[发明专利]基于改性PVA衍生物水凝胶材料的一种可回收的临时角膜假体或隐形眼镜

说明书

本发明公开了一种基于改性PVA衍生物水凝胶材料的一种可回收的临时角膜假体或隐形眼镜，属于凝胶材料技术领域。本发明利用醛类化合物对活化后的聚乙烯醇进行改性，得到的产物置于饱和碳酸钠溶液中进行终止反应，析出的白色固体进行除杂，冷冻干燥，得到白色颗粒，即改性聚乙烯醇凝胶材料；其中，所述醛类化合物用量为聚乙烯醇中羟基物质的量的20‑30％。该材料作为人角膜供体材料具有相分离可控，可塑形，高含水量，高透明度，力学适配，高通透，可反复回收，制备方便，可缝合等优点，是良好的营养输送效果以及生物相容性佳的临时角膜替代品。

技术领域

本发明属于凝胶材料技术领域，具体涉及基于改性PVA衍生物水凝胶材料的一种可回收的临时角膜假体或隐形眼镜。

背景技术

据世界卫生组织(WHO)估计，每年有超过1000万患者因角膜疾病或损伤而遭受视力障碍和视力丧失，角膜移植术是最主要的治疗手段，而穿透性角膜移植术Penetratingkeratoplasty(PKP)是目前主流移植手术(The Lancet 379.9827(2012):1749-1761)。2012年，国际眼库协会统计了116个国家角膜移植情况，发现大约185000例角膜移植案例。近几年，更是越发严重，全球每年估计有1270万人在等待角膜移植，而这当中只有70分之一的需求得到满足。供体的严重紧缺、库存不足导致很多病患错过复明或者择期手术的机会。同时就算有人类角膜供体存在的情况下，术后感染、免疫排斥等一系列问题也接踵而来，因此无论是对于病患还是医生，都迫切需要开发人工角膜产品。

人工角膜产品根据其来源主要分为两种：一种是基于天然材料的组织工程学人工角膜；另一种是基于合成材料的全合成人工角膜。组织工程学人工角膜是以脱细胞的生物组织为原材料，常见的有猪、鱼鳞、人体皮肤和羊膜等。该策略的主要问题是：天然材料来源有限，异体蛋白会出现强烈的免疫排斥等。更重要的，这些天然材料角膜在移植后会在短期降解，透明度不够，导致患者在移植后经常出现恢复窗口期与材料的适用期不匹配，生活质量并未很好提高的情况。因此，基于合成材料的人工角膜应运而生，它在生物相容性、通透性、机械顺应性等方面都进行了优良的性能改造，成为替代人类角膜的新一代材料。目前，全合成人工角膜多数采用聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅凝胶等，再配合周边支架模拟人类角膜结构。这些材料在生理环境下不降解，因此为病患提供了相对较长的窗口期来等待角膜供体，同时高含水量确保了氧气输运效率。但是在回收再利用的层面上，鉴于这些聚合物是共价交联的产物，不可回收再利用，导致环境的微塑料含量急剧增大；其次，大部分原料都是共聚物，由于不确定原料具体反应原理，有残留单体的可能，导致分子量不好控制。最后，它们的力学性能大部分不能很好的适配自然角膜，很多由于力学上表现软脆也缺乏可缝合性，这在临床上收到很大的限制。

在全球环境污染层面上，近十年，人工角膜替代物或者隐形眼镜通常会在用过之后直接丢弃。这样，会产生大量的难降解的塑料垃圾。当这些材料失去一些结构强度时会物理分解，这会导致更小的塑料颗粒，最终导致微塑料的形成，可能随之危害土壤生态系统，带来生态风险，并可能导致持久性有毒污染物在蠕虫和鸟类等脆弱生物体内积累，从而引发食物链顶端危机。美国亚历桑纳州立大学研究指出大约每2磅的污泥中，就能找到一对隐形眼镜。2019年英国推行隐形眼镜回收计划，耗费了大量的人力物力，让塑料垃圾再循环，达到废弃物减量。

因此，开发出一种具备回收性能的非共价交联的水凝胶显得很重要。非共价键凝胶涉及离子键，在PBS缓冲溶液中不稳定，还涉及氢键，在高温水下不稳定结构很容易解散坍塌，因此疏水相互作用的非共价物理交联凝胶变成了优先选择的材料。经过疏水烷基侧链改性亲水主链而形成的水凝胶，称之为疏水缔合物理凝胶(SAHs)，它具有机械顺应性，光学适配，可回收，稳定性和可加工性，可以很好得满足角膜移植的必备要求。另一方面，角膜移植物必须具有多孔性，因为多孔性可以使得营养物质穿过凝胶提供给角膜细胞，维持眼睛机能。