聚氨酯类高分子聚合物水凝胶及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及高分子水凝胶领域，具体而言，涉及一种聚氨酯类高分子聚合物水凝胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.由于水凝胶的高含水量、优良的物理化学性质、高透明度、良好的组织相容性，其经常被探索于在眼部的应用，被认为是作为玻璃体填充的合适生物材料。水凝胶通常可以注射，可以使不稳定药物包封并保存生物活性，还可以作为载药体植入、晶状体替代物、干细胞运输、伤口修复保护剂等。水凝胶的性质通常是通过调节交联密度来实现的，可以通过改变浓度、分子量、分子结构或化学性质而在聚合物水平上实现。
3.温敏型水凝胶是一类物理交联的水凝胶，表现出独特的温度响应行为：它们在低温下是流动的液体，加热时自发形成固体状凝胶。凝胶在溶胀状态下其三维网状结构可以贮存大量水分子，其中基于peg的凝胶由于生物相容性好，降解性优异等优点，越来越多地应用于制药领域。peg链段与plga，pcl，pla，ppg等链段可聚合形成a-b型双嵌段或者a-b-a/b-a-b型三嵌段温敏型凝胶，其物理力学性能可以在分子结构水平上通过改变亲水和疏水块的平衡来调节且通过调控两种嵌段的质量或者比例可以得到具有不同相转变温度的温敏材料。温敏型水凝胶遵循几种凝胶模型，包括胶束堆积、胶束桥接和最近的渗透胶束网络。例如，在胶束桥接模型中，共聚物的疏水嵌段形成到独立的胶束，而其它嵌段则在胶束间形成架桥状的连接从而导致了胶凝过程，疏水交联是这个过程中的关键。
4.聚氨酯类化合物在温敏型水凝胶中占有重要席地。聚氨酯是一类聚合物的总称，只要分子链中含有氨基甲酸酯基(-coonh)就可以称为聚氨酯，聚氨酯可以由很多类型的物质合成，一般有聚醚型和聚酯型。聚氨酯是一种由硬段和软段组成的常见聚合物，具有良好的生物相容性和可塑性，由于其优异的物理性能和良好的生物相容性，已经发现可以有许多应用比如作为生物材料。一般情况有两类刺激响应性聚氨酯水凝胶：一类是由亲水性多元醇制备，刺激性响应性二元醇和二异氰酸酯；另一类是含有聚氨酯基质和刺激响应性聚合物或颗粒的复合材料。
5.现有技术中，聚氨酯类温敏型水凝胶生物医用材料常使用以芳香族二异氰酸酯(如mdi)或者脂肪族二异氰酸酯(如hdi)作为硬段的聚氨酯聚合物。然而，芳香族二异氰酸酯降解的产物对生物体有较强的毒性，且较难降解，脂肪族二异氰酸酯虽然些微改善了降解产物的毒性问题，但其仍然较难降解。即上述两种材料只能作为生物惰性材料来使用，不具有生物活性，与组织不易牢固结合，易导致毒性、过敏性反应等。故而，有必要提供一种新的聚氨酯水凝胶型玻璃体替代物，以改善上述问题，使其具有更好的生物相容性及更低的生物毒性。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种聚氨酯类高分子聚合物水凝胶及其制备方法和
应用，以解决现有技术中聚氨酯生物医用材料存在的生物相容性较差、生物毒性较高等问题。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，聚氨酯类高分子聚合物水凝胶包括：聚氨酯类高分子聚合物；以及溶胀溶剂；其中，聚氨酯类高分子聚合物由聚乙二醇、聚丙二醇、聚己内酯及接合剂聚合得到；接合剂具有式ⅰ或式ⅱ所示结构：
[0008][0009]
r1为氨基酸去掉基团后的残基，r1中携带有0～5个-nh2，且各-nh2可任选地被-nco所取代；r2为c1～c30的直链或支链的亚烷基、c6～c30的亚芳基、c6～c30的亚杂芳基，且上述基团可选地携带有至少一个取代基，各取代基相互独立地选自c1～c5的直链烷基、c3～c6的环烷基、羧基、氰基或氨基，r2中的碳原子可任选地被-o-、-nh-、-coo-或-co-所取代；r3为c1～c6的直链或支链的烷基，且烷基携带有一个羟基。r3为c1～c6的直链或支链的烷基，且r3中的碳原子或氢原子可任选地被-o-、-nh-、-coo-或-co-所取代。
[0010]
进一步地，聚氨酯类高分子聚合物水凝胶中，聚氨酯类高分子聚合物的质量浓度为5～7％
[0011]
进一步地，溶胀溶剂选0.005～0.05m的磷酸盐缓冲液、人工泪液或水中的一种或多种。
[0012]
进一步地，聚氨酯类高分子聚合物的重均分子量为35～60kda；和/或聚氨酯类高分子聚合物中，聚乙二醇链段、聚丙二醇链段与聚己内酯链段的重量比为(4.20～4.80):1:(0.04～0.10)。
[0013]
进一步地，聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的ph值为7.4～7.5；和/或聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的折射率为1.334～1.344。
[0014]
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的制备方法，制备方法包括：将聚氨酯类高分子聚合物在溶胀溶剂中进行溶胀，得到聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0015]
进一步地，溶胀过程中，处理温度为2～8℃，处理时间为12～24h；优选地，溶胀在50～300r/min搅拌速度下进行。
[0016]
进一步地，溶胀之后，制备方法还包括：对溶胀后料依次进行过滤处理及灭菌处
理；优选地，采用0.45～0.8μm滤膜对溶胀后料进行过滤处理；优选地，采用湿热灭菌的方式进行灭菌处理；更优选地，灭菌处理过程中，处理温度为100～130℃，处理时间为8～30min。
