。
而目前最有效的续发性白内障的治疗是钕雅克雷射后囊切开术(YAG LASER Capsulotomy)。然而，YAG后囊切开术可能导致视网膜剥离，进而引起视力丧失等严重的并发症(Steinert，R.F.et al.，1991 Oct.15，Am J Ophthalmol.，112(4)373-80)。
本发明系将一光催化物质涂层涂布于人工水晶体其至少一表面上，以预防与降低续发性白内障脏及眼内眼的机率。光催化物质(亦称光催化)是一群可受光激发的物质，其可受太阳辐射(特别是紫外光(UV)或近紫外光)激发而释出具氧化力的自由基。该等自由基可攻击、氧化或摧毁有机物(例如，细菌及人类细胞)。US 6,290,180揭示一群作为半导体光催化物质之光催化，包含有TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CaTiO3、MoO3、NbO5、KNbO3、SrTiO3、CdS、Fe2O3、Ta2O5以及Tix(Zr1-x)O2(其中x＝0或1)。在这些光催化中，以无毒性的二氧化钛光催化之应用最广，且美国食品药物检验局(FDA)已认可TiO2为一对人体无害之安全物质。目前TiO2已被广泛应用作为食品添加剂，或是于化妆品添加剂中作为UV吸收剂。
TiO2可藉由太阳能(特别是在紫外光或是近于紫外光之波长下)之放射能量而被激发。经光反应而被激发的TiO2本身会产生一组各带正负电的电洞与电子的载子。电洞具有强大的氧化能力，电子亦具有超强还原能力，在经与TiO2上的水气(H2O)或是氧气分子相反应后，会制造出具高氧化力的自由基，诸如超氧化阴离子(superoxide anion)或过氧化自由基(hydorxyl radical)。
据文献报告，使用具光催化性质的二氧化钛微粒，可以吸收紫外光能量而放出自由基，进而达到杀菌与去毒性效用(Sunada，K.et al.，1998，Environmental Science & Technology，32(5)726-728)。亦有文献指出，具光催化性质的二氧化钛微粒可被紫外光所激发而放出自由基，进而消灭人类子宫颈癌细胞(Cai，R.et al.，1992，Cancer Research，522346-2348)。
US 6,235,351揭示将TiO2涂布于一受污染之表面，可以去除化学性与生物性污染物。但对于TiO2或其它具光催化反应之材料能否被使用于人工水晶体之制造，此件前案是完全只字未提。
US 5,958,194揭示将氧化钛涂覆于隐形眼镜上，以增加隐形眼镜之透氧率、亲水性。此外，由氧化钛所形成的光催化物质涂层亦会吸收紫外光的能量，而使隐形眼镜具有自我清洁能力，同时也降低紫外光对眼睛的辐射性。但此件前案同样地也没有提供任何有关将氧化钛或其它具光催化反应之材料使用于人工水晶体之制造上的具体明示或暗示。
另查，与人工水晶体的抗菌性与抗续发性白内障作用相关之专利前案与文献资料，如下所述US 5,843,186揭示将具有抗微生物能力之电离子透析聚合物(iontophoretic polymer)涂覆于人工水晶体上，以达到抗菌效果。但此件前案之揭露内容中未见有利用TiO2或其它具光催化反应之材料进行光催化反应以抗菌之教示。
US 5,375,611揭示利用一浸泡方式将一种具有抗微生物能力之含钛聚乙烯醇复合物(PVA Titanium complex)附着于人工水晶体之表面上，以达到抗菌效果。但此件前案之揭露内容中未见有利用TiO2或其它具光催化反应之材料进行光催化反应以抗菌之教示。
US 6,248,734揭示在植入一人工水晶体之前，对标的水晶体上皮细胞注射以一适量之一光敏剂(特别是苯并紫质衍生物(benzoporphyrinderivatives，BPD))，并在作用时间内对该光敏剂给予一适当波长之照射而进行光动力治疗(photodynamic therapy)，俾以去除增生的水晶体上皮细胞。但此件前案之揭露内容中未见有利用TiO2或其它具光催化反应之材料进行光催化反应来抑制续发性白内障之教示。
基于以上所述，对于本技艺而言，发展出一种能有效预防与抑制白内障手术病人于术后发生诸如眼内炎及续发性白内障之并发症的人工水晶体，实存在有一迫切之需要。

发明内容
针对习知技术所存在之缺点，本案发明人经多方研究后，于本发明中提供一种于表面上具有一光催化物质涂层的人工水晶体，该光催化物质涂层在有一外界光线通经该人工水晶体的光学水晶体本体时会被激发而释出自由基，以氧化分解沾附于光学水晶体本体表面之微生物与细胞，以预防与降低续发性白内障及眼内眼的机率。
