高折射聚硫氨酯水凝胶的制备及其在人工角膜上

  【摘要】:人工角膜材料是影响人工角膜性能的关键因素。理想的人工角膜植入材料要求物理化学性质稳定、生物相容性好、透光性高、透气性好,生物机械性能应与人体角膜相当,同时还应具有一定的折射能力,使得植入后能够达到矫正视力的目的。水凝胶生物材料具有良好的生物相容性,并且对水溶性代谢产物如葡萄糖、小分子营养物质、氧等有很高的透过性,在眼科材料领域得到了广泛的应用。但高含水量的水凝胶通常其机械性能较差、折射率偏低,限制了其在人工角膜上的应用。本论文主要针对以下方面开展了研究工作:1.成功地合成了一系列双键封端的基于端巯基乙酸乙二醇酯(EGBMA)及端巯基乙酸丙三醇酯(GTMA)的聚硫氨酯预聚物(PTUP),并通过紫外引发自由基聚合制备了一系列无色透明的聚硫氨酯水凝胶。硫元素的引入提高了水凝胶在湿态下的折射率,当PTUP与AA的质量比为1/1时,水凝胶的平衡含水量为62.9-76.5%,其干态和湿态时的折射率分别为1.514–1.548和1.396–1.441。引入支化结构(GTMA型),由于支化聚合物较小的分子尺寸和类似球形的紧凑结构,增强了聚合物与水分子间的氢键作用,使得GTMA型水凝胶在高含水量下仍然具有高的折射率。基于GTMA和IPDI的支化水凝胶(G-IP-1)在76.5%含水量(人角膜78%)时,折射率高达1.409,高于人角膜的折射率1.373-1.380。同时,还展示了良好的机械性能,其断裂伸长率、拉伸强度和弹性模量分别为56.4%、1490 kPa、780 kPa。体外细胞毒性实验显示所有的水凝胶对人角膜上皮细胞(HCECs)基本不显示毒性。2.成功制备了端巯基乙酸季戊四醇酯(PETMA)并由此得到了一系列无色透明的聚硫氨酯水凝胶。所制备的水凝胶含水量为60.2-81.3%,水凝胶在干态和湿态下的折射率分别为1.504–1.589和1.381–1.445。相较于直链型及支化型水凝胶,四臂型水凝胶具有更高的含水量和更高的折射率。所制备的水凝胶展现了良好的生物相容性。3.成功合成了三种不同分子量的端巯基乙酸聚乙二醇酯(PEG200BMA、PEG400BMA和PEG1000BMA)及一系列具有不同结构的PEG型聚硫氨酯前聚体(PTUP),并通过与丙烯酸(AA)共聚,得到了一系列无色透明的PEG型聚硫氨酯水凝胶。所制备水凝胶的含水量为42.8-69.1%,其在干态和湿态下的折射率分别为1.509–1.559、1.425–1.468(1/1)和1.502-1.543、1.378-1.419(1/2)。所制备的水凝胶还展示了良好的机械性能,基于PEG200BMA和MDI的水凝胶(2-M-1)其断裂伸长率、拉伸强度和弹性模量分别为275%、3240 kPa、1310 kPa。所有的PEG型聚硫氨酯水凝胶对人角膜上皮细胞显示了良好的相容性。4.通过将具有高折射率的巯基乙醇修饰的ZnS(ME-ZnS)纳米粒子掺杂到聚硫氨酯前聚体中,再经紫外引发自由基聚合,制备了一系列高折射的有机-无机纳米复合水凝胶。所制备的水凝胶均为无色透明,水凝胶的平衡含水量为50.0-73.4%,其折射率在干态和水合状态下分别为1.522-1.596和1.389-1.454。且随着ZnS含量的增加,水凝胶的含水量降低,折射率线性增加,具有可调控性。体外细胞毒性实验显示所有的纳米复合水凝胶对人角膜上皮细胞基本都不显示毒性,同时,ZnS纳米粒子的加入也没有对水凝胶产生毒性。