[0017]
根据本发明的另一方面，提供了一种试剂盒，试剂盒包含前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者，由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0018]
进一步地，试剂盒的储存方法包括：将试剂盒在4～12℃温度条件下避光储存。
[0019]
根据本发明的另一方面，提供了一种前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者前述的试剂盒的医学用途，医学用途包括将聚氨酯类高分子聚合物水凝胶作为玻璃体替代物使用。
[0020]
根据本发明的另一方面，提供了一种玻璃体替代物，其材质为前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0021]
本发明上述水凝胶不仅生物相容性更好，毒性更低，且其在后续溶胀在水中形成水凝胶后，其通针性、胶凝温度、37℃弹性模量、运动粘度、密度、表面张力、透光率、折光度等特性均更贴合玻璃体，故而，由其作为玻璃体替代物使用，可替代性更强，使用效果更好。
附图说明
[0022]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0023]
图1示出了本发明实施例2至7中聚合物水凝胶的流变学性质图；
[0024]
图2示出了本发明实施例1、实施例2、实施例5、实施例10、实施例12、实施例15、实施例16及实施例20中聚合物水凝胶的降解曲线图；
[0025]
图3示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶分别在10天、20天及30天降解处理后得到的降解产物红外谱图；
[0026]
图4示出了arpe细胞在本发明实施例5及对比例1中聚合物水凝胶分别在10天、20天及30天降解处理后得到的降解产物中的存活率曲线图；
[0027]
图5示出了本发明实施例3、实施例4、实施例5及实施例6中聚合物的sem测试图；
[0028]
图6示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶的运动粘度曲线图；
[0029]
图7示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶的应变扫描曲线图；
[0030]
图8示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶在400～2000pa的压力下的通针性考察图；
[0031]
图9示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物对应不同质量浓度水凝胶皮下植入小鼠7天后的小鼠皮下肌肉组织切片图；
[0032]
图10示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物对应不同质量浓度水凝胶皮下植入小鼠14天后的小鼠皮下肌肉组织切片图；
[0033]
图11示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物对应不同质量浓度水凝胶皮下植入小鼠14天后的小鼠皮下肌肉解剖图；
[0034]
图12示出了本发明实施例4、实施例11、实施例12、实施例16及实施例23中聚合物水凝胶的兔眼刺激性观察图；
[0035]
图13示出了本发明对比例1中聚合物的局部核磁h谱测试图；
[0036]
图14示出了本发明实施例5中聚合物的局部核磁h谱测试图；
[0037]
图15示出了本发明对比例1中聚合物的局部核磁h谱测试图；
[0038]
图16示出了本发明实施例5中聚合物的局部核磁h谱测试图；
[0039]
图17示出了本发明实施例4水凝胶未灭菌gpc测量图；
[0040]
图18示出了本发明实施例4水凝胶灭菌8min gpc测量图；
[0041]
图19示出了本发明实施例4水凝胶灭菌12min gpc测量图；
[0042]
图20示出了本发明实施例4水凝胶灭菌15min gpc测量图；
[0043]
图21示出了本发明实施例4水凝胶灭菌20min gpc测量图；
[0044]
图22示出了本发明实施例4水凝胶灭菌30min gpc测量图；
[0045]
图23示出了本发明实施例7水凝胶灭菌30min gpc测量图；
[0046]
图24示出了5、10、15mg/ml的甲苯标准品气相检测结果图；
[0047]
图25示出了本发明实施例4、实施例10及实施例17中水凝胶甲苯残留量检测图；
[0048]
图26示出了5、10、15mg/ml的乙醚标准品气相检测结果图；
[0049]
图27示出了本发明实施例4、实施例10及实施例17中水凝胶乙醚残留量检测图。
具体实施方式
[0050]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0051]
正如本发明背景技术部分描述的，现有技术中的聚氨酯生物医用材料存在生物相容性较差、生物毒性较高等的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，该水凝胶包括：聚氨酯类高分子聚合物以及溶胀溶剂；其中，聚氨酯类高分子聚合物由聚乙二醇、聚丙二醇、聚己内酯及接合剂聚合得到；接合剂具有式ⅰ或式ⅱ所示结构：
[0052][0053]
