y HydrolyzedPoly (2-Hydroxyethyl Methacrylate)，，，Journal of B1medical MaterialsResearch (1987) vol.21pp.1247-1253)，并且不被免疫系统认为是异物(Karel SmetanaJr.等，“The Influence of Hydrogel Funct1nal Groups on Cell Behav1r，，，Journalof B1medical Materials Research(1990) vol.24pp.463-470)。尽管许多 1L 生产商，基于羧酸根吸引钙离子并因此导致钙化的原因，避免带有羧酸根基团的材料，依然有很多参考文献提及含有羧酸根基团的水凝胶1UWichterle的‘732号专利、Sulc等人‘083和‘903号专利、Stoy的美国专利号5，939，208、Michalek和Vacik的‘093号专利)。
[0106]所述羧酸根基团可以被均匀地分散于水凝胶中，或主要集中在表面上形成膨胀和电荷密度的梯度，如描述于Stoy的’ 208号专利和Sulc等的美国专利号5，158，832。典型地，NCL材料平均含有水的重量为约66%。然而，NCL构造为有致密核心和多水合夹套，且NCL的水合作用随年龄变化，因人而异。因此，不能指定NCL的不同于平均值的单一水含量值。
[0107]类似地，NCL的各层具有不同的折射率。晶状体的屈光度从在中心层中的约1.406下降到在晶状体的低密度层的1.386。例如参见Hecht, Eugene.0ptics, 2nded.(1987), Addison Wesley, ISBN 0-201-11609-X.p.178。因此，光学上有意义的等效折射率，或ERI，作为NCL的特性被给出。屈光率和水含量都随晶状体年龄而变化。平均ERI = 1.441-3.9xl0'-4x年龄，因此从出生时的约1.441减少至70岁时的约1.414。参见 M.Dubbelman 等“The Shape Of The Aging Human Lens: Curvature, EquivalentRefractive Index And The Lens Paradox”，Vis1n Research 41 (2001) 1867-1877,图 9。
[0108]此外，ERI随着调节而增加，约0.0013-0，0015每屈光度。参见M.Dubbelman等，“Change In Shape Of The Aging Human Crystalline Lens With Accommodat1n，，, Vis1nResearch 45(2005), 117_132Ref pp.127-128。人们可以推测，屈光率的这种变化与水含量的变化(减少)是相关的，这由于调节过程中晶状体在变形。忽视这些复杂情况，我们将使用平均ERI = 1.42，除非另有说明。
[0109]有趣地发现，如果找到具有与NCL材料相同水含量且同时相同屈光率的合成水凝胶如果不是不可能的，也是困难的。具体地，含有66%的水(重量)的合成水凝胶通常具有约1.395，而不是1.42的屈光率，1.42的屈光率为期望为含有接近50%的水的水凝胶。
[0110]ERI = 1.441的平均液体含量(非常年轻的平均NCL)为具有40%的水，而对于ERI = 1.414(衰老的平均NCL)需要水含量约为55% (以重量计)的水凝胶。由于我们认为对于生物模拟1L材料，模拟屈光率比模拟NCL的水含量更重要，我们选择了本发明的示例性实施方案的1L的期望平均水含量范围，为40%和55%之间(以重量计)。当然，这是平均水含量一一与NCL类似，晶状体可以具有带有不同的水含量的多种层，例如，内部具有较高屈光率且外层具有较低折射率
[0111]许多现有技术文献提及来自具有高水含量的水凝胶的10L，然而，他们没有认识到的水含量和屈光率值之间的关系。例如，Wichterle的’ 732专利指定所希望的屈光率值为