在第一个方面，本发明提供一种人工水晶体，其包含一光学水晶体本体(optical lens body)，此一光学水晶体本体亦可称为人工水晶体光学区(optic zone)；及一涂覆在该光学水晶体本体之表面之至少一部份之光催化物质涂层(a layer of a photocatalytic material)。具体而言，本发明的人工水晶体的光学水晶体本体具有一前表面(front surface)与一后表面(rear surface)，且进一步包括从该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件(lens positioning means extending laterally from theoptical lens body)，用以将该光学水晶体本体安置在一使用者的眼球(eyeball)内。在一较佳具体实施例中，本发明的人工水晶体的光催化物质涂层系被涂覆在该光学水晶体本体的前表面与后表面之至少一者的至少一部份上，藉此，在光线通经该光学水晶体本体时，该光催化物质涂层被激发而释出会展现抗微生物及细胞效用之自由基。
在第二个方面，本发明提供一种制造人工水晶体之方法，其包含下列步骤(a)提供一光学水晶体本体；以及(b)将一光催化物质涂覆于该光学水晶体本体的至少一个表面的至少一部份上，而形成一光催化物质涂层。
在一较佳具体实施例中，该方法的步骤(a)所提供的光学水晶体本体具有一前表面及一后表面，并进一步包括从该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件，用以将该光学水晶体本体安置在一使用者的一眼之眼球内。关于该发明的方法的步骤(b)，较佳可采用一种选自于下列所组成的群组的技术进行蒸镀法、溅镀法、化学气相沉积法、电浆化学气相沉积法、物理气相沉积法、光催化物质纳米微粒物理沉积法以及凝胶涂布法。
本发明之其它目的、特征及优点，在参照以下详细说明并配合随文检附的图所示后，将变得明显，在附图中


图1是本发明的人工水晶体的具体实施例的示意平面图。
图2是本发明的人工水晶体的具体实施例的剖视图，其显示在该人工水晶体的光学水晶体本体之前表面与后表面具有光催化物质涂层。
图3A是本发明的人工水晶体于人类眼球内的示意平面图，其中该人工水晶体的光学水晶体本体的前表面具有一光催化物质涂层，当外界光线经过瞳孔而到达该人工水晶体的光学水晶体本体的前表面时，会激发此一光催化物质涂层放出自由基，氧化分解沾附于水晶体前表面的细菌，达到预防与抑制眼内炎的效果。
图3B是图3A所示的光学水晶体本体的前表面的放大图，其显示沾附于水晶体前表面的细菌，会被此一光催化物质涂层所放出的自由基氧化分解。
图4A是本发明的人工水晶体于人类眼球内的示意平面图，其中该人工水晶体的光学水晶体本体的后表面具有一光催化物质涂层，当外界光线经过瞳孔而到达该人工水晶体的光学水晶体本体的后表面时，会激发此一光催化物质涂层放出自由基，氧化分解沾附于水晶体后表面的水晶体上皮细胞。达到预防与抑制续发性白内障的效果。
图4B是图4A所示的光学水晶体本体的后表面的放大图，其显示沾附于水晶体后表面的水晶体上皮细胞，会被此一光催化物质涂层所放出的自由基氧化分解。
图5A是本发明的实验设计的示意图，其显示本发明的人工水晶体的光学水晶体本体置放于试验盘的井孔内，以进行细菌或细胞生长抑制试验。
图5B是图5A所示的试验盘的井孔之放大剖面图，其显示本发明的人工水晶体的光学水晶体本体被放在试验盘的井孔内，且被细胞悬浮液覆盖，再以UV光予以照射处理。
图6是显示本发明的人工水晶体对于大肠杆菌的分解效果的柱状图，其中以MDA数值作为测定指针。
图7是显示本发明的人工水晶体对于大肠杆菌存活率的影响的柱状图。
图8是显示本发明的人工水晶体对于人类水晶体上皮细胞生长之分解效果的柱状图，其中以MDA数值作为测定指针。
图9是显示本发明的人工水晶体对于人类水晶体上皮细胞菌存活率之影响的柱状图。
组件标号对照表1 人工水晶体2、50 光学水晶体本体3、30 水晶体置放构件6 释出的自由基8 菌液/细胞悬浮液21 光学水晶体本体的前表面22 光学水晶体本体的后表面31、32 脚架41、42 光催化物质涂层53 光线54 水晶体囊袋
61位于前房之微生物62位于后囊之水晶体上皮细胞具体实施方式
本发明所运用的机制是，光线会经由水晶体折射而至视网膜呈像的这个自然机制。依据本发明，一光催化物质被涂覆在一人工水晶体的光学水晶体本体的至少一个表面的至少一区域上而形成一光催化物质涂层。因此，当该光催化物质涂层吸收紫外线后，其会被激发而释出具氧化力之自由基，包括超氧化阴离子(superoxide anion)或过氧化自由基(hydorxyl radical)，该等具氧化力之自由基会氧化分解附着于水晶体的细菌或水晶体上皮细胞，而达到预防与抑制眼内炎与续发性白内障的发生之效果。