r1为氨基酸去掉基团后的残基，r1中携带有0～5个-nh2，且各-nh2可任选地被-nco所取代；r2为c1～c30的直链或支链的亚烷基、c6～c30的亚芳基、c6～c30的亚杂芳基，且上述基团可选地携带有至少一个取代基，各取代基相互独立地选自c1～c5的直链烷基、c3～c6的环烷基、羧基、氰基或氨基，r2中的碳原子可任选地被-o-、-nh-、-coo-或-co-所取代。r3为c1～c6的直链或支链的烷基，且烷基携带有一个羟基。r3为c1～c6的直链或支链的烷基，且r3中的碳原子或氢原子可任选地被-o-、-nh-、-coo-或-co-所取
代。
[0054]
本发明发明人出乎意料地发现了一种聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，其包括上述聚氨酯类高分子聚合物及溶胀溶剂。将其作为该玻璃体替代物应用时，首先，其具有良好的生物相容性和更低地刺激性、毒性。其次，除了以上优点外，本发明上述水凝胶还具有良好的流变学性质。这样，可以保证将其作为玻璃体替代物应用时，在常温条件下即可具有较低的粘度及展示出剪切稀变的性质，从而在注射时具有良好的流动性，进而在注射到人眼内具有一定的弹性模量(g’)，这为其注射入眼内提供必要的条件。同时，上述水凝胶经受较高的外力以及应变作用后，其性质也不会发生大幅度改变，从而保证了其具有良好的通针性。再者，其在人眼生理条件下也具有一定的弹性模量，这使得其可以更有效地承受快速发生的眼动。另外，本发明的玻璃体替代物具有较高的表面张力，进入玻璃体腔后，可以对视网膜提供足够的压力，使其紧贴眼球壁。最后，本发明的玻璃体替代物还具有良好的透光率和接近人眼的折光度以及较慢的溶胀溶蚀速度，且其还具有非常低的有机溶剂残留，低组织毒性，无眼部刺激性。
[0055]
具体地，水凝胶中的聚合物可形成“胶束-架桥”的网格状结构。其中，疏水段的聚丙二醇(ppg)和聚己内酯(pcl)聚集成“胶束”，亲水段的聚乙二醇(peg)连接在胶束之间形成“架桥”，同时，接合剂通过聚氨酯键键连在ppg段、peg段或pcl上。并且，随着聚合放热，聚合过程中温度进一步得到升高，可以促使上述“胶束”和“架桥”的排列更加无序，从而以互相交联形成具有网格状的凝胶结构。基于此，peg及ppg链互相形成复杂的缠结及交联，从而可以提高聚合物的粘度和弹性模量。pcl具有较好的生物相容性，从而可以促使聚合物也具有良好的生物相容性。接合剂降解后则可产生内源性的氨基酸，其不仅无毒且是人体所必须的氨基酸。而且，由于pcl具有较好的生物相容性，这会促使其在体内优先进行降解，随后才是聚氨酯键跟着继续发生降解断裂，从而产生一系列降解产物，诸如内源性物质氨基酸、peg单体和ppg单体等，这些降解产物均为小分子，几乎不会产生毒性，甚至可以补充人体氨基酸物质。故而，本发明上述聚合物具有更好的生物相容性及更低的生物毒性。
[0056]
总之，本发明上述水凝胶不仅生物相容性更好，毒性更低，且其在后续溶胀在水中形成水凝胶后，其通针性、胶凝温度、37℃弹性模量、运动粘度、密度、表面张力、透光率、折光度等特性均更贴合玻璃体，故而，由其作为玻璃体替代物使用，可替代性更强，使用效果更好。将水凝胶作为玻璃体替代物应用时，其凝胶温度应该在20～30℃之间，37℃条件下的弹性模量应该在100～300pa之间，透光率应该在85％以上。
[0057]
在一些优选的实施方式中，为了进一步提高上述产品的生物相容性，降低其刺激性和毒性，r1具有式ⅲ所示结构；其中，n取1～6之间任意的整数，优选为1～3；r4为c1～c8的直链或支链的烷基、c2～c8的烯基、c3～c8的环烯基、c3～c8的杂环烯基，且上述基团可选地携带有至少一个取代基，各取代基相互独立地选自c1～c3的直链烷基，r4中的碳原子可任选地被-o-或-nh-所取代；r4中携带有0～5个-nh2，且各-nh2可任选地被-nco所取代；优选地，c3～c8的杂环烯基中含有至少一个杂原子，且杂原子选自n或o。
[0058]
[0059]
优选地，接合剂具有式ⅱ所示结构，r1选自下列结构：
[0060][0061]
基于此，水凝胶后续在生物体内降解后，会产生小分子内源物质诸如l-赖氨酸、组氨酸或精氨酸，这些氨基酸不仅无毒，且其是生物体必要物质。优选地，接合剂选自下列结构所示化合物：
[0062][0063]
更优选地，接合剂为(ldi)。
[0064]
进一步优选地，聚氨酯类高分子聚合物的重均分子量为35～60kda。聚氨酯类高分子聚合物的重均分子量在上述范围内，由其形成的水凝胶产品性能更佳。同时，为了进一步提高水凝胶上述优异性能的均一性，聚氨酯类高分子聚合物中，聚乙二醇链段、聚丙二醇链段与聚己内酯链段的重量比为(4.20～4.80):1:(0.04～0.10)。
[0065]
在一种优选的实施方式中，聚氨酯类高分子聚合物水凝胶中，聚氨酯类高分子聚合物的质量浓度为5～7％。相比于现有技术，一方面，其浓度更低，更低的聚合物浓度会带来更高的含水量，从而更接近天然玻璃体。另一方面，本发明水凝胶相同浓度下具有更低的胶凝温度。本发明得到的玻璃体替代物具有比水略高的密度，且接近天然玻璃体，更有效地解决了已上市的部分玻璃体替代物密度较低，使用后患者需面部朝下保持一段时间，才能使视网膜恢复到正常位置的问题。而且，本发明的玻璃体替代物具有较高的表面张力，进入玻璃体腔后，可以对视网膜提供足够的压力，使其紧贴眼球壁，本发明还具有良好的透光率
和接近人眼的折光度以及较慢的溶胀溶蚀速度。
[0066]
