CN113101010A - 一种角膜基质内人工角膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种角膜基质内人工角膜及其制备方法。制备方法包括如下步骤：干态硅水凝胶模胚的制备：将硅水凝胶单体聚合为干态硅水凝胶模胚；车削成型：将干态硅水凝胶模胚固定在数控车床上，依次车削出人工角膜的前板和光柱部，前板曲率半径与角膜前表面一致，且前板中央区域厚，周边部逐渐变薄；抛光、水合：再将人工角膜前板前表面和光柱部后表面抛光，充分水合软化，形成胶态人工角膜。本发明的人工角膜植入患者角膜组织层间，在人工角膜表面覆盖了一层自体或异体板层角膜组织，手术后患者角膜表面没有人工角膜与患者角膜的交界，避免了手术后渗漏和人工角膜脱出。
Description
技术领域
本发明涉及医用材料技术领域，具体为一种角膜基质内人工角膜及其制备方法。
背景技术
角膜是位于眼球最前端的一层透明薄膜，中央厚度平均520-540微米，对眼球起保护作用，并为眼球提供大部分屈光力。由于角膜直接与外界环境接触，极易受到机械外伤、热烧伤、化学烧伤及病原微生物的感染，角膜还可能出现先天遗传性或发育性异常，致使角膜发生病变，使透明的角膜变得混浊而导致患者失明。据WHO统计，目前全世界因角膜病致盲患者近6000万人，我国有近500万人，绝大多数患者可以通过角膜移植来治愈，但由于捐献角膜极为匮乏致使大部分患者得不到角膜移植手术而无法复明。
近20多年来，利用高分子材料(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)为主要原料制造的人工角膜的出现及人工角膜植入手术的进步为角膜病盲人的复明带来了新的希望。迄今为止，人工角膜主要有波士顿人工角膜(美国)、AlphaCor人工角膜(澳大利亚)、米赫人工角膜(俄罗斯)和Osteo-Odonto人工角膜(意大利)等种类，其中以波士顿人工角膜疗效最好，应用最广泛。尽管波士顿人工角膜是目前评价最高的一款人工角膜，但它需要一片细胞活性好，可用于穿透性角膜移植的捐献人角膜做为组件才能植入患者。由于捐献的人角膜本身就极为匮乏，这一缺陷严重限制了波士顿人工角膜的应用。
而且，目前所有的人工角膜都难于克服一个至关重要的缺陷，即人工角膜材料组织相容性差，移植后不能与患者的角膜组织愈合，导致手术后期手术创口渗漏、人工角膜脱出和感染。
因此，保证人工角膜植入后期取得满意疗效的关键是避免人工角膜与患者角膜之间创口渗漏和人工角膜脱出。
发明内容
针对现有人工角膜的技术不足，本发明的目的是提供一种角膜基质内人工角膜及其制备方法，以解决人工角膜植入后的创口渗漏和人工角膜脱出的问题，而且，它的植入不需要捐献人角膜或仅需要细胞活性较差的捐献人角膜。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种角膜基质内人工角膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)干态硅水凝胶模胚的制备：将硅水凝胶单体聚合为干态硅水凝胶模胚；
(2)车削成型：将干态硅水凝胶模胚固定在数控车床上，依次车削出人工角膜的前板和光柱部，前板曲率半径与角膜前表面一致，且前板中央区域厚，周边部逐渐变薄；
(3)抛光、水合：再将步骤(2)制得的人工角膜前板前表面和光柱部后表面抛光，充分水合软化，形成胶态人工角膜。
步骤(2)中，所述人工角膜前板中央厚度70-100微米，周边部逐渐变薄，直径5-8mm。
步骤(2)中，所述人工角膜光柱部直径3-6mm，长度4-6mm。
步骤(2)中，也可以通过旋转成型或铸模成型法等方法制作人工角膜。
步骤(1)中，模胚材料也可以采用矽水胶、水凝胶和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料。
步骤(1)中，干态硅水凝胶模胚的制备方法，具体如下：
S1.按照以下质量百分数称取各原料：含硅单体23-40％、亲水性单体36-52％、交联剂0.05-8％、光/热引发剂0.05-5％，其余为溶剂；
S2.将各组分按配方量混合搅拌均匀后注入模具中，在常规加热或紫外灯照射条件下发生聚合反应；
S3.将模具置于体积分数为10-30％的醇类溶剂中进行分离，收集得到硅水凝胶模胚；
S4.将所述模胚置于体积分数为10-20％的异丙醇中改制1h；异丙醇作为清洗去油剂，可使模胚上的油脂材料完全被清洗，提升模胚透亮度的同时，使模胚上的通道打开，从而提高模胚的透氧系数；
S5.将改制后的模胚用纯水浸泡置换1-3次，随后置于0.9％的生理盐水中置换30-60分钟，最后用0.9％的生理盐水封存于西林瓶中，灭菌，即得到成品模胚。
