一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体的制备方法

1.本发明涉及医学用人工晶状体技术领域，具体涉及一种可见光/太阳光驱动的调节型人 工晶状体的制备方法。


背景技术：

2.随着超声乳化技术和折叠式人工晶状体的出现，白内障手术取得了长足的进步，但也 带来了更高的患者期望，对白内障术后效果的要求越来越高，对人工晶状体功能的要求也 越来越多，尤其是对于白内障伴老视的患者。
3.调节型人工晶状体通过不同策略的单独或联合使用来实现屈光力的动态变化，包括基 于位置改变的单光学面或双光学面人工晶状体，基于形状改变、折射率改变的可调节型人 工晶状体以及注入式人工晶状体技术，不仅给患者提供了由近到远逐渐过渡的全程视力， 且避免了多焦点人工晶状体相关的不良视觉症状，有效提高了患者术后视功能和生活质量。 然而，目前此类人工晶状体最大的问题是，其调节功能的实现主要依赖晶状体囊袋作用， 但在大多数患者中，年龄增长或后发性白内障都会造成囊膜收缩及硬化，从而影响了囊袋 功能，进而严重影响了此类人工晶状体的调节功能，造成术后实际屈光度可调范围远远低 于正常人，术后无法提供足够的调节力。
4.交联液晶高分子材料同时具备液晶的各向异性和高分子网络的弹性，具有较好的刺激 一响应性、分子协同和弹性等性能，其可在多种外界刺激下实现相态改变，影响液晶分子 结构或有序排序，并进一步改变整个材料的宏观形状。通过合理的分子结构和取向设计， 可实现在光、热、电压、磁场和湿度等多种刺激下对此材料的操纵，表现为可重复性、可 逆性、大范围的应变驱动行为，包括伸缩、弯曲、扭曲、振动等，虽然当前此类材料在制 作可调节透镜方面的研究很少，但相关研究证实了其作为自适应光学元件的潜力，主要利 用其对温度的响应，实现透镜焦距调节。然而，目前所研究液晶高分子材料100℃的温度响 应阈值在生物体内应用尚存在一定问题，而相较于温度响应，光响应方式更易实施、调控 更加精确。
5.因此，模拟人眼晶状体的结构特点与调节机理，研发光响应调节型人工晶状体显得尤 为必要与迫切。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种可见光/太阳光驱动的调节 型人工晶状体的制备方法，该方法制备得到的调节型人工晶状体，采用的驱动方式是光驱 动方式，不依赖眼内囊袋、睫状肌机械作用，可避免睫状肌年龄相关性变化、术后囊袋硬 化纤维化而影响透镜调节功能。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体的制备方 法，其包括以下步骤：
8.1)取可聚合的双官能团液晶单体和可聚合的双官能团非液晶单体按摩尔比为80：
20-70： 30混合得到混合物；
9.2)将步骤1)得到的混合物注入模具中，在加热条件下使混合物进行热固化，固化后 脱模，得到温度响应液晶聚合物，所述模具的模腔为符合人体工学的眼内植入物的人工晶 状体形状；
10.3)取两片由步骤2)制备的温度响应液晶聚合物贴合，贴合的两层之间均匀涂覆有光 热转化材料，在光照下进行光固化，得到可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体。
11.作为本发明的进一步优选技术方案，步骤1)中的可聚合的双官能团液晶单体为以下分 子结构式1-4所示化合物中的一种或几种：
[0012][0013]
其中，r为n为1-12的正整数；
[0014]
步骤1)中的可聚合的双官能团非液晶单体为以下分子结构式5所示化合物：
[0015][0016]
其中，n为4-23的正整数。
[0017]
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤1)的混合物中还添加有硫醇单体、自由基光 引发剂、催化剂和交联剂，其中，所述硫醇单体的添加质量分数为12％-20％，所述光引发 剂和所述催化剂的添加量分别为所述混合物总质量的0.2％-2％，所述交联剂的添加量占所 述混合物的总分子量的10％-20％。
[0018]
作为本发明的进一步优选技术方案，所述硫醇单体为以下分子结构式6所示化合物：
[0019][0020]
其中，n为1-12的正整数。
[0021]
作为本发明的进一步优选技术方案，所述自由基光引发剂为苯偶酰双甲醚，催化剂为 三乙胺。
[0022]
作为本发明的进一步优选技术方案，所述交联剂为季戊四醇四-3-巯基丙酸酯。
[0023]
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤2)中的热固化在烘箱中进行，温度为70-100℃， 固化时间为8-24h。
[0024]
作为本发明的进一步优选技术方案，所述光热转化材料为偶氮苯衍生物、碳基光
热转 化剂、金属纳米材料、有机染料中的一种或几种的混合。
[0025]
作为本发明的进一步优选技术方案，所述光热转化材料为cus纳米粒子，cus纳米粒 子的溶液浓度为0.005-0.5mg/ml。
[0026]
作为本发明的进一步优选技术方案，步骤3)中的具体操作包括：
[0027]
3.1)取两片由步骤2)制备的温度响应液晶聚合物均将其一侧涂覆光热转化材料，待 光热转化材料干燥后，将两片温度响应液晶聚合物均以涂覆有光热转化材料的一侧为贴合 面进行贴合，以使涂覆的光热转化材料夹在两层之间；
[0028]
3.2)通过机械牵拉，使贴合后成一体的两片温度响应液晶聚合物的长度拉伸至原长的 120-150％；
[0029]
3.3)在光波长为350-365nm，光照强度为10-30mw/cm2的光照下进行光固化，聚合时 间为0.2-3h，以得到可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体。
[0030]
本发明的可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体的制备方法，通过采用上述技术方案， 可以达到如下有益效果：
[0031]
1)本发明制备的调节型人工晶状体，采用的驱动方式是光驱动方式，不依赖眼内囊袋、 睫状肌机械作用，可避免睫状肌年龄相关性变化、术后囊袋硬化纤维化而影响透镜调节功 能，且相较于电驱动方式，太阳光是能直接获得的一种清洁能源，对材料和人体的损害小， 避免了漏电等风险，是一种理想的驱动方式；
[0032]
2)本发明采用的液晶高分子材料，具备液晶的各向异性，在外场刺激下，由于液晶分 子取向改变，可表现为折射率的改变，由于液晶分子的协同运动，宏观上可表现为形状变 化，在此双重作用下，此调节型人工晶状体可提供更大的焦距调节范围，是一种可满足患 者全距离视物需求的人工晶状体材料；
[0033]
3)本发明制备得到的调节型人工晶状体为光致形变人工晶状体材料，完全由光控制， 不需要任何电池、电动机、齿轮的介入，采用此材料制成的产品容易实现小型化，可通过 较小的切口植入眼内，对眼部创伤小，达到微创手术要求，有利于患者术后恢复，是一种 对人体安全有效的人工晶状体材料。
附图说明
[0034]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0035]
图1为实施例5所制备样品在光驱动下的成像性能对比图；