为了进一步提高上述水凝胶产品的应用性能，溶胀溶剂的ph值为7.2～7.4，优选地，溶胀溶剂选0.001～0.05m的磷酸盐缓冲液、人工泪液或水中的一种或多种。基于此，本发明上述水凝胶产品的ph值和渗透压更接近人眼的生理状态。在一种优选的实施方式中，聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的ph值为7.4～7.5。同时，本发明上述聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的折射率为1.334～1.344，其具有良好的透光率和接近人眼的折光度。
[0067]
本发明还提供了一种前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶的制备方法，制备方法包括：将聚氨酯类高分子聚合物在溶胀溶剂中进行溶胀，得到聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0068]
基于前文的各项原因，本发明将聚氨酯类高分子聚合物水凝胶溶胀在溶胀溶剂中，即获得了聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。将其作为该玻璃体替代物应用时，首先，其具有良好的生物相容性和更低地刺激性、毒性。其次，除了以上优点外，本发明上述水凝胶还具有良好的流变学性质。这样，可以保证将其作为玻璃体替代物应用时，其在常温下即可具有较低的粘度及展示出剪切稀变的性质，从而在注射时具有良好的流动性，进而在注射到人眼内具有一定的弹性模量(g’)，这将为其注射入眼内提供必要的条件。同时，上述水凝胶经受较高的外力以及应变作用后，其性质也不会发生大幅度改变，从而保证了其具有良好的通针性。再者，其在人眼生理条件下也具有一定的弹性模量，这使得其可以更有效地承受快速发生的眼动。另外，本发明的玻璃体替代物具有较高的表面张力，进入玻璃体腔后，可以对视网膜提供足够的压力，使其紧贴眼球壁。最后，本发明的玻璃体替代物还具有良好的透光率和接近人眼的折光度以及较慢的溶胀溶蚀速度，且其还被证明具有非常低的有机溶剂残留，低组织毒性，无眼部刺激性。
[0069]
总之，本发明上述水凝胶不仅生物相容性更好，毒性更低，且其在后续溶胀在水中形成水凝胶后，其通针性、胶凝温度、37℃弹性模量、运动粘度、密度、表面张力、透光率、折光度等特性均更贴合玻璃体，故而，由其作为玻璃体替代物使用，可替代性更强，使用效果更好。同时，本发明上述制备方法简单易操作、重现性更佳、批量化生产效果更佳，更利于工业化应用。
[0070]
在一种优选的实施方式中，溶胀过程中，处理温度为2～8℃，处理时间为12～24h。基于此，溶胀过程稳定性更佳，由其形成的水凝胶不仅生物相容性更好，毒性更低，且其在后续溶胀在水中形成水凝胶后，其通针性、胶凝温度、37℃弹性模量、运动粘度、密度、表面张力、透光率、折光度等特性均较优。优选地，溶胀在50～300r/min搅拌速度下进行。基于此，溶胀后产品性能均一性更佳。
[0071]
在一种优选的实施方式中，溶胀之后，制备方法还包括：对溶胀后料依次进行过滤处理及灭菌处理。优选地，采用0.45～0.8μm滤膜对溶胀后料进行过滤处理。更优选采用0.45μm滤膜对溶胀后料进行过滤处理。优选地，采用湿热灭菌的方式进行灭菌处理。优选地，灭菌处理过程中，处理温度为100～130℃，处理时间为8～30min，更优选为8～20min。
[0072]
在一些可选的实施方式中，本发明上述聚合物可通过以下方法制备得到：
[0073]
步骤s1，将聚乙二醇、聚丙二醇及聚己内酯在溶剂中分散，形成第一分散液；步骤s2，去除第一分散液中的水，形成第二分散体系；步骤s3，向第二分散体系中加入接合剂及催化剂，以进行聚合；步骤s4，将聚合后料依次进行析出处理、抽滤及干燥，以得到聚氨酯类
高分子聚合物。其中，上述步骤s1可在隔绝空气中水的环境中进行。步骤s1中的溶剂可选用甲苯，溶剂的用量为25～50ml。步骤s2中可通过减圧蒸馏的方式去除第一分散液中的水。聚合反应的反应时间为0.4～4h，反应温度为110～140℃。催化剂为辛酸亚锡。析出处理的溶剂为冰乙醚。干燥的处理时间为8～24h，处理温度为20～30℃。这样，上述原料可以仅预先形成粘度更适宜的反应环境，以为后续加入接合剂和催化剂进行聚合提高更适宜的反应环境，聚合反应稳定性更佳，正向行进性更佳，原料转化率更高，产品收率更高，聚合反应效率更佳。进而，由其得到的聚合物上述优异性能均一性更佳。
[0074]
本发明还提供了一种试剂盒，试剂盒包含前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者，由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0075]
基于前文的各项原因，本发明试剂盒作为该玻璃体替代物应用时，首先，其具有良好的生物相容性和更低地刺激性、毒性。其次，除了以上优点外，本发明上述聚合物还具有良好的流变学性质，这样，可以保证该替代物在常温下即可具有较低的粘度及展示出剪切稀变的性质，从而在注射时具有良好的流动性，进而在注射到人眼内具有一定的弹性模量(g’)，这将为其注射入眼内提供必要的条件。同时，上述聚合物经受较高的外力以及应变作用后，其性质也不会发生大幅度改变，从而保证了其具有良好的通针性。再者，其在人眼生理条件下也具有一定的弹性模量，这使得其可以更有效地承受快速发生的眼动。另外，本发明的玻璃体替代物具有较高的表面张力，进入玻璃体腔后，可以对视网膜提供足够的压力，使其紧贴眼球壁。最后，本发明的玻璃体替代物还具有良好的透光率和接近人眼的折光度以及较慢的溶胀溶蚀速度，且其还被证明具有非常低的有机溶剂残留，低组织毒性，无眼部刺激性。
[0076]