在此一构想下，本发明提供一可预防与抑制眼内炎及续发性白内障之人工水晶体，其包括一光学水晶体本体及一涂覆在该光学水晶体本体之表面之至少一部份之光催化物质涂层。具体而言，本发明的人工水晶体的光学水晶体本体包括一前表面与一后表面，且进一步包括从该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件，用以将该光学水晶体本体安置在一使用者的眼球的水晶体囊袋(capsular bag)、睫状体沟(ciliary sulcus)及前房(anterior chamber)。此外，本发明的人工水晶体的光催化物质涂层是被涂覆在该光学水晶体本体的前表面与后表面之至少一者的至少一部份上，藉此，在光线通经该光学水晶体本体时，该光催化物质涂层被激发而释出会展现抗微生物或细胞效用之自由基。
较佳地，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体之前表面上。在本发明之一较佳具体例中，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体之前表面的一个会接触一使用者的眼球的眼前房之区域上。在本发明之另一较佳具体例中，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体之后表面的一个会接触一使用者的一眼的水晶体囊袋区域上。
在本发明之一更佳具体例中，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体的整个前表面上。当外界光线经过瞳孔而到达该人工水晶体的光学水晶体本体的前表面时，此一光催化物质涂层放出自由基，氧化分解沾附于水晶体前表面的细菌。因此，前述具体例之人工水晶体具有预防与抑制眼内炎的效果。
在本发明之另一较佳具体例中，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体之后表面上，当外界光线经过瞳孔而到达该人工水晶体的光学水晶体本体的后表面时，会激发此一光催化物质涂层放出自由基，氧化分解沾附于水晶体后表面的水晶体上皮细胞。达到预防与抑制续发性白内障的效果。因此，此具体例之人工水晶体适用于预防续发性白内障的发生。
在本发明之另一较佳具体例中，该光催化物质涂层被涂覆在该光学水晶体本体之前表面与后表面上，因此，此具体例之人工水晶体可展现预防眼内炎与续发性白内障之双重功效。
适用于本发明的光催化物质可选自下列所组成的群组的物质，但不限于钛氧化物、ZnO、SnO2、WO3、CaTiO3、MoO3、NbO5、KNbO3、SrTiO3、CdSe、Fe2O3、Ta2O5、Tix(Zr1-x)O2(其中x＝0或1)以及CdS。
在本发明之一较佳具体例中，该光催化物质是选自下列所组成的群组的钛氧化物一氧化钛(titanium monoxide)、二氧化钛(titaniumdioxide)、三氧化二钛(dititanium trioxide)以及五氧化三钛(trititaniumpentoxide)。更佳具体例中，该光催化物质是二氧化钛。在一依据本发明之较佳具体例中，由于考虑到形成于人工水晶体的表面上之光催化作用涂层是否会否产生光线的干涉，该光催化物质涂层具有介于2nm至200nm范围之厚度。此外，要说明的是，经由光照而从该光催化物质涂层被激发产生的自由基大约仅有约纳米秒单位之作用时间，且其影响范围亦仅纳米尺的单位移动量(Pirkanniemi，K.et al.，2002，Chemophere 481047-1060)，因此仅会对附着于人工水晶体表面的有机物(例如微生物或是水晶体上皮细胞)进行氧化分解反应。
本案发明人亦有考虑当人工水晶体被置放于人体内时，是否可能影响产生其它非所欲的作用。而因为一般在进行眼科手术时，人工水晶体通常是被植入至水晶体囊袋(capsular bag)内，在囊袋的前后并无重要眼部组织相邻，且被激发产生的自由基其影响范围亦仅纳米尺的单位移动量，不会对纳米尺的单位移动量外的组织进行氧化分解反应。
因此，该植入的人工水晶体不会对视觉组织产生不利影响。
至于，该人工水晶体的光学水晶体本体，其可由选自下列所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅酮聚合物(silicone polymer)与丙烯酸聚合物(acrylic polymer)。
该水晶体置放构件与该光学水晶体本体可为一体成型制造的。或者，该水晶体置放构件与该光学水晶体本体被分开制造，然后再予接合。
在一依据本发明的较佳实施例中，该水晶体置放构件包括两个脚架，该等脚架各有一端部被侧向地连接于该光学水晶体本体上，俾以将该光学水晶体本体安置在使用者的眼球内。
较佳地，该脚架是以选自下列所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯(polypropylene，PP)与聚偏氟乙烯(polyvinylidenedifluoride，PVDF)。
在一依据本发明的较佳实施例中，该人工水晶体是一种可折叠之人工水晶体。
现在参照图1，其显示本发明的人工水晶体的具体实施例。在图1中，人工水晶体1包含一个光学水晶体本体2，以及由脚架31、32所构成之水晶体置放构件3。如图2所示，该光学水晶体本体2具有一前表面21(亦即面向眼前房的表面)与一后表面22(亦即面向玻璃体腔的表面)。
