一种金纳米棒区域修饰人工晶状体及其制备方法和用途与流程

本发明属于人工晶状体技术领域，涉及一种人工晶状体及其制备方法和用途，尤其涉及一种用于预防和/或治疗后发性白内障的金纳米棒区域修饰人工晶状体及其制备方法和用途。

背景技术：

白内障晶状体混浊，俗称白内障，随着全球人口老龄化，发病率以及患病人口总数都在不断增加。白内障已经成为全球第一位致盲眼病，在全球共4000-4500万盲人中，因白内障致盲者占46％。目前，我国就有白内障患者670万，每年新增白内障盲人约130万，由于白内障导致视物不清甚至失明，给白内障患者造成巨大的生活不便及痛苦。通过手术摘除白内障晶状体以及眼内人工晶状体(IOL)植入术是目前治疗白内障最有效的方法。然而，白内障手术后患者仍然面临着一个重大问题—后发性白内障(PCO)。后发性白内障(简称后发障)指白内障囊外摘除术后，或外伤性白内障部分皮质吸收后所形成的晶状体后囊膜混浊，又称后囊膜混浊，是白内障囊外摘除术后影响视力最常见的并发症。后发性白内障的主要成因是白内障术后残留于前囊下或赤道部的晶状体上皮细胞(LEC)迁移至后囊，使视轴区的后囊出现不同程度的残余晶状体上皮细胞增殖、迁移、纤维化，从而影响视力。另外，晶状体上皮细胞还可发生纤维化，引起晶状体囊收缩。它的发病率在成人为30-50％(5年内)，其中有20％-30％的患者因后发障而再度失明，有43％的患者因后发障而再次手术，儿童后发性白内障的发病率为100％。目前防治后发障的方法一般从几个方面入手：手术方式的改进，人工晶状体的设计以及药物免疫等方法。

目前，手术后囊切开或激光仍是治疗后发性白内障的主要手段，也带来了一系列并发症，包括IOL损伤，术后眼压升高，黄斑囊样水肿，视网膜脱离，以及IOL脱位。在手术中使用物理方法清除晶体上皮，但实际上用物理方法很难完全清除上皮，这些技术需要额外的时间，可能会增加损伤，导致血房水屏障的破坏增加，损伤又刺激了残留LEC的增殖。药物及化学方法有彻底去除上皮细胞的可能，药物法抑制药物除去或破坏残留晶状体上皮细胞增殖和迁移是非常有效的，但是药物及化学方法存在药物对其他组织毒副作用的问题，在损伤上皮细胞的同时，也会对眼内其他组织产生毒性损伤，这仍是未能很好解决的问题，此外，还有有效药物浓度持续时间短，需要持续给药的问题。

因此，上述几种方法并不能很好的预防后发障。在本领域迫切需要一种操作简便、实时可控、选择性好的有效的方法防治后发障。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金纳米棒区域修饰人工晶状体及其制备方法和用途，所述人工晶状体为金纳米棒区域修饰的人工晶状体，对人工晶状本体的光学性能无影响，具有良好的生物兼容性，能够实时可控杀死晶状体上皮细胞，可以有效的降低白内障的复发率，解决了后发性白内障这一重大临床问题；所述金纳米棒区域修饰的人工晶状体能够有选择性的作用于晶体上皮细胞而不损伤眼内其它组织，为后发性白内障的预防提供了新思路，新途径和新方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种人工晶状体，所述人工晶状体包括人工晶状体本体和连接层包裹的金纳米棒，所述连接层连接于人工晶状体本体的赤道部。

优选地，所述连接层通过共价修饰到人工晶状体本体的赤道部。所述连接层的目的是将金纳米棒连接到人工晶状体本体上。

所述二氧化硅包裹的金纳米棒连接于人工晶状体本体的赤道部优选二氧化硅层包裹的金纳米棒共价修饰到人工晶状体本体的赤道部，所述连接也可为其它形式的连接，只要能够将金纳米棒固定在人工晶状体本体的赤道部即可。

所述金纳米棒的直径为2-20nm，如3nm、5nm、9nm、11nm、12nm、13nm、15nm、18nm或19nm等，优选为4-10nm；长度和直径的比为2-10，如3、4、5、6、7、8或9等，优选为3-6。长径比在此范围的金纳米棒光热效果好。所述金纳米棒是指单独的金纳米棒，其表面不包裹连接层。