在一种优选的实施方式中，将前述聚合物均匀撒在溶胀溶剂(诸如ph7.2～7.4的泪液或pbs)，使其质量浓度在5～7％范围内，置于2～5℃条件下充分溶胀20～30h，灌封于5～10ml的预灌封注射器或西林瓶中，于115～125℃温度条件下热压灭菌8～20min，即可得到上述试剂盒。更优选地，可将其灌装于10ml的西林瓶中，并配有一次性注射器以备后续使用。在一种优选的实施方式中，可将试剂盒在4～12℃温度条件下避光储存。
[0077]
本发明还提供了一种前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者前述的试剂盒的医学用途，医学用途包括作为玻璃体替代物使用。
[0078]
基于前文的各项原因，在将上述物质应用于该玻璃体替代物时，首先，其具有良好的生物相容性和更低地刺激性、毒性。其次，除了以上优点外，本发明上述聚合物还具有良好的流变学性质，这样，可以保证该替代物在常温下即可具有较低的粘度及展示出剪切稀变的性质，从而在注射时具有良好的流动性，进而在注射到人眼内具有一定的弹性模量(g’)，这将为其注射入眼内提供必要的条件。同时，上述聚合物经受较高的外力以及应变作用后，其性质也不会发生大幅度改变，从而保证了其具有良好的通针性。再者，其在人眼生理条件下也具有一定的弹性模量，这使得其可以更有效地承受快速发生的眼动。另外，本发明的玻璃体替代物具有较高的表面张力，进入玻璃体腔后，可以对视网膜提供足够的压力，使其紧贴眼球壁。最后，本发明的玻璃体替代物还具有良好的透光率和接近人眼的折光度以及较慢的溶胀溶蚀速度，且其还被证明具有非常低的有机溶剂残留，低组织毒性，无眼部刺激性。
[0079]
本发明还提供了一种玻璃体替代物，其材质为前述的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶，或者由前述的制备方法制得的聚氨酯类高分子聚合物水凝胶。
[0080]
以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
[0081]
聚合物制备：
[0082]
称量peg-2000、ppg-2000、pcl-2000，并将其置于圆底烧瓶中并加入溶剂甲苯，形成第一分散体系。对其减压蒸馏除水后，形成第二分散体系。再向第二分散体系中加入接合剂使异氰酸基：羟基＝1：1，再加入催化剂以进行聚合反应。待聚合反应结束后，将产物进行析出处理，抽滤，25℃真空干燥24h，即得的聚合物。
[0083]
聚合物水凝胶制备：
[0084]
pbs(0.01m)配置：将8gnacl、0.2gkcl、1.44gna2hpo4、0.24gkh2po4加入800ml纯净水中，调整溶液ph为7.4左右，完全溶解后补加纯净水至1l。
[0085]
stf(人工泪液)配制方法：将6.8gnacl、1.4gkcl、2.2gnahco3、0.0635gcacl2加入800ml纯净水中，使用hcl/naoh调至ph为7.4左右，补加纯净水至1l。
[0086]
将上述聚合物均匀撒在上述人工泪液等渗pbs的水面上，并置于4℃条件下充分溶胀24h，采用0.45μm滤膜对所述溶胀后料进行过滤处理，得到聚合物水凝胶。将该水凝胶灌封于5ml密闭西林瓶中进行灭菌处理，并将其置于4℃条件下保存。
[0087]
具体原料用量及工艺参数选取如下述实施例所示：
[0088]
(一)对于预聚乙二醇、预聚丙二醇及预聚己内酯的投料重量比的考察
[0089] 实施例1实施例2实施例3实施例4聚合反应时间1h1h1h1h聚合反应温度120℃120℃120℃120℃溶剂(甲苯)加入量35ml35ml35ml35mlpeg:ppg:pcl加入量3.0:1:0.053.2:1:0.053.4:1:0.053.5:1:0.05ldi加入量0.458ml0.481ml0.503ml0.515ml催化剂(辛酸亚锡)加入量6μl6μl6μl6μl
[0090]
[0091]
实施例1至9中聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如表1所示。
[0092]
表1
[0093][0094]
将水凝胶作为玻璃体替代物应用时，其凝胶温度应该在20～30℃之间，37℃条件下的弹性模量应该在100～300pa之间，透光率应该在85％以上。图1示出了实施例2至7的聚合物水凝胶流变学性质图，g’是弹性模量，g”是粘性模量，弹性模量与粘性模量的交点表示胶凝。结合表1及图1结果可以看出，当peg:ppg:pcl投料量为3.5～3.7:1:0.05g、水凝胶在5％～7％浓度范围内时，聚合物水凝胶胶凝温度、37℃条件下的弹性模量(g’)及透光率更优。最优为3.6:1:0.05g，后续实施例以此投料量为基础继续进行其他参数的考察。
[0095]
(二)对于聚合反应时间的考察
[0096][0097]
实施例10至14的聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如表2所示。
[0098]
表2
[0099][0100]
由表2可知，反应时间在45～120min的范围内，5％～7％浓度的聚合物水凝胶各项性质都更优。45～90min内5％、7％浓度的聚合物水凝胶性质接近，而90～120min内5％的聚合物水凝胶胶凝温度较低，37℃弹性模量较高。当反应时间超过120min后，例如实施例14中的150min，分子量较大，且凝胶温度过低，37℃弹性模量过高。
[0101]
(三)对于溶剂加入量的考察
[0102][0103]
实施例15至20的聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如表3所示。
[0104]