该光学水晶体本体2主要是用于影像折射，而该水晶体置放构件主要是用于将该光学水晶体本体2定位于使用者的眼球之水晶体囊袋的适当位置处。
脚架31、32可为具可挠性的，且可与该光学水晶体本体2被一体成形地制造或是分开地制造。若脚架31、32与光学水晶体本体2是一体成型制成的，其等可采用相同材质来制造；若脚架31、32与光学水晶体本体2是分开制造的，其等可采用相同或不相同材质来制造。
在本发明中，该光学水晶体本体2可由选自下列组成的群组的物质而制成聚甲基丙酸甲酯、丙烯酸聚合物或硅酮聚合物。而水晶体置放构件3(即脚架31、32)可由选自下列所组成的群组的物质而制成聚甲基丙酸甲酯、聚丙烯或聚偏氟乙烯。
依据本发明，为使人工水晶体能具有抗微生物或水晶体上皮细胞的效果以及能达到预防眼内炎、续发性白内障发生的目的，可将一光催化物质涂覆在光学水晶体本体2的至少一个表面上，俾以形成一光催化物质涂层。
例如，图2显示在光学水晶体本体2的前表面21与后表面22上各形成有一个光催化物质涂层41、42。为使该光催化物质涂层能为一通经该光学水晶体本体的光线所激发，该光催化物质应被涂覆在光线射入至该光学水晶体本体时的视觉路径上。于是，若该光催化物质涂层是形成于光学水晶体本体之前表面上，该光催化物质涂层会利用光线通经该光学水晶体本体折射至至视网膜呈像的这个自然机制，吸收光线的紫外光而释出自由基，而得以消灭存在于眼前房内的微生物，进而预防与抑制眼内炎。参见图3A，其显示光学水晶体本体的前表面21具有光催化物质涂层41的人工水晶体被置于眼球内，且光线由外界通经该人工水晶体的光学水晶体本体而激发该光催化物质涂层41，因而从该光催化物质涂层41释出自由基6，以氧化分解存在于眼前房内的微生物61。
而若该光催化物质涂层是形成于光学水晶体本体之后表面上，该光催化物质涂层会吸收外界进入瞳孔的光线的紫外光而放出自由基，而得以消灭残存于水晶体后囊的上皮细胞，因此续发性白内障难以形成，而视觉路径得以保持清澈。参见图4A，其显示一于光学水晶体本体的后表面22上具有光催化物质涂层42的人工水晶体被置于眼球内，且外界光线通经该人工水晶体的光学水晶体本体而活化该光催化物质涂层42，因而从该光催化物质涂层42释出自由基6，以氧化分解残存于水晶体后囊的上皮细胞62。
在另一方面，本发明亦提供一种制造人工水晶体之方法，其包含下列步骤(a)提供一光学水晶体本体；以及(b)将一光催化物质涂覆于该光学水晶体本体的至少一个表面的至少一部份上，以形成一光催化物质涂层。
在较佳具体实施例中，本发明的方法的步骤(a)所提供的光学水晶体本体包括一前表面及一后表面，并进一步包括从该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件，用以将该光学水晶体本体安置在一使用者的一眼之眼球内。本发明的方法的步骤(a)所提供的光学水晶体本体可根据先前技术制得。在一较佳具体实施例中，该光学水晶体本体是由聚甲基丙烯酸甲酯、硅酮聚合物或丙烯酸聚合物所制成。较佳的该光学水晶体本体其直径为5.0mm至9.0mm之间，而该水晶体置放构件包括两个脚架，其是由聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚偏氯乙烯所制成。该脚架可为可挠型或固定型，该光学水晶体本体与该水晶体置放构件可一体成型制造或分开制造。
在一较佳具体实施例中，本发明的方法的步骤(b)是将光催化物质涂覆于该人工水晶体本体的前表面而形成光催化物质涂层，其可接触使用者的眼球的眼前房区域。于此，该光催化物质涂层可经光线激发而释出自由基，其可消灭存在于眼前房的微生物。在另一较佳具体实施例中，本发明的方法的步骤(b)是将光催化物质涂覆于该人工水晶体本体的后表面而形成光催化物质涂层，其可接触使用者的眼球的水晶囊袋区域。于此，该光催化物质涂层可经光线激发而释出自由基，其可消灭存在于水晶囊袋的上皮细胞。
除了目前被普遍作为光催化物质的二氧化钛之外，适用于本发明的方法的光催化物质包括但不限于下列所列举的化合物钛氧化物、ZnO、SnO2、WO3、CaTiO3、MoO3、NbO5、KNbO3、SrTiO3、CdSe、Fe2O3、Ta2O5、Tix(Zr1-x)O2(其中x＝0或1)以及CdS；更佳者为选自于下列所组成的群组所组成的群组的钛氧化物一氧化钛、二氧化钛、三氧化二钛、五氧化三钛，以及此等之组合。又更佳地，本发明所用的光催化是TiO2。
另外，考虑到形成于光学水晶体本体的表面的光催化物质涂层是否会产生光线的干涉，本发明的方法的步骤(b)所形成的光催化物质涂层较佳地具有介于2nm至200nm范围的厚度。
关于本发明的方法的步骤(b)，也就是将光催化物质涂覆于光学水晶体本体之至少一表面上的方法，可以参照下列前案专利或文献中所揭示之方法来实施US 5,958,194；以及Ohko，Y.et al.，2001，J BiomedMater Res(Appl Biomater)，5897-101。