优选地，所述连接层包括二氧化硅层。所述连接层也可为其它物质，只要所述连接层能够连接于人工晶状体本体，并且具有生物相容性，对人体无害即可。

优选地，所述连接层的厚度为10-35nm，如12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm、30nm、32nm或34nm等。

所述人工晶状体本体可为本领域中通常使用的人工晶状体。这类人工晶状体能够很好地模仿人眼原始晶状体折射功能，透明度高，生物相容性好，优选地，所述人工晶状体本体的材质选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅凝胶、水凝胶、丙烯酸酯聚合物(如亲水性丙烯酸酯聚合物和/或疏水性丙烯酸酯聚合物)、记忆性材料或硅胶中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与硅凝胶，水凝胶与丙烯酸酯聚合物，记忆性材料与硅胶，硅凝胶、水凝胶与丙烯酸酯聚合物。

本发明的目的之一还在于提供一种如上所述的人工晶状体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体浸入连接层包裹的金纳米棒溶液中；

(3)将步骤(2)处理后的人工晶状体本体加热进行反应，得到所述人工晶状体。

本发明提供的人工晶状体的制备方法首先将人工晶状体本体的赤道部修饰上羟基，之后再利用羟基与连接层包裹的金纳米棒之间的反应将金纳米棒连接在人工晶状体本体的赤道部，从而得到金纳米棒修饰的人工晶状体。

步骤(1)具体为：采用遮盖物将人工晶状体本体赤道部位之外的表面遮盖住，对人工晶状体本体进行等离子体表面处理，使其赤道部位修饰上羟基。

优选地，所述遮盖物包括胶带。所述遮盖物还可为其他物质，只要能够起到保护人工晶状体本体赤道部以外的区域不带上羟基即可。所述遮盖物在加热处理之后揭掉。

优选地，所述胶带选自3M胶带。

所述人工晶状体本体可为本领域中通常使用的人工晶状体。这类人工晶状体能够很好地模仿人眼原始晶状体折射功能，透明度高，生物相容性好，优选地，步骤(1)所述人工晶状体本体的材质选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅凝胶、水凝胶、丙烯酸酯聚合物(如亲水性丙烯酸酯聚合物和/或疏水性丙烯酸酯聚合物)、记忆性材料或硅胶中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与硅凝胶，水凝胶与丙烯酸酯聚合物，记忆性材料与硅胶，硅凝胶、水凝胶与丙烯酸酯聚合物。

利用等离子体表面处理在人工晶状体本体上修饰上羟基的方法优质高效节能而且环保。

优选地，所述等离子体表面处理的放电气源选自氩气、氮气、二氧化碳或氧气中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如氩气与氮气，氩气与二氧化碳，氩气、二氧化碳与氧气，氧气、二氧化碳与氧气。

优选地，所述等离子体表面处理的放电功率为14-200W，如20W、25W、28W、30W、35W、38W、40W、45W、50W、80W、100W、120W、130W、150W或180W等，优选为29.6W。

优选地，所述等离子体表面处理的时间为1-600min，如3min、5min、8min、10min、20min、30min、50min、100min、150min、200min、300min、400min、500min或550min等，优选为5min。

步骤(2)所述金纳米棒的直径为2-20nm，如3nm、5nm、9nm、11nm、12nm、13nm、15nm、18nm或19nm等，优选为4-10nm；长度和直径的比为2-10，如3、4、5、6、7、8或9等，优选为3-6。所述金纳米棒是指单独的金纳米棒。其表面不包裹连接层。

优选地，步骤(2)所述金纳米棒通过如下方法制备得到：将250uL的10mM的HAuCl₄溶液加入到7.5mL的0.1M的CTAB溶液中，并用水稀释到9.4mL，搅拌均匀后，加0.6mL的0.01M的冰的NaBH₄溶液，搅拌2-5h，即为合成的金种溶液，放置待用；向100mL的0.1M的CTAB溶液中逐滴加入5mL的0.01M的HAuCl₄溶液、1mL的10mM的AgNO₃溶液、2mL的0.5M的H₂SO₄溶液以及800uL的0.1M的抗坏血酸溶液，即为所配置的生长液，放置待用；将240uL的金种溶液加入到上述配制的生长液中，继续搅拌12h后，离心两次，离心的转速为9000r，每次7min，即得金纳米棒。

优选地，步骤(2)所述连接层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为10-35nm，如12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm、30nm、32nm或34nm等。