表3
[0105] pegppgpcl分子量胶凝温度37℃g’浓度透光率实施例154.04310.0496007718.9℃388.45％87.68％实施例164.33610.0527007710.2℃543.55％88.6％实施例174.19510.0483798425.9℃191.67％95.61％实施例184.36110.0564293026.3℃151.57％93.77％实施例194.35810.0572762140.1℃24.17％94.61％实施例203.92210.0576022221.4℃2995％93.78％
[0106]
由表3可知，溶剂量在30～35ml为宜，溶剂量过小，产物分子量较大，胶凝温度过小，37℃弹性模量过大。溶剂量过多，产物胶凝温度过大，37℃条件下弹性模量过小。
[0107]
(四)对于聚合反应温度的考察
[0108][0109]
实施例21至24的聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如下表4所示。
[0110]
表4
[0111] pegppgpcl分子量胶凝温度37℃g’浓度透光率实施例214.58910.0664267325.8℃148.67％90.73％实施例224.36110.0564293026.3℃151.57％93.77％实施例234.41910.0443267332.4℃104.57％90.03％实施例244.72610.0422689438.7℃42.37％94.2％
[0112]
由表4数据可知，在110～140℃范围内，产品各项理化性质均符合要求，该温度范围内均合适，超过140℃后，产品性能较差。
[0113]
(五)对于催化剂类型的考察
[0114] 实施例25实施例26聚合反应时间1h12h聚合反应温度120℃120℃溶剂(甲苯)加入量35ml35mlpeg:ppg:pcl加入量3.6:1:0.053.6:1:0.05ldi加入量0.526ml0.526ml催化剂类型及加入量辛酸亚锡6μl二月桂酸二丁锡6μl
[0115]
实施例25和26的聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如表5所示。
[0116]
表5
[0117] pegppgpcl分子量胶凝温度37℃g’浓度透光率实施例254.53710.0644657521.4℃263.47％91.54％实施例264.36110.0564293026.3℃151.57％93.77％
[0118]
由表5数据可知，使用催化剂辛酸亚锡，相对于催化剂二月桂酸二丁锡，产物和聚合物水凝胶性质差别不大，符合要求。但采用辛酸亚锡作为催化剂，其聚合反应时间更短、催化效率更高。
[0119]
(六)对于催化剂用量的考察
[0120] 实施例27实施例28聚合反应时间1h1h聚合反应温度120℃120℃溶剂(甲苯)加入量35ml35mlpeg:ppg:pcl加入量3.6:1:0.053.6:1:0.05ldi加入量0.526ml0.526ml催化剂(辛酸亚锡)加入量120μl6μl
[0121]
实施例27和28的聚合物的链段比、分子量，以及聚合物水凝胶的胶凝温度、37℃下的弹性模量(g’)、浓度及透光率测量结果测试如表6所示。
[0122]
表6
[0123] pegppgpcl分子量胶凝温度37℃g’浓度透光率实施例274.36110.0564293026.3℃151.57％93.77％实施例284.20010.0484583322.5℃273.47％65.96％
[0124]
由表6可以看出，催化剂过量加入，产物分子量变化不大，聚合物水凝胶流变学性质均合适，但透光率大幅下降。说明以每克预聚乙二醇计，催化剂的用量为5～7μl更优。同时，催化剂的加入量对透光率性能的影响较显著，故而，上述实施例还给出了实际操作中，可以通过催化剂的用量以调控产品的透光率的技术启示。
[0125]
对比例1
[0126]
聚合物制备：
[0127]
称量peg-2000、ppg-2000、pcl-2000，并按照3.6：1：0.05的投料量将其置于圆底烧瓶中并加入35ml甲苯溶剂，形成第一分散体系。对其减压蒸馏除水后，形成第二分散体系。再向第二分散体系中加入接合剂六亚甲基二异氰酸酯(hdi)使异氰酸基：羟基＝1：1，再加入6μl催化剂二月桂酸二丁锡以进行聚合反应。聚合反应温度120℃，聚合反应时间为12h，待聚合反应结束后，将产物进行析出处理，抽滤，25℃真空干燥24h，即得的聚合物。
[0128]
聚合物水凝胶制备：
[0129]
pbs(0.01m)配置：将8gnacl、0.2gkcl、1.44gna2hpo4、0.24gkh2po4加入800ml纯净水中，调整溶液ph为7.4左右，完全溶解后补加纯净水至1l。
[0130]
stf(人工泪液)配制方法：将6.8gnacl、1.4gkcl、2.2gnahco3、0.0635gcacl2加入800ml纯净水中，使用hcl/naoh调至ph为7.4左右，补加纯净水至1l。
[0131]
将上述聚合物(0.6g)均匀撒在上述人工泪液等渗pbs的水面(9.4g)上，并置于4℃条件下充分溶胀24h，得到质量浓度6％的聚合物水凝胶。将该水凝胶灌封于5ml密闭西林瓶中，121℃热压灭菌12min，并将其置于4℃条件下保存。
[0132]
其他性能测试：
[0133]
1、折光度：在测量温度为35℃
±
2℃、波长为546
±
10nm的条件下，将0.5ml样品滴入折光仪的测量池中测量样品的折光度。折光度测试结果如下表7所示：
[0134]
表7
[0135]
样品名称折光度(nd)
