一种人工角膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人造器官技术领域，特别涉及一种基于3D打印技术制备而成的人工 角膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 世界上超过1000万人的眼盲是由角膜病引起，为导致眼盲的第二大原因，仅次于 白内障。其中80%可以通过角膜移植手术脱盲。然而，传统的角膜移植手术有其两大弊端， 一是角膜供体的来源困难，二是手术成功率低。人工角膜的出现及应用为角膜盲患者带来 了希望。
[0003] 人工角膜是用医用高分子材料制成的类似人体角膜的产品，人工角膜一般包括光 学镜柱和周边支架两部分。光学镜柱是用光学特性优良、物理化学性质稳定的透明材料制 成，用以替代病变后阻碍眼球光学通路的浑浊角膜；周边支架相当于连接光学镜柱和周边 组织的桥梁，故而要求具有良好的组织相容性。
[0004] 现有的人工角膜产品都是按照固定标准制造的，但是，人眼作为精密的生物光学 系统，存在着明显的个体差异，故，这种按照固定标准制造的人工角膜难以与患者原有视光 学系统完美匹配，无法满足患者的个性化需求。
[0005] 3D打印技术是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在 计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计（CAD)模型或计算机断层扫描（CT)等数据，通 过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。这一新技 术通过摒弃传统的生产线而降低了成本，减少了材料浪费。
[0006] 目前应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷（SLA)、熔融沉积成型 (FDM)、选择性激光烧结（SLS)和三维喷印（3DP)等，其中SLA技术是目前技术最成熟和应用 最广的3D打印技术。
[0007] SLA技术是采用计算机控制下的特定波长与强度的紫外激光束聚焦到液态光固化 材料表面，以计算机模型的各分层截面为路径逐点扫描，使被扫描区域内的液态光固化材 料产生光聚合或光交联反应后固化，由点到线，由线到面顺序固化，完成一个层面的绘图作 业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，相同的方式再绘制另一个层面，使先前固 化的材料表面覆盖一层新的液态固化材料，逐层扫描固化，这样层层叠加最终构成一个三 维实体。SLA技术具有精度高、性能稳定、产品力学强度好等优点，其缺点是成型产品需要清 洗除去杂质，可能造成产品变形。
[0008] 3D打印技术可以制造出传统生产技术无法制造出的零件与产品，将其与新的医学 信息获取技术相结合后，在良好设计概念和设计过程的协助下，采用生物材料及细胞，利用 生物3D打印技术还可以快速有效又较廉价地生产出与医疗密切结合的新型产品，但是，目 前尚无任何关于人工角膜产品3D打印制造的文献报道。
【发明内容】
[0009] 针对上述【背景技术】中提到的现有人工角膜难以与患者原有视光学系统完美匹配 的技术问题，本发明的目的在于提供一种采用3D打印技术制备而成的人工角膜及其制备 方法，该人工角膜是根据患者的个人眼球3D数据量身打造的，能够满足不同患者的个性化 屈光度需求。
[0010] 为实现上述目的，本发明首先提供了这样一种人工角膜的制备方法，其特征在于 包括以下步骤： (1) 建立人眼视觉模型对统计学数量的人眼球进行3D数据扫描，通过统计学分析， 最后得到人眼视觉模型； (2) 3D扫描建立患者个人眼球模型在上述人眼视觉模型的基础上，通过3D数据扫描 仪或其他医学测量仪器对患者眼球进行3D扫描，获得患者个人眼球模型数据； (3) 3D打印机导入数据将上述步骤得到的患者眼球模型数据导入与3D打印机相连 的计算机内，并由计算机将其转化成扫描路径； (4) 打印材料的准备将液态打印材料与光引发剂加入3D打印机中，其中，光引发剂 的加入量占二者总量的质量百分比为1-5% ; (5) 3D打印机控制人工角膜制备按照扫描路径，采用波长为355nm、光束质量为M2 1. 0-1. 3的紫外激光束对打印材料进行逐点扫描，使液态打印材料由点到线、由线到面顺序 固化，同时通过计算机控制升降平台的移动，使液态打印材料逐层固化，这样层层叠加最终 获得3D打印的固化产品； (6) 冷冻成型步骤（5)打印出的固化产品立即采用冷阱冷冻成型； (7) 后续处理对成型后的产品表面进行抛光打磨除毛刺处理。
[0011] 优选地，先采用常规方法制备出人工角膜的周边支架部，再采用所述制备方法在 制备好的周边支架部上制备出光学镜柱部；或者直接采用所述制备方法一体成型制备出人 工角膜的光学镜柱部和周边支架部。
[0012] 优选地，所述光引发剂为α-羟烷基苯酮类。
[0013] 优选地，所述液态打印材料为HEM预聚体或者为液态PVA水凝胶与叠氮苯甲酸、 甲基丙烯酸、聚乙二醇和羧甲基化合物中的任意一种按照体积比为6 :1或者10 :1配制而 成的混合物。
[0014] 优选地，所述液态PVA水凝胶由以下方法制得：将聚乙烯醇加入温度为95°C、体积 百分含量为80%的二甲基亚砜的水溶液中恒温加热2h小时，聚乙烯醇与80%二甲基亚砜水 溶液的质量比为1 :9~12。
[0015] 优选地，步骤（5)中紫外激光固化成型的温度为90?95°C。
[0016] 优选地，步骤（6)中的冷阱温度为-10?_40°C。
[0017] 优选地，3D打印时的每层打印厚度为0. 5-1微米。
[0018] 其次，本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的人工角膜。
[0019] 优选地，所述人工角膜的光学镜柱部的厚度为0. 2?3. 0mm，周边支架部的厚度为 0. 2 ?0. 3mm。
[0020] 有益效果： 与现有技术相比，本发明提供的人工角膜是根据患者的个人眼球3D数据采用光固化 立体印刷3D打印技术制备而成的，为患者量身打造，可以与患者原有视光学系统完美匹 配，能够满足不同患者的个性化屈光度需求。其制备方法快速精准，操作简单易行，成本低， 并可对材料的微观结构进行精确控制，使其更有利于促进细胞组织的生长与分化，获得更 为理想的组织修复效果，还可通过调控内部结构使得支架材料内部孔隙100%贯穿，更可得 到更加多样化的支架材料外观结构。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解 释，本发明并不局限于以下实施例。
[0022] -种人工角膜，其制备方法如下： (1) 建立人眼视觉模型对统计学数量的人眼球进行3D数据扫描，