优选地，二氧化硅层包裹的金纳米棒通过如下方法制备得到：将金纳米棒超声分散在20mL纯水中，并加入200uL的0.1M的NaOH溶液，随后在缓慢搅拌的条件下每隔30min加入一次20％的溶于甲醇的正硅酸乙酯，加入3次，在水浴锅中26-28℃反应3天，将获得的产物在乙醇中清洗3次，分散到水中，即得到二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液。

步骤(2)所述连接层包裹的金纳米棒溶液的浓度为1-100mg/mL，如3mg/mL、5mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、50mg/mL、70mg/mL、80mg/mL或90mg/mL等，优选为8mg/mL。

优选地，步骤(2)所述连接层包裹的金纳米棒溶液的体积为0.1-10mL，如0.5mL、1mL、2mL、3mL、5mL、6mL、7mL或9mL等，优选为2mL。

如上所述浓度与体积的连接层包裹的金纳米棒溶液可以达到实验所需光热效果。浓度、体积过大则造成材料的浪费；浓度、体积过小则达不到所需光热效果。

优选地，步骤(2)中赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在连接层包裹的金纳米棒溶液中浸泡的时间为1-20min，如2min、3min、5min、8min、10min、12min、15min或18min等，优选为5min。浸泡时间长则耗时，浸泡时间短则达不到实验所需的光热效果。

步骤(3)所述加热的温度为20-100℃，如30℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，优选为60℃。温度高则造成能源浪费，温度低则反应达不到实验所需光热效果。

优选地，步骤(3)所述反应的时间为2-60h，如3h、5h、8h、10h、12h、15h、20h、25h、30h、40h、50h或55h等，优选为12h。时间长则造成能源浪费，时间短则达不到实验所需光热效果。

作为优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体赤道部位之外的表面用遮盖物遮盖住，采用等离子体表面处理将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基，其中，所述等离子表面体处理的放电功率为14-200W，处理的时间为1-600min；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在浓度为1-100mg/mL，体积为0.1-10mL的二氧化硅包裹的金纳米棒溶液中浸泡1-20min，溶液中金纳米棒的直径为2-20nm，长度和直径的比为2-10，二氧化硅层的厚度为10-35nm；

(3)将步骤(2)得到的混合物加热至20-100℃，反应2-60h，去除遮盖物，得到所述人工晶状体。

本发明的目的之一还在于提供一种如上所述的人工晶状体在制备防治后发性白内障的人工晶状体材料中的用途。

所述人工晶状体中的金纳米棒对人工晶状本体的光学性能无影响，并且具有良好的生物兼容性，能够实时可控杀死晶状体上皮细胞，能有效的降低白内障的复发率，解决了后发性白内障这一重大临床问题；所述人工晶状体使化学物质能够有选择性的作用于晶体上皮细胞而不损伤眼内其它组织，为后发性白内障的预防提供了新思路，新途径和新方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的人工晶状体采用金纳米棒区域修饰人工晶状体，对人工晶状本体的光学性能无影响，具有良好的生物兼容性，能够实时可控、选择性杀死上皮细胞，其被植入到晶状体囊中后，结合术后的光热辅助治疗，能够有选择性的作用于晶体上皮细胞而不损伤眼内其它组织，可以有效的降低白内障的复发率，复发率可降低50％，防止后囊混浊化发生，解决了后发性白内障这一重大临床问题；

本发明提供的人工晶状体使化学物质为后发性白内障的预防提供了新思路、新途径和新方法。

附图说明

图1是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体的结构示意图。

图2是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体的光学性能图。

图3是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体的光热图片。

图4是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体的生物相容性图。

图5是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体与细胞共培养在光照下的升温曲线图。

图6是实施例1提供的金纳米棒区域修饰的人工晶状体的细胞毒性结果图。

其中，1，二氧化硅层包裹的金纳米棒修饰区域；2，人工晶状体本体。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但所提供的实施例仅是说明性的而并不意欲限制本发明。

实施例1

一种人工晶状体，如图1所示。所述人工晶状体包括人工晶状体本体和表面包裹有二氧化硅层的金纳米棒，所述二氧化硅层键合于人工晶状体本体的赤道部位；所述金纳米棒的直径为4nm；长度和直径的比为3；所述二氧化硅层的厚度为30nm；所述人工晶状体本体的材质为亲水性丙烯酸酯聚合物。