[0036]
图2为实施例1-5所制备样品的应力-应变曲线图；
[0037]
图3为实施例5-8所制备样品的光谱透过率曲线图；
[0038]
图4为实施例5-8所制备样品的光热效应曲线图；
[0039]
图5为实施例5-8所制备样品的光致形变曲线图；
[0040]
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0041]
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的 如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以 限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视 为
本发明可实施的范畴。
[0042]
本发明通过将光热转化材料与温度响应液晶聚合物结合，实现了由可见光/太阳光驱动 的人工晶状体的形状及焦距变化，从而满足了患者全距离视物需求。该人工晶状体的形变 程度可通过控制可见光/太阳光的强度和纳米粒子浓度进行调节，同时可实现人工晶状体的 个性化定制，本发明的可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体的制备方法有望在白内障伴 老视治疗领域发挥重要作用。
[0043]
为了让本领域技术人员进一步理解本发明的技术方案，以下通过实施例的方式对本发 明的技术方案做进一步地详细说明。
[0044]
以下实施例均以cus纳米粒子为光热转化材料为例。
[0045]
实施例1
[0046]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0047]
(1)配置液晶混合物：按摩尔比80：20取1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧 基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，然后按质量百分比计，取6-二氧杂
ꢀ‑
1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％， 混合搅拌得到混合物；
[0048]
(2)将混合物充分搅拌均匀后，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转 移至100℃烘箱中使混合物热固化12小时。
[0049]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其一侧表面涂覆浓度0.05mg/ml 的cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0050]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴合，再在夹 具辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长150％，并在365nm，13mw/cm2紫外光下 进行光固化1小时，得到可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体(又称液晶透镜)。
[0051]
实施例2
[0052]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0053]
(1)配置液晶混合物：按摩尔比77：23取1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧 基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，以及按质量百分比计，取6-二氧杂
ꢀ‑
1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％ 混合，搅拌得到混合物。
[0054]
(2)将混合物充分搅拌均匀后，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转 移至100℃烘箱中热固化12小时。
[0055]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其一侧表面涂覆浓度0.05mg/ml 的cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0056]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴，再在夹具 辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长150％，并在365nm，13mw/cm2紫外光下进 行光固化1小时。
[0057]
实施例3
[0058]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括
以下步 骤：
[0059]
(1)配置液晶混合物：按摩尔比72：28取1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧 基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，以及按质量百分比计，取6-二氧杂
ꢀ‑
1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％混 合，搅拌得到混合物；
[0060]
(2)将混合物充分搅拌均匀，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转移 至100℃烘箱中热固化12小时。
[0061]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其表面涂覆浓度0.05mg/ml的 cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0062]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴，再在夹具 辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长150％，并在365nm，13mw/cm2紫外光下进 行光固化1小时。
[0063]
实施例4
[0064]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0065]
(1)配置液晶混合物：按摩尔比为70：30取1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧 基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，以及按质量百分比计，取6-二氧杂
ꢀ‑
1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％ 混合，搅拌得到混合物；
[0066]