实施例31.338940实施例41.339116实施例51.339512实施例61.339017实施例131.338920实施例171.338906实施例191.339376实施例211.339347实施例251.339156对比例11.339252
[0136]
由表7可知，聚合物水凝胶折光度均接近人眼折光度(1.33-1.34nd)。
[0137]
2、样品降解量测试：
[0138]
采用减重法，取一定量浓度为5～7％的聚合物水凝胶于20ml ep管中，精确称量加入量及样品和ep管的总重，每组样品加入量在4～5g，接近人眼玻璃体实际重量，37℃胶凝后，每组加入2ml人工泪液，分别在20min、40min、60min、80min、4h、12h、1d、2d、3d、5d、7d、10d、14d、21d、28d监测样品降解量，每次监测时倒掉ep管中的人工泪液，擦净管内外壁上残留的人工泪液，称量样品及ep管总重，计算样品降解量。
[0139]
胶凝温度测试结果如下表8所示：
[0140]
表8
[0141]
样品名称胶凝温度实施例1610.2℃实施例217.4℃实施例1518.9℃实施例118.5℃实施例2021.4℃实施例1221.3℃实施例526.3℃实施例1025.3℃
[0142]
各实施例中水凝胶降解曲线如图2所示。
[0143]
结合图2及表8可知，本发明上述聚合物具备良好的可降解性及生物相容性。而且，水凝胶的降解速率和胶凝温度几乎成正比，胶凝温度越高，降解速率越快。但是，水凝胶的胶凝温度需要控制在一定的范围内(20～30℃)。因为，胶凝温度过低，不方便注射，同时会使37℃条件下的g’过高。胶凝温度过高，则胶凝后g’过低，无法承受足够高的眼压。故而，胶凝温度在上述范围既可以使聚合物有一定的膨胀反力又不会过高，又可以使聚合物不至于过快的降解。
[0144]
同时，降解速率也和产品的分子量及peg:ppg:pcl链段比例有关。产品分子量越高，聚合物ppg比例越高，形成的胶束越多，交联网络越紧密，水分越不容易浸入，降解速率越慢。分子量越小，聚合物ppg比例越低，水份越易浸入，降解速率越快。
[0145]
3、生物毒性测试：
[0146]
玻璃体填充物降解产物细胞毒性试验(存活率)考察实施例5及对比例1中聚合物水凝胶及其降解产物的细胞毒性。方法：培养arpe细胞，使用96孔板，每孔大概含有8000个细胞，细胞在96孔板中培养24h后分别将降解0，10，20，30天的对比例1水凝胶和实施例5水凝胶以10mg/ml,5mg/ml,1mg/ml,0.5mg/ml和0.1mg/ml的浓度加入其中，每个浓度5组，培养24h后，以cck为染色剂，染色4h后，使用酶标仪在450nm波长处测量吸光度。图3示出了本发明实施例5在10天、20天及30天的降解产物红外谱图。实施例5及对比例1的聚合物降解产物细胞存活率(图4)如下表4所示。
[0147]
表4
[0148][0149]
综上可以发现：
[0150]
(1)由存活率结果可知，随降解时间延长，两组降解产物均表现出逐渐降低的细胞毒性，且随着浓度升高，样品细胞毒性会突然增大，并随浓度的升高毒性递增，这可能是由于降解之前样品黏度较高，导致细胞无法正常得到氧气，存活率降低，随着产物降解，样品黏度逐渐降低，细胞存活率明显升高(10mg/ml的浓度在降解20天以后可以达到95％以上)，说明细胞在样品降解前、高浓度条件下，死亡的原因主要是样品黏度过高引起的，实际使用过程中则不需担心这一问题，因为玻璃体本身不影响人眼部细胞的正常生长。
[0151]
(2)实施例5组的降解产物均可以使细胞存活率接近120％，相比之下，对比例1组这一数值很难达到110％，这体现出了实施例5组样品不仅比对比例1组样品具有更好的生物相容性，而且可以促进细胞的增殖。
[0152]
总体来看，ldi作为接合剂合成的产物毒性远小于hdi作为接合剂合成的产物，且在高浓度条件下，仍然不具有细胞毒性，在较低浓度下则可以促进细胞增殖。
[0153]
4、扫描电镜(sem)测试：
[0154]
采用扫描电镜(sem)观察聚合物的外观形态，具体步骤如下：将少量的产物粉末分散至粘有双面胶的铜锭上，在氩气流下喷金，在sem(图5)下观察产物的形态。(分别观察实
施例3(分子量在20～30kda)、实施例4(分子量在30～40kda)、实施例5(分子量在40～50kda)、实施例6(分子量在50～60kda))。
[0155]
从sem结果图可以看出随着产物分子量变大，表面会形成更多孔隙，形成更加清晰的网格状结构，在等量的水中溶胀后会形成交联更加紧密的网状结构，聚合物水凝胶的胶凝温度更低，这与理论相符。
[0156]
5、图6示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶的运动粘度曲线图，其体现出产品具有假塑性流体性质。
[0157]
6、图7示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶的应变扫描曲线图，体现出产品在高应变下的稳定性。
[0158]
7、图8示出了本发明实施例5中聚合物水凝胶的通针性考察图，施加400～2000pa的压力后，聚合物水凝胶仍保持原来的性质，显示其有良好的通针性。
[0159]
8、图9示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物分别制备成3％、7％及9％质量浓度的水凝胶皮下植入小鼠7天后的小鼠皮下肌肉组织切片图；图10示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物分别制备成3％、7％及9％质量浓度的水凝胶皮下植入小鼠14天后的小鼠皮下肌肉组织切片图；可以发现，小鼠皮下肌肉组织几乎无刺激性，产品生物相容性更好。