含硅单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)丙基二(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、1,3-双(3-甲基丙烯酰氧丙基)四(三甲基硅氧基)二硅氧烷、聚(二甲基硅氧烷)端二(羟基烷基)、或其组合。
亲水性单体为烷基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N-丙基(甲基)丙烯酰胺、N-2-羟乙基(甲基)丙烯酰胺、及其组合。
溶剂为1，2-丙二醇、正丁醇或正己醇。
步骤(3)中，人工角膜的水合软化在生理盐水进行中。
一种采用上述的角膜基质内人工角膜的制备方法制备而成的人工角膜。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的人工角膜植入于患者角膜组织层间，在人工角膜表面覆盖了一层自体或异体板层角膜组织，手术后患者角膜表面没有人工角膜与患者角膜的交界，避免了手术后渗漏和人工角膜脱出。与波士顿人工角膜需要使用细胞活性好的可用于穿透性角膜移植的捐献人角膜不同，本专利发明的人工角膜不需要使用捐献角膜，或仅需要使用细胞活性较差，不能用于穿透性角膜移植的板层角膜组织，这种细胞活性较差的捐献角膜并不缺乏。
2、人工角膜在角膜基质内植入，表面用自体板层角膜或细胞活性较差的捐献板层角膜覆盖，术后患者角膜表面无人工角膜与患者角膜交界口。
3、本发明制得的人工角膜结构简单，取材方便，成本较低，有效解决了人工角膜与患者角膜之间创口渗漏和人工角膜脱出的问题。同时制备方法简单、易于操作，有广大的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的人工角膜置入后的效果图。
附图标记说明：
1-人工角膜，2-患者原有角膜，3-自体或异体板层角膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
本发明提供一种角膜基质内人工角膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)干态硅水凝胶模胚的制备：将硅水凝胶单体聚合为干态硅水凝胶模胚：
S1.按照以下质量百分数称取各原料：含硅单体32％、亲水性单体45％、交联剂3.85％、光/热引发剂0.21％，其余为溶剂正丁醇；
S2.将各组分按配方量混合搅拌均匀后注入模具中，在常规加热或紫外灯照射条件下发生聚合反应；
S3.将模具置于体积分数为18％的醇类溶剂中进行分离，收集得到硅水凝胶模胚；
S4.将所述模胚置于体积分数为16％的异丙醇中改制1h；异丙醇作为清洗去油剂，可使模胚上的油脂材料完全被清洗，提升模胚透亮度的同时，使模胚上的通道打开，从而提高模胚的透氧系数；
S5.将改制后的模胚用纯水浸泡置换1-3次，随后置于0.9％的生理盐水中置换50分钟，最后用0.9％的生理盐水封存于西林瓶中，灭菌，即得到成品模胚；
(2)车削成型：将干态硅水凝胶模胚固定在数控车床上，依次车削出人工角膜的前板和光柱部，前板曲率半径与角膜前表面一致，且前板中央区域厚，周边部逐渐变薄；
(3)抛光、水合：再将步骤(2)制得的人工角膜前板前表面和光柱部后表面抛光，置于生理盐水充分水合软化，形成胶态人工角膜。
步骤(2)中，所述人工角膜前板中央厚度70-100微米，周边部逐渐变薄，直径5-8mm。
步骤(2)中，所述人工角膜光柱部直径3-6mm，长度4-6mm。
步骤(1)中，含硅单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷和聚(二甲基硅氧烷)端二(羟基烷基)按照质量比1:1混合而成。
亲水性单体为N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺。
通过上述步骤制得的人工角膜透明，角膜下方的字迹清晰，边缘整齐。
本发明的人工角膜植入方法：
如图1所示，如果患者只有角膜后部(深层)或角膜内皮层的病变，而前部角膜仍然正常，在人工角膜1植入前，先剖开前部患者原有角膜2，范围10*10mm，深度平均100-200微米。在患者残留的自体或异体板层角膜3上用直径3-5mm环钻钻开后部植床，植入本发明的人工角膜1，将人工角膜1的光柱部通过环钻口嵌入前房内，人工角膜1的前板位于患者角膜层间，再把术中剖切下的患者前部角膜板层组织覆盖并缝合固定在人工角膜1表面。
如果患者的前部角膜有病变，不适宜覆盖和缝合固定在人工角膜表面，则使用一片细胞活性较差的捐献人角膜组织来覆盖和缝合固定，即自体或异体板层角膜3来代替。其他手术方法与上述类似。