1.4左右(广义上为1.37至1.45，这显然是对具有指定水含量的已知的合成水凝胶是不可能的，所述指定水含量为至少60%且优选65-70%，转化为范围为从1.39至1.405的屈光率)。实施例显示了具有含量低的羧酸根基团的制剂。
[0112]Sulc等在专利’ 083和’ 903中公开了在表面或其部分上水含量至少70%和最好至少90%，并提到在现有技术的1L中55-70%的水含量。提及具有较高屈光率的芯和具有较低屈光率的壳，且芯可以具有菲涅耳透镜的形式。水合作用和屈光率的梯度任选通过NaOH处理而获得，所述NaOH处理实现水凝胶共价网络的重组。该参考文献的实施例1示出了 1L的水含量为88.5%，实施例2示出了 1L的水含量为81%，和实施例4示出了具有水含量91 %的晶状体。实施例3未给出水含量。
[0113]Charles Freeman在美国专利公开号2009/0023835中描述了水含量低于55%和屈光率大于1.41的水凝胶材料，且钠离子通量在约16至约20micr0.eq-mm/hr/cm2，对于晶状体后房1L特别有用。未提到羧基基团或酸性基团，已知虽然它们的存在增加了通过水凝胶的离子扩散通量。
[0114]NCL材料的水凝胶特性有一定可能的、不太明显但具有潜在的重要影响:它的水含量依赖于对晶状体的压力。因此，对准远处的NCL，相对于对准近物的松弛的晶状体，可具有不同的水含量，并因此具有不同的屈光率。由于对准远处的NCL的压力不是均匀分布的，可导致膨胀的梯度和屈光率的梯度。除了 NCL表面的多焦点性以外，这还将产生光学性质的微妙变化。这些细微的变化可能对我们的视力是重要的，且其很难被仿制，除非通过使用具有与NCL相似的物理化学性质和光学特性，以及类似的几何结构的水凝胶。特别是，NCL替代物的水凝胶应具有类似的屈光率和由可以合理预期作用于NCL上的外部应力而改变水含量的能力。因此，在生物模拟的1L中使用的水凝胶应具有对水的湍流的能力。
[0115]因此，至少接触后囊膜的植入片的一部分由透明柔性水凝胶材料制成，其接近形成天然晶状体的组织的光学特性、亲水性及电化学性质进行。
[0116]1L的前部可能会干扰或者甚至阻止玻璃体体液的流动，从而造成眼内压的增加，并最终导致青光眼。这种设计往往需要首先进行虹膜切除术。
[0117]除非使用具有与NCL相似的水合作用和负电荷的极其生物相容性材料制备，晶状体囊和在当前的1L使用的人造材料之间的大面积接触，有时会引起晶状体囊混浊化、纤维化等。本发明的生物模拟人工晶状体正在解决这些问题。
[0118]中心光学部分2由可变形的弹性材料，诸如平衡水含量在约35至65%、有利地介于约38%至55%之间、和优选在约40%至50% (所有％是重量百分比，且平衡水含量是眼内液处于平衡状态时的水含量，除非另有说明)的水凝胶制成。
[0119]光学部件的可变形性对于通过小切口进行植入和其调节功能都是很重要的。光学部件可被构造为水凝胶壳，并带有液体或软凝胶构成的芯，如图6A中所示。图6A示出了具有后表面水凝胶夹套14、较软的芯15和前壳16的晶状体的剖视图。有利地，后表面水凝胶夹套14与晶状体的周围支持部件3组成整体是有利的，且14至少在其后表面上含有固定负电荷。芯15可以由疏水性液体(如矿物油或硅油)有利地制成，或由软硅酮或丙烯酸轻微交联的凝胶制成，这可由本领域技术人员很容易地设计和创造。可替代地，芯可以由亲水流体或软水凝胶制成。前壳16可以由与后表面水凝胶夹套14相同或不同的材料制成。
[0120]在一个实施方案中，水凝胶夹套和软芯15具有基本相同的屈光率，以使折射的主要部分发生在晶状体的外光学面上，而不是在它的内界面。这可以例如通过以下实现:由硅酮液体或硅酮凝胶(具有约1.42的屈光率)制成的芯，和由水凝胶(水含量介于约41至45%的水)制成的夹套。通过正确地配制水凝胶，本领域技术人员可以调节在所述水凝胶中的水含量以达到的折射率的大致匹配。可替代地，芯和夹套可以具有不同的折射率，以便使折射的那部分发生在材料之间的内界面上。