所述人工晶状体的制备方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体赤道部位之外的表面用3M胶带遮盖住，采用等离子体表面处理将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基，其中，所述等离子体表面处理的放电气源为氩气，放电功率为29.6W，等离子体处理的时间为5min；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在浓度为8mg/mL，体积为2mL的二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中浸泡5min，二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中所述金纳米棒的直径为4nm；长度和直径的比为3；二氧化硅层的厚度为30nm；

(3)将步骤(2)得到的混合物加热至60℃，反应12h，去除3M胶带，得到所述人工晶状体。

对制得的人工晶状体进行如下性能测试：

1、人工晶状体的光学性能

所述人工晶状体的光学性能测试，主要利用分光光度计测试人工晶状体的光谱透过率，仪器为岛津公司UV-2600型紫外-可见分光光度计，波长扫描范围为200.0-800.0nm。人工晶状体光谱透过率曲线如附图2所示。从图中2可以看出：所述金纳米棒区域修饰的人工晶状体材料在400-800nm的可见光范围内透过率均高于85％，符合人工晶状体材料的要求。

2、人工晶状体的光热实验

所述人工晶状体的光热性能测试，采用MDL-N-808激光器对人工晶状体进行照射，同时采用FLIR E40红外成像仪对人工晶状体光热引起的温度变化进行记录，如图3所示。从图中可以看出：所述金纳米棒区域修饰的人工晶状体在激光照射下，区域修饰金纳米棒的赤道部位温度明显升高，说明所述人工晶状体能够在赤道部位产生明显的光热效应。

3、人工晶状体的生物相容性

1)试验样品的制备

将人工晶状体裁成直径6.0mm，厚1.0mm的圆盘，用75％的乙醇浸泡过夜后在120℃下高温灭菌1小时；

2)人晶状体上皮细胞SRA0104(HLE)细胞的培养

在含10.0％的胎牛血清和100.0U/mL青霉素以及100.0μg/mL链霉素的DMEM培养基中培养人晶状体上皮细胞SRA0104(HLE)细胞，培养温度为37.0℃，湿润空气中CO₂的浓度为5.0％；培养细胞直至其对数生长期，用胰酶消化分散细胞；通过细胞计数板用细胞培养液将细胞悬浮液的浓度调整至6.0×10³/孔，向96孔培养板内每孔加入100uL细胞悬浮液。将培养板放入含5.0％二氧化碳的培养箱内，在37.0℃的温度下培养24小时；

3)人晶体上皮细胞SRA0104(HLE)细胞与人工晶状体试验样品共培养

从培养箱内取出培养板，弃去原培养液，每孔加入100uL的新鲜细胞培养液。将人工晶状体样品轻轻放入培养板孔内并使其沉于皿底。设计两组实验：不放人工晶状体及放置金纳米棒区域修饰的人工晶状体，每种样品平行操作3孔。将培养板放入含5.0％二氧化碳的培养箱内，在37.0℃的温度下进行共培养。在共培养第1、2、4和7天，利用结晶紫染色在倒置相差显微镜下对共培养后细胞形态学改变进行定性观察，结果如图4所示。从图中可以看出，与人工晶状体材料共培养的细胞保持着良好的多边形态并伸出伪足，随着培养时间的延长，细胞可繁殖为融合的细胞单层，没有观察到细胞碎屑、脱离等现象。

4、人工晶状体的细胞毒性实验

取培养至对数生长期的细胞，通过细胞计数板用细胞培养液将细胞悬浮液的浓度调整至6.0×10³/孔，向96孔培养板内每孔加入100uL细胞悬浮液。将培养板放入含5.0％二氧化碳的培养箱内，在37.0℃的温度下培养24小时。从培养箱内取出培养板，用倒置相差显微镜检查培养细胞情况。弃去原培养液，每孔加入100uL的新鲜细胞培养液。将人工晶状体样品轻轻放入培养板孔内并使其沉于皿底，设计三组实验，分别为放置人工晶状体不激光照射实验组、单独激光照射不放置人工晶状体实验组以及放置人工晶状体同时激光照射实验组，采用激光照射条件为2W/cm²，光照时间7min，每种样品平行操作3孔。将培养板放入含5.0％二氧化碳的培养箱内，在37.0℃的温度下进行共培养。采用MDL-N-808激光器对人工晶状体进行照射，同时采用FLIR E40红外成像仪对人工晶状体的温度进行记录，如图5所示，从图中可以看出：放置人工晶状体不激光照射实验组、单独激光照射不放置人工晶状体实验组在激光照射8min后，温度基本没有任何变化。而放置人工晶状体同时激光照射实验组在激光照射8min后，温度上升到50℃左右，说明所述人工晶状体的在激光照射下能够产生光热效应。培养24h后，用CCK-8试剂盒检测细胞存活率。弃去孔内培养基，PBS冲洗两次，加入CCK-8和基础培养基1:9比例的混合物100uL，37℃下孵育4h。用酶标仪测定吸光度，检测波长450nm，参比波长630nm