特别地，本发明可以采用一种选自于下列所组成的群组之技术将该光催化物质涂覆于人工水晶体的光学水晶体本体之至少一表面上蒸镀法、溅镀法、化学气相沉积法、电浆化学气相沉积法、物理气相沉积法、光催化物质纳米微粒物理沉积法以及凝胶涂布法。
在一较佳实施例中，可使用光催化物质纳米微粒物理沉积法，将含光催化物质纳米微粒之人工玻璃体(成份为玻尿酸；Hyaluronicacid)、涂布于光学水晶体本体之至少一表面上。
在另一较佳实施例中，该光催化物质系藉由一包括下列操作步骤的蒸镀法，而被涂覆于人工水晶体的光学水晶体本体之至少一表面上操作方法如下将待沉积光催化物质涂层的光学水晶体本体置于蒸镀机内之反应室，较佳地，光学水晶体本体材质为硅酮聚合物。然后将此一反应室条件控制于压力1×10-4至5×10-4Torr，温度介于摄氏200至300度之间，再以8KeV，0.2A(1600W)电子束加热位于蒸镀机反应炉钳锅之五氧化三钛使其蒸发。在加热的过程中我们将分压介于2×10-5至10×10-5Torr的氧气加入反应炉中，使得具光催化性质的钛氧化物沉积于该光学水晶体的表面，此一具光催化性质的钛氧化物的厚度可以藉由椭圆厚度测定仪测定折射系数来监控，较佳是形成一厚度为2至200nm之光催化物质涂层。
本发明将就下面实验来作进一步说明，但应了解的是，该等实施例仅为例示说明之用，而不应视为本发明的限制条件。
实施例1本发明的人工水晶体的制备将直径6mm，厚1mm之硅酮聚合物置于蒸镀机内之反应室。然后将此一反应室条件控制于压力1×10-4至5×10-4Torr，温度介于摄氏200至300度之间，再以8KeV，0.2A(1600W)电子束加热位于反应炉钳锅之五氧化三钛使其蒸发。在加热的过程中我们将分压介于2×10-5至10×10-5Torr的氧气加入反应炉中，使得具光催化性质的钛氧化物沉积于形成一厚度为100nm之光催化物质涂层该硅酮聚合物的表面，此一具光催化性质的钛氧化物的厚度可以藉由椭圆厚度测定仪测定折射系数来监控。
实施例2微生物培养大肠杆菌的培养于下列实施例中所使用之微生物系为一大肠杆菌菌株(ATCC27325)。将大肠杆菌(ATCC 27325)接种于100ml的LB培养液内，并将该培养液置于一温度为30℃且震荡速率为200rpm之培养箱内进行振荡培养历时18小时。之后，培养液藉由7800xg、15分钟的离心作用处理以收集大肠杆菌细胞，并予以清洗再悬浮于已灭菌过之去离子水中。大肠杆菌菌液浓度系使用一具660nm波长之分光光度计(型号stronic 21 Milton Roy Co.)来作混浊度测量而被确定。
水晶体上皮细胞培养下列实施例中所使用之上皮细胞系为人类水晶体的上皮细胞(ATCC CRL-11421；B3 cell)。人类水晶体上皮细胞被置放于一个温度为37℃、湿度为100％与二氧化碳浓度为5％条件的培养皿内并进行培养。培养液是一种包含有小牛血清(10％)、盘尼西林(100U/ml)、适量的链霉素以及硫酸盐(100U/ml)所混合的伊格氏最低基本培养基(Eagles′sminimum essential medium)。进行细胞培养的培养液于一定时间予以更换一次。于下面实施例中系取用新鲜培养出的上皮细胞并散浮于平衡盐溶液(balanced salt solution，Alcon Laboratories Inc.，USA)内来进行实验。
实施例3人工水晶体之抗微生物活性试验本实验是利用上述方法所制得的具有光催化物质涂层的人工水晶体作测试，以了解该人工水晶体的抗微生物能力。
实验方法首先，如图5A所示，将于上表面带有由TiO2所构成的光催化物质涂层41的光学水晶体本体2(直径为6mm)置入于一具有内径为6mm的井孔之测试盘中。接着，将0.5ml的2×105pfu/ml之大肠杆菌菌液放入各个测试井孔内，再将该测试盘放置到一个具紫外光的培养箱内进行培养。图5B显示一个光学水晶体本体50被放在一试验盘的井孔内，且被覆盖细胞悬浮液8，再以UV光予以照射处理之情形。
本实验中，紫外光是藉由波长375nm，亮度40w之黑灯管(F40/BL，Sylvania)而来。而试验盘的井孔照度为8W/m2.，其照度测量是藉由一长波长紫外光测定仪(型号J-221，UVP Inc.，San Gabriel，Calif)来测量各测试井孔中央表面的光照度。
各实验组与对照组如下述第一组于测试井底部置入不带有光催化物质涂层的光学水晶体本体，且不进行紫外灯照射；第二组于测试井底部置入不带有光催化物质涂层的光学水晶体本体，并予以紫外灯照射(N＝12)；第三组于测试井底部置入于上表面带有由TiO2所构成的光催化物质涂层41的光学水晶体本体，但不以紫外灯照射(N＝12)；第四组于测试井底部置入于上表面带有由TiO2所构成的光催化物质涂层的光学水晶体本体，并予以紫外灯照射(N＝12)；第五组于测试井底部置入不带有光催化物质涂层的光学水晶体本体，且不进行紫外灯照射，此组作为Mock组(N＝12)。