[0160]
9、图11示出了本发明实施例4、实施例5、实施例6及实施例20中聚合物分别制备成3％、7％及9％质量浓度的水凝胶皮下植入小鼠14天后的小鼠皮下肌肉解剖图。由此可以看出，小鼠背部皮下植入，考察不同分子量水凝胶的刺激性，组织切片及肉眼观察，结果显示分子量大于60000的水凝胶显示出轻微的刺激性，分子量在35000-60000范围内无刺激性。图12示出了本发明实施例4、实施例11、实施例12、实施例16及实施例23中聚合物水凝胶的兔眼刺激性观察图。兔眼刺激性表明，分子量在35000-60000范围内无刺激性，大于60000有刺激性。
[0161]
10、图13示出了对比例1以hdi作为接合剂合成聚合物的局部核磁h图谱，图14示出了实施例5以ldi作为接合剂合成聚合物的局部核磁h图谱，图15示出了对比例1以hdi作为接合剂合成聚合物的局部核磁h图谱，图16示出了实施例5以ldi作为接合剂合成聚合物的局部核磁h图谱。图13与图14相比，化学位移为3.15和1.14的峰面积比值相差大概二倍，这是因为在使用hdi作为接合剂时，其对称的结构使得聚合物单体得到两个对称的氨基甲酸酯，它们相邻的α位移的亚甲基上的氢具有相同的化学位移(3.15)，而ldi结构不同，只有一个氨基甲酸酯连有和ldi结构相同的α位移的亚甲基(3.15)，因此，图14中氨基甲酸酯相邻的α位移的亚甲基与聚丙二醇特征峰(1.14)比值几乎为图13的一半(两图中聚乙二醇用量相同，但接合剂不同，反应进程也不同，在图14中两个峰面积的真实比例只能接近图13中的一半。图16中，化学位移为4.31的峰为l-赖氨酸中-ocor相邻的α亚甲基，为l-赖氨酸的特征峰，这一位置在图15中没有峰出现。
[0162]
11、对于灭菌条件的考察
[0163]
要满足f0≥8的热压灭菌条件，需要在121℃条件下至少灭菌8min，因此，分别考察实施例4、实施例10及实施例17聚合物水凝胶性质，确定一个合适的灭菌时间范围。
[0164]
分别取实施例4、实施例10及实施例17中的水凝胶在121℃温度条件下分别热压灭菌8、12、15、20及30min，测试其凝胶温度及37℃条件下g’。
[0165][0166][0167]
继续取实施例4中的水凝胶在121℃温度条件下分别热压灭菌8、12、15及20min，测试其分子量。
[0168]
实施例4分子量未灭菌40525灭菌8min40138灭菌12min40525灭菌15min40368灭菌20min40883
[0169]
实施例4的水凝胶在121℃温度条件下分别热压灭菌8、12、15及20min，测试其gpc。其中，图17、图18、图19、图20及图21分别为实施例4未灭菌、灭菌8min、12min、15min、20min产物gpc测量图。
[0170]
继续取实施例4及实施例7中的水凝胶在121℃温度条件下分别热压灭菌30min，测试其gpc。其中，实施例7灭菌30min前gpc测量结果见图22(a)所示、灭菌30min后gpc测量结果见图22(b)所示，实施例4灭菌30min前gpc测量结果见图23(c)所示、灭菌30min后gpc测量结果见图23(d)所示。
[0171]
由图表数据可知，灭菌8～20min，产物聚合物水凝胶各项性质均无明显变化。但灭菌30min产物会发生不可逆的聚集，造成部分分子量变大，产物性质改变。因此灭菌时间范围确定为热压灭菌时间优选在8～20min。进一步地，实际生产为确保灭菌效果且尽量减少灭菌时间，防止灭菌时间过长，产物形成不可逆的聚集，优选灭菌条件为121℃热压灭菌12min。
[0172]
12、有机溶剂残留量检测
[0173]
实际生产中应尽量简化工艺，节省成本，为得到最简工艺，对真空干燥后的样品有机溶剂残留量进行考察，以确定透析的必要性，同时确定目前的干燥时间是否合适。
[0174]
通过气相色谱法检测样品有机溶剂残留(甲苯、乙醚)
[0175]
根据溶剂极性顺序：石油醚《环己烷《四氯化碳《三氯乙烯《苯《甲苯《二氯甲烷《氯仿《乙醚《乙酸乙酯《乙酸甲酯《丙酮《正丙醇《甲醇《吡啶《乙酸，选择甲醇作为溶剂，非极性的hp－5柱进行检测；分别对实施例4、实施例10及实施例17中水凝胶进行有机溶剂残留量
检测。
[0176]
甲苯残留量检测
[0177]
图24示出了5、10、15mg/ml的甲苯标准品气相检测结果图，其中，a为5mg/ml的甲苯标准品，b为10mg/ml的甲苯标准品，c为15mg/ml的甲苯标准品。
[0178]
图25示出了实施例4(d)、实施例10(e)及实施例17(f)中水凝胶甲苯残留量测量气相检测结果图。
[0179]
乙醚残留量检测
[0180]
图26示出了5、10、15mg/ml的乙醚标准品气相检测结果图，其中，a为5mg/ml的乙醚标准品，b为10mg/ml的乙醚标准品，c为15mg/ml的乙醚标准品。
[0181]
图27示出了实施例4(d)、实施例10(e)及实施例17(f)中水凝胶乙醚残留量测量气相检测结果图。
[0182]
综上，根据中国药典2020版有机溶剂残留量标准，甲苯属二类有机溶剂，其限度为不超过0.089％，乙醚为三类有机溶剂，其限度为不超过0.5％。根据产物实测结果，甲苯和乙醚均低于检测限0.13μg/ml(根据基线求出噪声平均值，信噪比s/n＝3:1为检测限)，符合药典标准要求，因此采用本发明制备得到的水凝胶，不需要进行透析，且25℃真空干燥24h合适。
[0183]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。