细胞活性的计算公式如下：细胞活性(％)＝As实验孔/Ac空白孔×100％。

其中，As表示试验样品不同实验条件(放置人工晶状体不激光照射、单独激光照射不放置人工晶状体以及放置人工晶状体同时激光照射)的吸光度；Ac表示只有细胞和培养基的空白对照的吸光度。图6是三组实验样品的测试结果图，从图中可以看出：放置人工晶状体不激光照射实验组、单独激光照射不放置人工晶状体实验组在激光照射8min，细胞培养24h后，细胞活性基本没有任何变化。而放置人工晶状体同时激光照射实验组在激光照射8min，细胞培养24h后，细胞活性几乎将为0，说明所述人工晶状体的在激光照射下产生光热效应能够将细胞杀死，可以用于防治后发性白内障。

实施例2

一种人工晶状体，包括人工晶状体本体和表面包裹有二氧化硅层的金纳米棒，所述金纳米棒表面的二氧化硅层键合于人工晶状体本体的赤道部位。所述金纳米棒的直径2nm；长度和直径的比为2；所述二氧化硅层的厚度为10nm；所述人工晶状体的材质为硅胶。

所述人工晶状体的制备方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体赤道部位之外的表面用3M胶带遮盖住，采用等离子体表面处理将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基，其中，所述等离子体表面处理的放电气源为氩气和氮气，放电功率为14W，处理时间为600min；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在浓度为1mg/mL，体积为10mL的二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中浸泡1min，所述二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中金纳米棒的直径为2nm；长度和直径的比为2；二氧化硅层的厚度为10nm；

(3)将步骤(2)得到的混合物加热至100℃，反应2h，出去3M胶带得到所述人工晶状体。

实施例3

一种人工晶状体，包括人工晶状体本体和表面包裹有二氧化硅层的金纳米棒，所述金纳米棒表面的二氧化硅层键合于人工晶状体本体的赤道部位。所述金纳米棒的直径为20nm；长度和直径的比为10；所述二氧化硅层的厚度为35nm；所述人工晶状体的材质为硅凝胶。

所述人工晶状体的制备方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体赤道部位之外的表面用3M胶带遮盖住，采用等离子体表面处理将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基，其中，所述等离子体表面处理的放电气源为氧气，所述放电功率为200W，处理时间为1min；二氧化硅层的厚度为35nm；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在浓度为100mg/mL，体积为0.1mL的二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中浸泡20min，所述二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中金纳米棒的直径为20nm，长度和直径的比为10；

(3)将步骤(2)得到的混合物加热至20℃，反应60h，去除3M胶带，得到所述人工晶状体。

实施例4

一种人工晶状体，包括人工晶状体本体和表面包裹有二氧化硅层的金纳米棒，所述金纳米棒表面的二氧化硅层键合于人工晶状体本体的赤道部位。所述金纳米棒的直径10nm；长度和直径的比为6；所述二氧化硅层的厚度为25nm；所述人工晶状体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。

所述人工晶状体的制备方法包括如下步骤：

(1)将人工晶状体本体赤道部位之外的表面用3M胶带遮盖住，采用等离子体表面处理将人工晶状体本体的赤道部位修饰上羟基，其中，所述等离子体表面处理的放电气源选自体积比为1:1:1的氩气、氮气与二氧化碳的混合气，放电功率为29.6W，处理时间为5min；

(2)将赤道部位修饰了羟基的人工晶状体本体在浓度为8mg/mL，体积为2mL的二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中浸泡5min，所述二氧化硅层包裹的金纳米棒溶液中金纳米棒的直径为10nm，长度和直径的比为6；二氧化硅层的厚度为25nm；

(3)将步骤(2)得到的混合物加热至60℃，反应12h，去除3M胶带，得到所述人工晶状体。

对实施例2-4所述的人工晶状体进行性能测试，发现其性能与实施例1所述的人工晶状体的性能相似。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。