待作用1小时之后，取出各测试井孔内的菌液来进行(一)脂肪过氧化反应测定，以及(二)菌数测定。
(一)脂肪过氧化反应测定方法依据本发明之带有光催化物质涂层的光学水晶体本体对于大肠杆菌之光催化效应系藉由脂肪过氧化反应而被测定。所依据之原理与所利用的方法与实施步骤可参照Manes，P.C.et al.，1999 Sep，AppliedEnvironmental Microbiology，pp.4094-4098之揭示内容。
在此处所进行的脂肪过氧化反应测定，系以丙二醛(malondialdehyde，MDA)的形成来作为一测定指针，以测量脂肪的过氧化量，并基于MDA与硫代巴比土酸(thiobarbituric acid，TBA)于反应时会形成一粉红色MDA-TBA产物，而得以定量MDA。
MDA实验过程叙述如下首先，从照光/不照光的各测试井孔中吸取出1ml的细胞悬浮液并与10％的三氯乙酸2ml相混合，所形成的固体以11000xg离心35分钟而被移除，继而再进行额外的20分钟离心，俾以确保细菌细胞与沉淀的蛋白质有被完全移除。
接着，将3ml新鲜配制的0.67％TBA(Sigma chemical Co.)溶液加入至前面处理所得到的悬浮液中，继而予以离心，由此所得到的样品以沸水水浴予以培育10分钟后再将之冷却。在532nm下，利用一分光光度计(Cary 5E，Varian Instruments，Sugar Lane，Tex.)来测定样品的吸光值。所形成的MDA浓度系依据一由MDA(Sigma chemical Co.)与TBA所形成的复合物的一个标准曲线而被计算出。脂肪的过氧化反应系以nmole MDA/细菌细胞来作表示。
结果如图6所示，第一组的MDA浓度为0.71±0.29×10-6nmole/细菌细胞；第二组的MDA浓度为0.69±0.27×10-6nmole/细菌细胞；第三组的MDA浓度为0.74±0.21×10-6nmole/细菌细胞；以及第四组的MDA浓度为2.6±0.232×10-6nmole/细菌细胞。这些结果清楚显示出本发明之带有光催化物质涂层的人工水晶体确实可以在光的激发下释出自由基并对大肠杆菌产生过氧化反应，而有效地达到抗菌效果(单向的ANOVA，P＜0.01具显著性)。
(二)菌数测定以一接种环从各组的细菌悬浮液沾取少许菌液分别涂布于LB琼胶上来作平盘培养，经24小时培养后，分别计算各组与Mock组的比值，以计算菌落存活率。
如图7所示，第一组为113±23％，第二组为123±21％，第三组为109±19％，以及第四组为21±4％。此等结果显示出，带有光催化物质涂层的光学水晶体本体可以在光的激发下释出自由基，而将大肠杆菌过氧化，因此涂菌后的菌落数最少(单向的ANOVA，P＜0.01具显著性)。
以上实验结果显示出，本发明之带有光催化物质涂层的人工水晶体可在光的激发下释出自由基，而有效地氧化分解细菌。
实施例4人工水晶体对于人类水晶体上皮细胞的生长抑制测试本实验是利用上述方法所制得的具有光催化物质涂层的人工水晶体作测试，以了解该人工水晶体的抗微生物能力。
实验方法首先，如图5A所示，将于上表面带有由TiO2所构成的光催化物质涂层41的光学水晶体本体2(直径为6mm)置入于具有内径为6mm的井孔之测试盘中。接着，将0.5ml的2×105pfu/ml之水晶体上皮细胞悬浮液(细胞被散浮于平衡盐溶液内)放入各个测试井孔内，再将该测试盘放置到一个紫外光照度为8wm-2的培养箱内进行培养。
在本实验中，紫外光是藉由亮度40w之黑灯管(F40/BL，Sylvania)来发出。照度测量是藉由一长波长紫外光测定仪(型号J-221，UVP Inc.，San Gabriel，CA，USA)来测量各测试井孔中央表面的光照度。
各实验组与对照组的细胞培养操作条件、MDA测试方法以及所使用的仪器系相同于实施例3中所述者。照光/不照光作用系藉由从照光/不照光环境移出试验盘而被终止。
待作用完成后，取出各测试井孔内的细胞悬浮液来进行(一)脂肪过氧化反应测定，以及(二)细胞数测定。
(一)脂肪过氧化反应测定方法同于前述之MDA测定方法，但以含有人类水晶体之上皮细胞的悬浮液来替代大肠杆菌菌液。
结果图8显示，第一组的MDA浓度为0.794±0.23×10-6nmole/细胞，第二组的MDA浓度为0.91±0.37×10-6nmole/细胞，第三组的MDA浓度为0.86±0.31×10-6nmole/细胞，以及第四组的MDA浓度为4.56±0.79×10-6nmole/细胞。
这个结果显示出，本发明之带有光催化物质涂层的人工水晶体确实可以在光的激发下释出自由基而有效地氧化分解人类水晶体的上皮细胞(单向的ANOVA，P＜0.01具显著性)。