(2)将混合物充分搅拌均匀，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转移 至100℃烘箱中热固化12小时。
[0067]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其一侧表面涂覆浓度0.05mg/ml 的cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0068]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴和，并使涂 覆的光热转化材料夹在两层之间，再在夹具辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长的 150％，并在365nm，13mw/cm2紫外光下进行光固化1小时，得到可见光/太阳光驱动的 调节型人工晶状体，又称液晶透镜。
[0069]
实施例5
[0070]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0071]
(1)配置液晶混合物：按摩尔比75：25取1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧 基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，以及按质量百分比计，取6-二氧杂
ꢀ‑
1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％混 合，搅拌得的混合物；
[0072]
(2)将混合物充分搅拌均匀，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转移 至100℃烘箱中热固化12小时。
[0073]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其表面涂覆浓度0.05mg/ml的 cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0074]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴，再在夹
具 辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长150％，并在365nm，13mw/cm2紫外光下进 行光固化1小时。
[0075]
对实施例1-5所制备样品分别进行如下测试：
[0076]
图1为实施例5所制备样品在光驱动下成像性能的宏观展示图，分别在有可见光的光 照和撤出可见光的光照的情况下透过实施例5的产物观察网格尺寸。
[0077]
对实施例5的样品放置于标准尺寸的网格坐标纸前，用不同强度的太阳光照
[0078]
根据相关国家标准采用标准尺寸的裁刀将实施例1-5所制备样品切割成长条型试样，将 试样夹持在拉伸机专用夹具上，拉伸速度为5.00mm/min，通过压力传感器将数据传至计算 机，记录各试样在拉伸形变过程中的拉伸应力-应变曲线，并计算曲线上的特征点以得到断 裂伸长率，结果如图2所示，图中与各曲线对应的c6m：pegda的比值为实施例1-5中各 实例中1,4-双-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(c6m)和聚乙二醇二丙烯酸酯 (pegda)的摩尔比。对图2中各曲线进行对比分析可知，改变温度响应液晶聚合物内双 官能团液晶单体和非液晶单体的摩尔比，随着非液晶单体比例增加，力学性能提高，断裂 伸长率相应增加。与目前商用人工晶状体材料相比，此材料力学性能也有一定的提升，其 较高的断裂伸长率反映出材料具有更好的柔韧性，更优异的韧性及弹性，对于人工晶状体 材料来说，在植入手术过程中此材料可以被折叠通过更小的切口植入眼内，并在眼内自由 快速展开，有利于实现微创手术目的。
[0079]
实施例6
[0080]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0081]
(1)按摩尔比75：25取c6m和聚乙二醇二丙烯酸酯，以及按质量百分比计，取6
‑ꢀ
二氧杂-1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺 0.5％混合，得到混合物；
[0082]
(2)将混合物充分搅拌均匀，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转移 至100℃烘箱中热固化12小时。
[0083]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其表面涂覆浓度0.005mg/ml的 cus纳米粒子溶液，放置于70℃环境下烘干。
[0084]
(4)将两层已烘干的涂覆有cus纳米粒子溶液的温度响应液晶聚合物相贴，再在夹具 辅助下进行机械牵拉，水平方向牵拉至原长150％，并在365nm 13mw/cm2紫外光下进行光 固化1小时。
[0085]
实施例7
[0086]
本实施例制备了一种可见光/太阳光驱动的调节型人工晶状体，其制备方法包括以下步 骤：
[0087]
(1)按摩尔比75：25取c6m：聚乙二醇二丙烯酸酯，以及按质量百分比计，取6-二 氧杂-1,8-辛烷二硫醇19％、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯9％、苯偶酰双甲醚0.5％、三乙胺0.5％ 混合，搅拌得到混合物；
[0088]
(2)将混合物充分搅拌均匀，注入模腔为人工晶状体结构的模具内，然后将模具转移 至100℃烘箱中热固化12小时。
[0089]
(3)将在模具中成型的温度响应液晶聚合物取出，在其表面涂覆浓度0.1mg/ml的
形变量增大；同一光照强度，随着所涂覆cus纳米粒子浓度增加，所制备样品形变量增加。
[0101]
cus纳米粒子本身为黑色，且为水溶性材料，而液晶高分子材料为油溶性，若直接掺 入本发明的体系中或使用高浓度纳米粒子，难以避免相分离的发生，进而出现光散射影响 材料的整体光学性能。一方面，本发明所制备的产物光热效应较高，如图4-5所示，在较低 光照强度下即可产生显著温度变化，进而驱动材料发生可观形变；另一方面，本发明采用 cus纳米粒子溶液涂覆的方法将其与液晶基体进行结合，在保证光热效应的同时也避免体 系内相分离的发生，在一定程度上减少光热分子对透镜整体光学性能的影响，如图3所示， 本发明所制备的产物在可见光波段光谱通过率仍能达到70％-80％，具有较高光学透明性。 故综合考虑分析得出，较低浓度的cus纳米粒子即可达到本发明目标，以cus纳米粒子的 溶液浓度为0.005-0.5mg/ml，作为优选。
[0102]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅 是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本 发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。