[0121]图6B示出了晶状体的剖视图，所述晶状体在芯15和为形成复合透镜(菲涅耳透镜)而被成形的相邻光学介质16之间具有内部界面。所述芯15和光学介质16的材料具有不同的折射率，并且有利地，其中之一是可以提高两者的可变形性和折射的流体。这样安排的好处是可能能够使用具有高水含量和低折射率的水凝胶作为基本结构材料，并且还实现，允许通过小切口植入的晶状体的相对低的中心厚度。
[0122]图6C不出晶状体的替代设计，其包括两种不同的材料。在后方14的材料是具有高水合速率并含有带负电荷的基团的水凝胶。它与光学部分和支撑部分相同。芯15的前方的材料是具有低水含量和高屈光率的材料。两种材料之间的界面是有折射力的。
[0123]中心前光学面8A和中心后光学面8B的直径均大于约5.6mm，有利地大于约6.5mm且优选大于约7.2_。两个光学面中较大的一个的最佳直径大于约7.5_，有利地约8_以近似NCL光学系统的大小。这样大的光学器件，通常适用于凸凹的或平凸的中心光学部分2。对于双凸面的光学部件，前光学直径通常选择的更小，使光学部件的中心厚度降到最小。在任何情况下，该前光学面8A的直径有利地不大于中心后光学面SB的直径。
[0124]中心光学面8A和8B是由边界9A和9B (不一定是圆形)包围。边界9A和/或9B也可以是椭圆形或具有截切圆的形状，为了便于通过小切口折叠和植入晶状体。非圆形的光学面特别适合于具有圆柱状部分的晶状体。
[0125]后周围支持表面IlB是由凸表面形成的，有利地为双曲面或圆锥形表面，其具有与主光轴IA相同的轴线。这个表面是高度亲水性的并且携带固定的负电荷，这归因于酸性基团(如羧酸根基团、磺基基团、硫酸根基团或磷酸根基团)的含量。水合作用和负电荷的这种组合可以防止永久粘附到晶状体囊上，阻止细胞(尤其是成纤维细胞)沿晶状体和晶状体囊之间的界面迀移，降低不可逆蛋白吸附，并阻碍囊纤维化和混浊化。有利地，后圆周表面由锐边7B限制，其进一步阻碍细胞向光学区域迀移。
[0126]前周围支持表面IlA是凹面，其顶点位于光轴上，且其优选沿轴线IA对称。有利地，它是圆锥表面或双曲线表面，且其轴线与主光轴IA重合。有利地，表面是高度亲水性的和携带固定负电荷，以阻止细胞粘附和迀移和前囊纤维化。有利地，前圆周表面由锐边7A限制，其进一步阻碍细胞迀移。
[0127]如周围支持表面IlA和后周围支持表面IlB与连接面6—起限定了周围支持部件3的形状。该周围支持部件在后方是凸面的，在前方是凹面的，在这两个表面之间的平均距离范围为约0.05至1mm，有利地为约0.1至0.6mm，优选为约0.15至0.35mm。最佳距离取决于材料的刚性(stiffness)，这依赖于水含量、负电荷密度、交联密度和其它参数。
[0128]如果后表面和前表面由相似的几何形状的表面(例如双曲线表面)形成，则周围支持部件3将具有均匀的厚度。在图7A中所示的安排具有的优点是易于变形和根据晶状体囊的不同尺寸进行调节，且两个锐边7A和7B阻止成纤维细胞向光学区迀移。
[0129]周围支持部件3也可以通过增加或减小其从中心向边缘的厚度被制成更不容易变形的或更容易变形的的部件，分别示于图7B和7C。这些附图也显示边缘7A和7B的多种替代性安排。
[0130]植入片的前表面4被塑形，以避免与虹膜的任何永久的接触，该接触可能导致虹膜侵蚀、瞳孔阻滞、虹膜色素转移到植入片和其他问题。这种接触也可能干扰眼内液的流动，从而引起眼压的不利变化。它也可能干扰瞳孔收缩，以防止所谓的邻近缩瞳，邻近缩瞳有助于天然晶状体和本发明的植入片的近对焦。因此，中心前光学面8A部件部分下沉，这是由于前周围支持表面IlA凹部和由于将边界9A定位于由前边界7A限定的平面下。中心前表面8A是平面、凸面或凹面，其前顶点1A超过晶状体的最高点(7A和7B的较高者)的限度最高为约