(二)细胞数测定将经光照作用8小时后附着于水晶体光学区表面上的各组上皮细胞，以70％的酒精固定，再经5％的金莎染色(Giemsa stain)溶液予以染色后计数细胞之数目，并分别计算各组与Mock组的比值，以之来计算细胞存活率。结果如图9所示，其中第一组为115±23％，第二组为116±21％，第三组为121±19％，以及第四组为19±4％。此等结果显示出，带有光催化物质涂层的人工水晶体可在光的激发下释出自由基，而有效地氧化分解水晶体上皮细胞(单向的ANOVA，P＜0.01具显著性)。
于本案说明书中被引述之所有专利和文献以其整体被并入本案作为参考资料。若有所冲突时，本案说明书之详细说明(包含界定在内)将占上风。
虽然本发明已参考上述特定的具体例被描述，明显地在不背离本发明之范围和精神之下可作出很多的修改和变化。因此意欲的是，本发明仅受本发明的权利要求书限制。
权利要求
1.一种人工水晶体，其包括一光学水晶体本体以及一涂覆在该光学水晶体本体的表面的至少一部份上的光催化物质涂层。
2.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光学水晶体本体的表面包括一前表面及一后表面。
3.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光学水晶体本体可由选自以下所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯、硅酮聚合物以及丙烯酸聚合物。
4.根据权利要求1所述的人工水晶体，其进一步包括由该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件，其系用于将该光学水晶体本体安置在一使用者的眼球内。
5.根据权利要求4所述的人工水晶体，其中所述水晶体置放构件与该光学水晶体本体是一体成型制造的。
6.根据权利要求4所述的人工水晶体，其中所述水晶体置放构件与该光学水晶体本体是分开制造的。
7.根据权利要求4所述的人工水晶体，其中所述水晶体置放构件包括两个脚架。
8.根据权利要求7所述的人工水晶体，其中所述脚架可由选自以下所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚偏氯乙烯。
9.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质可受光激发而产生自由基，以氧化分解沾附于所述光学水晶体本体的表面的微生物与细胞。
10.根据权利要求9所述的人工水晶体，其中所述自由基包括超氧化阴离子或过氧化自由基。
11.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质是选自以下所组成的群组的物质钛氧化物、ZnO、SnO2、WO3、CaTiO3、MoO3、NbO5、KNbO3、SrTiO3、CdSe、Fe2O3、Ta2O5、Tix(Zr1-x)O2(其中x＝0或1)以及CdS。
12.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质是选自以下所组成的群组的物质一氧化钛、二氧化钛、三氧化二钛或五氧化三钛。
13.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质是二氧化钛。
14.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层的厚度是介于2nm至200nm的范围内。
15.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层所涂覆的光学水晶体本体的表面的至少一部份是位于光线射入该光学水晶体时的视觉路径上。
16.根据权利要求2所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层所涂覆的光学水晶体本体的表面是该光学水晶体本体的前表面，其接触一使用者的眼球的眼前房区域。
17.根据权利要求16所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层经光线激发而产生自由基，其可消灭存在于眼前房的微生物。
18.根据权利要求2所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层所涂覆的光学水晶体本体的表面是该光学水晶体本体的后表面，其接触一使用者的眼球的水晶囊袋区域。
19.根据权利要求18所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层经光线激发而产生自由基，其可消灭存在于水晶囊袋的上皮细胞。
20.根据权利要求1所述的人工水晶体，其可用于预防眼内炎及续发性白内障的发生。