将本发明的人工角膜植入于患者角膜组织层间，在人工角膜表面覆盖了一层自体或异体板层角膜组织，手术后患者角膜表面没有人工角膜与患者角膜的交界，避免了手术后渗漏和人工角膜脱出。与波士顿人工角膜需要使用细胞活性好的可用于穿透性角膜移植的捐献人角膜不同，本专利发明的人工角膜不需要捐献人角膜，或仅需要细胞活性较差，不能用于穿透性角膜移植的板层角膜组织，这种细胞活性较差的捐献角膜并不缺乏。
试验例：
将所制得的人工角膜用于年龄4岁的猴子进行板层角膜移植术后3月，中央角膜透明度与周边角膜的透明度完全相同，植片区虹膜纹理清晰，且与周边角膜后的虹膜纹理连续。并且通过HE染色示：角膜前基质胶原纤维纹理清晰，可见角膜基质细胞长入，表层有3-5层上皮细胞覆盖。
简言之，本专利发明的人工角膜是角膜基质内植入的一体性人工角膜，能够避免术后的创口渗漏和人工角膜脱出，而且，植入时不需要捐献人角膜或仅需要细胞活性较差，容易获得的捐献人角膜。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)干态硅水凝胶模胚的制备：将硅水凝胶单体聚合为干态硅水凝胶模胚；
(2)车削成型：将干态硅水凝胶模胚固定在数控车床上，依次车削出人工角膜的前板和光柱部，前板曲率半径与角膜前表面一致，且前板中央区域厚，周边部逐渐变薄；
(3)抛光、水合：再将步骤(2)制得的人工角膜前板前表面和光柱部后表面抛光，充分水合软化，形成胶态人工角膜。
2.如权利要求1所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，模胚材料采用矽水胶、水凝胶或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
3.如权利要求1所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述人工角膜前板中央厚度70-100微米，周边部逐渐变薄，直径5-8mm；所述人工角膜光柱部直径3-6mm，长度4-6mm。
4.如权利要求1所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，人工角膜成型方法采用旋转成型或铸模成型法。
5.如权利要求1所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，干态硅水凝胶模胚的制备方法，具体如下：
S1.按照以下质量百分数称取各原料：含硅单体23-40％、亲水性单体36-52％、交联剂0.05-8％、光/热引发剂0.05-5％，其余为溶剂；
S2.将各组分按配方量混合搅拌均匀后注入模具中，在常规加热或紫外灯照射条件下发生聚合反应；
S3.将模具置于体积分数为10-30％的醇类溶剂中进行分离，收集得到硅水凝胶模胚；
S4.将所述模胚置于体积分数为10-20％的异丙醇中改制1h；异丙醇作为清洗去油剂，可使模胚上的油脂材料完全被清洗，提升模胚透亮度的同时，使模胚上的通道打开，从而提高模胚的透氧系数；
S5.将改制后的模胚用纯水浸泡置换1-3次，随后置于0.9％的生理盐水中置换30-60分钟，最后用0.9％的生理盐水封存于西林瓶中，灭菌，即得到成品模胚。
6.如权利要求5所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，含硅单体为甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)丙基二(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、1,3-双(3-甲基丙烯酰氧丙基)四(三甲基硅氧基)二硅氧烷、聚(二甲基硅氧烷)端二(羟基烷基)、或其组合。
7.如权利要求5所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，亲水性单体为烷基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N-丙基(甲基)丙烯酰胺、N-2-羟乙基(甲基)丙烯酰胺、及其组合。
8.如权利要求5所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，溶剂为1，2-丙二醇、正丁醇或正己醇。
9.如权利要求1所述的一种角膜基质内人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，人工角膜的水合软化在生理盐水进行中。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的角膜基质内人工角膜的制备方法制备而成的人工角膜。
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