一种多元聚合物人工角膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多元聚合物人工角膜的制备方法，步骤包括：1）合成多元共聚材料：取多种单体原料混合，加入催化剂，抽真空，充氮气，在密闭的容器中进行反应，制备多元共聚物；2）制备角膜三维支架：使用3D生物打印机，使用多元共聚物为原料，打印出角膜形状的三维立体支架；3）利用ECM对三维支架进行功能修饰：取脱细胞角膜细胞外基质干粉溶于蒸馏水中，将混悬液中的细胞外基质颗粒均匀覆盖到角膜三维支架表面；4）残余角膜微组织化方法的构建：取患者角膜进行微组织化处理，注入到被修饰支架材料中，制备得到一种力学性能优异，生物相容性良好的人工角膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于人体植入医疗器械技术
，尤其涉及一种利用合成的多元聚合物制备人工角膜的方法。
技术介绍
人角膜基质层占角膜厚度的90％，主要由角膜基质细胞和胶原纤维等细胞外基质成分规则排列而成，透明且具有一定的曲率半径，有利于光线通过和折曲，在维持整个角膜的透明度和曲光率等方面具有至关重要的作用。绝大多数角膜基质病盲患者均可以通过角膜移植手术来治愈，但由于捐献角膜的高度匮乏致使绝大部分患者得不到供体角膜而无法复明，导致许多眼角膜疾病患者长期处于等待供体捐献与失明的痛苦中。因此开发一种来源方便，可替代供体捐献角膜的人工眼角膜就变得格外重要和迫切。人造角膜支架材料主要由合成生物材料和与ECM（细胞外基质）相关的生物材料组成。合成生物材料的优点是可以提供优异的生物力学性能，无限量供应，透光度高以及可塑性强的特点，缺点是亲水性差，缺乏生物活性，并且可能诱发一系列的炎症反应等问题。合成生物材料中加入ECM成分，能够为种子细胞创造一个有助于细胞黏附、增殖或分化的天然微环境。3D打印技术是一项基于喷射型的快速成型技术，可以很容易控制局部材料组成、微观结构以及表面特性，可以应用到组织工程角膜的制备中。
技术实现思路
本专利技术涉及一种多元聚合物人工角膜的制备方法，得到一种力学性能优异，生物相容性良好的人工角膜。为实现上述目的采用的技术方案为：一种多元聚合物人工角膜的制备方法，步骤包括：1）合成多元共聚材料：取多种单体原料混合，加入催化剂，抽真空，充氮气，在密闭的容器中进行反应，制备多元共聚物；2）制备角膜三维支架：使用3D生物打印机，将上述多元共聚物为原料置于打印机的料筒中，根据预先设定的模型，打印出角膜形状的三维立体支架；3）利用ECM对三维支架进行功能修饰：取脱细胞角膜细胞外基质干粉溶于蒸馏水中，制备成纳米颗粒混悬液，使用直接涂覆的方式将混悬液中的细胞外基质颗粒均匀覆盖到角膜三维支架表面；4）残余角膜微组织化方法的构建：取患者角膜进行微组织化处理，制备成均匀的细微颗粒，离心收集沉淀，在沉淀中加入生物蛋白胶，在无菌条件下，将其注入到被修饰支架材料中，制得人工角膜。为了控制多元共聚物的分子量，所述步骤1）中反应温度为130-160℃，反应时间为10-24h。为了满足人工角膜的力学强度，所述步骤1）中多元共聚物的分子量为3000-50000。为了满足人工角膜光学性能、力学强度和降解性能的需求，所述步骤1）中单体选自ε-己内酯、丙交酯、三亚甲基碳酸酯或乙二醇中的几种组合，使用时的质量比为，ε-己内酯：丙交酯：三亚甲基碳酸酯：乙二醇=5-90:5-90:3-50:5-30。为了加速多元聚合反应，所述步骤1）中催化剂为辛酸亚锡、有机胍、金属锌、三丁基氯化锡、乙酰丙酮铁、乳酸锌、纳米氧化锌、牛磺酸、乙醇铁、正丙醇铁或正丁醇铁；催化剂的质量为原料质量的0.1%-1%。进一步的，所述步骤2）中打印头直径为200μm，挤出速度为0.022-0.033mm/s，打印温度为120℃-180℃，打印速度为6mm/s，打印层厚为0.01-0.1mm。为了提高三维支架的生物相容性，保证细胞能够在支架上存活，所述步骤2）中打印得到的角膜三维支架的孔隙率为90%，孔隙直径为200-500µm。进一步的，所述步骤3）中脱细胞角膜细胞外基质干粉的制备方法为：将新鲜动物眼角膜放于生理盐水中洗净沥干后切成小块，使用双氧水浸泡；再使用蒸馏水和三蒸水清洗干净，细菌培养呈阴性后，将小块角膜使用超微湿法粉碎，离心分离，收集沉淀，冷冻干燥制备成脱细胞角膜细胞外基质纳米级干粉，在4℃下保存。为了提高离心效果，降低脱细胞角膜细胞外基质颗粒的粒径，所述离心是在4℃条件下分三次离心，离心时间分别为10-20min，离心速度分别为1000rmp-8000rmp，且三次离心的速率是递增的。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术首先制备一种具有优异力学性能的多元聚合物材料，利用3D打印技术以多元聚合物为原料制备角膜三维支架；然后利用脱细胞角膜细胞外基质干粉（ECM）对三维支架进行功能修饰，使用3D打印方式或使用直接涂覆的方式将细胞外基质颗粒均匀覆盖到角膜三维支架表面；最后将患者的残余角膜进行“微组织化处理”，也即将自体角膜“种子细胞”复合到角膜三维支架中，促进了人工角膜的最优微环境，避免了种子细胞的体外培养环节，具有快速临床转化的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本专利技术所提到的比例、“份”，如果没有特别的标记，均以重量为准。