21.根据权利要求1所述的人工水晶体，其中所述光催化物质涂层是以选自以下所组成的群组的技术而涂覆于该光学水晶体本体的表面的至少一部份上蒸镀法、溅镀法、化学气相沉积法、电浆化学气相沉积法、物理气相沉积法、光催化物质纳米微粒物理沉积法以及凝胶涂布法。
22.一种制备人工水晶体的方法，其包括下列步骤(a)提供一光学水晶体本体；以及(b)将一光催化物质涂覆于该光学水晶体本体的表面的至少一部份，而形成一光催化物质涂层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学水晶体本体的表面包括一前表面及一后表面。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学水晶体本体可由选自以下所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯、硅酮聚合物以及丙烯酸聚合物。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学水晶体本体进一步包括由该光学水晶体本体侧向延伸而出的水晶体置放构件，其系用于将该光学水晶体本体安置在一使用者的眼球内。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述水晶体置放构件与该光学水晶体本体是一体成型制造的。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述水晶体置放构件与该光学水晶体本体是分开制造的。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述水晶体置放构件包括两个脚架。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述脚架可由选自以下所组成的群组的物质而制成聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚偏氯乙烯。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述光催化物质可受光激发而产生自由基，以氧化分解沾附于该光学水晶体本体的表面的微生物与细胞。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述自由基包括超氧化阴离子或过氧化自由基。
32.根据权利要求22所述的方法，其中所述光催化物质是选自以下所组成的群组的物质钛氧化物、ZnO、SnO2、WO3、CaTiO3、MoO3、NbO5、KNbO3、SrTiO3、CdSe、Fe2O3、Ta2O5、Tix(Zr1-x)O2(其中x＝0或1)以及CdS。
33.根据权利要求22所述的方法，其中所述光催化物质是选自以下所组成的群组的物质一氧化钛、二氧化钛、三氧化二钛或五氧化三钛。
34.根据权利要求22所述的方法，其中所述光催化物质是二氧化钛。
35.根据权利要求22所述的方法，其中所述光催化物质涂层的厚度是介于2nm至200nm的范围内。
36.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)的光催化物质是涂覆在该光学水晶体本体的前表面，其接触一使用者的眼球的眼前房区域。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述光催化物质涂层经光线激发而产生自由基，其可消灭存在于眼前房的微生物。
38.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)的光催化物质是涂覆在该光学水晶体本体的后表面，其接触一使用者的眼球的水晶囊袋区域。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述光催化物质涂层经光线激发而产生自由基，其可消灭存在于水晶囊袋的上皮细胞。
40.根据权利要求22所述的方法，其中所述人工水晶体可用于预防眼内炎及续发性白内障的发生。
41.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)是以选自以下所组成的群组的技术而将光催化物质涂覆于该光学水晶体本体的表面的至少一部份上蒸镀法、溅镀法、化学气相沉积法、电浆化学气相沉积法、物理气相沉积法、光催化物质纳米微粒物理沉积法以及凝胶涂布法。
全文摘要
本发明提供一种人工水晶体，其包括一光学水晶体本体及一涂覆在该光学水晶体本体的表面的至少一部分的光催化物质涂层。本发明之人工水晶体可预防及抑制白内障手术后之眼内炎及续发性白内障。
文档编号A61F2/16GK1608601SQ200310115778
公开日2005年4月27日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年5月7日
发明者蔡明霖, 郑盛文, 郭宗南, 彭素珍 申请人:蔡明霖, 郑盛文, 郭宗南, 彭素珍