本专利技术提供了一种人工角膜的制备方法，利用化学合成的方法，制备一种力学性能可调的合成生物材料，利用3D打印技术打印出人工角膜支架，为了改善其生物相容性，用ECM进行生物功能性修饰，使其在具有良好力学性能的前提下，得到优异的生物活性。步骤包括：1）合成多元共聚材料：取多种单体原料混合，加入催化剂，抽真空，充氮气，在密闭的容器中，在无水无氧条件下进行反应，温度为130-160℃，反应时间为10-24h；反应完成后将产物溶于二氯甲烷或乙酸乙酯中，加入甲醇或石油醚使多元共聚物沉淀，过滤，将沉淀于30-50℃条件下真空干燥，得到多元共聚物。由反应温度和反应时间控制多元共聚物的分子量为3000-50000。多元共聚物的分子量影响三维支架的力学性能，包括支架的拉伸强度、弹性模量以及断裂伸长率，本实施例中分子量在3000-50000的范围内力学性能的综合指标是最优异的，满足角膜在临床上对力学强度的所有需求；而且分子量大的多聚物降解速率比分子量小的慢。本实施例中所述单体选自ε-己内酯、丙交酯、三亚甲基碳酸酯或乙二醇中的几种组合，使用时的质量比为，ε-己内酯：丙交酯：三亚甲基碳酸酯：乙二醇=5-90:5-90:3-50:5-30。当只使用其中两种或三种时，仍然满足以上质量比关系，例如使用ε-己内酯与丙交酯二元单体时，二者质量比为5-90:5-90；又如使用ε-己内酯、丙交酯、三亚甲基碳酸酯三元单体时，三者质量比为5-90:5-90:3-50。其中所述丙交酯可以为左旋丙交酯和/或右旋丙交酯。所述催化剂为辛酸亚锡、有机胍、金属锌、三丁基氯化锡、乙酰丙酮铁、乳酸锌、纳米氧化锌、牛磺酸、乙醇铁、正丙醇铁或正丁醇铁。催化剂的质量为原料质量的0.1%-1%，优选为0.5%。2）制备角膜三维支架：使用步进电动驱动的3D生物打印机，将上述多元共聚物为原料置于打印机的料筒中，一次打印需要原料8-12g，根据预先设定的模型，将多元共聚物材料挤出在载有灭菌玻璃底板的打印平台上，打印出角膜形状的三维立体支架。打印头直径为200μm，挤出速度为0.022-0.033mm/s，打印温度为120℃-180℃，优选为150℃，打印速度为6mm/s，打印层厚为0.01-0.1mm。上述3D打印的工艺参数会影响三维支架的精度，且它们之间相互影响，例如（1）打印头直径，直接影响打印输出纤维的粗细，还与材料的粒径大小有关。（2）打印温度，影响到材料的黏度、供料压力、成型固化速度等，从而间接影响成型精度。（3）打印速度，与材料挤出速度、材料黏度、材料固化成型速度匹配，太快不易成型或出现断丝，太慢出现材料堆积。（4）打印层厚，本身是打印精度指标，层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元聚合物人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤包括：1）合成多元共聚材料：取多种单体原料混合，加入催化剂，抽真空，充氮气，在密闭的容器中进行反应，制备多元共聚物；2）制备角膜三维支架：使用3D生物打印机，将上述多元共聚物为原料置于打印机的料筒中，根据预先设定的模型，打印出角膜形状的三维立体支架；3）利用ECM对三维支架进行功能修饰：取脱细胞角膜细胞外基质干粉溶于蒸馏水中，制备成纳米颗粒混悬液，使用直接涂覆的方式将混悬液中的细胞外基质颗粒均匀覆盖到角膜三维支架表面；4）残余角膜微组织化方法的构建：取患者角膜进行微组织化处理，制备成均匀的细微颗粒，离心收集沉淀，在沉淀中加入生物蛋白胶，在无菌条件下，将其注入到被修饰支架材料中，制得人工角膜。

【技术特征摘要】
1.一种多元聚合物人工角膜的制备方法，其特征在于，步骤包括：1）合成多元共聚材料：取多种单体原料混合，加入催化剂，抽真空，充氮气，在密闭的容器中进行反应，制备多元共聚物；2）制备角膜三维支架：使用3D生物打印机，将上述多元共聚物为原料置于打印机的料筒中，根据预先设定的模型，打印出角膜形状的三维立体支架；3）利用ECM对三维支架进行功能修饰：取脱细胞角膜细胞外基质干粉溶于蒸馏水中，制备成纳米颗粒混悬液，使用直接涂覆的方式将混悬液中的细胞外基质颗粒均匀覆盖到角膜三维支架表面；4）残余角膜微组织化方法的构建：取患者角膜进行微组织化处理，制备成均匀的细微颗粒，离心收集沉淀，在沉淀中加入生物蛋白胶，在无菌条件下，将其注入到被修饰支架材料中，制得人工角膜。2.根据权利要求1所述的一种多元聚合物人工角膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中反应温度为130-160℃，反应时间为10-24h。3.根据权利要求1所述的一种多元聚合物人工角膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中多元共聚物的分子量为3000-50000。4.根据权利要求1所述的一种多元聚合物人工角膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中单体选自ε-己内酯、丙交酯、三亚甲基碳酸酯或乙二醇中的几种组合，使用时的质量比为，ε-己内酯：丙交酯：三亚甲基碳酸酯：乙二醇=5-90:5-90:3-50:5-30。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，韩芳芳，王克响，
申请(专利权)人：青岛三帝生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37