一种人工角膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学沉积技术组装生物大分子领域，涉及一种具有高透光性，低雾度，结构可定制的胶原膜制备技术，其所获得的胶原膜和应用。所述的人工角膜的制备方法包括设计定制化电极、改进EDP技术组装胶原和化学交联步骤，在电极上获得与角膜形状一致的胶原基人工角膜。胶原基人工角膜材料的特征为：以短程有序取向、且致密排列的胶原微纤维组成，透明度在80％以上，厚度可控，曲率可控。本发明专利技术制作过程不需要使用复杂的设备，所获得的胶原基人工角膜材料可以用于替代或者修补天然角膜。膜材料可以用于替代或者修补天然角膜。膜材料可以用于替代或者修补天然角膜。

【技术实现步骤摘要】
一种人工角膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学沉积技术组装生物大分子领域，涉及一种有高透光性，低雾度，结构可定制的胶原膜制备技术，其所获得的胶原膜和应用。

技术介绍

[0002]全世界每年有1000多万人患有各种角膜疾病，由此导致的失明是一项严重的全球健康挑战。角膜移植是临床上角膜盲视力康复的主要治疗选择，但供体角膜组织不能满足全球需求，仅1片角膜可用于70例需要的患者。为了缓解角膜供体移植物的短缺，临床上迫切需要制造人工角膜替代物。
[0003]合成聚合物(例如，聚(乙二醇)、聚(ε
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己内酯)、聚(乳酸
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乙醇酸共聚物)、聚甲基丙烯酸羟乙基酯等)先前用于制造人工角膜，然而，此类合成材料往往与眼组织相容性不好，无法与宿主组织整合，可能导致严重的炎症和血管生成，并最终通过角膜熔化过程从眼组织中排除。
[0004]角膜是由上皮层和内皮层组成的透明的多层组织，最厚的区域是角膜基质层。角膜基质的大部分是基于I型胶原的细胞外基质，稀少分布有角膜基质细胞。胶原是天然角膜基质的主要结构成分，因此与合成聚合物相比，胶原具有更好的眼组织相容性，是制造人工角膜最有潜力的材料。当前的挑战是如何制造具有优越光学性能(即高透明度和低雾度)且能缝合，并且结构可定制(与角膜曲率相匹配以满足屈光度要求、具有一定厚度以能填补特定深度的缺损)的胶原材料，这对于角膜移植后的视力重建至关重要。
[0005]胶原分子在中性pH环境溶液中的自组装是一个热力学吸热过程，倾向于发生原纤维的聚集而形成更大尺寸的纤维结构，且排列松散无规，因此导致不透明或半透明的胶原材料。已有报道用1
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(3
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二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)直接在稀盐酸或稀醋酸中交联胶原分子上的羧基与氨基，后将溶液倒出到制定好的模具中，在恒温恒湿箱中通过水分的蒸发、干燥，从而形成透明的胶原基薄膜(A Simple,Cross
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linked Collagen Tissue Substitute for Corneal Implantation，Investigative Ophthalmology&Visual Science,May 2006,Vol.47,No.5，1869
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1875)。但由于材料内部缺乏胶原自组装结构，其力学强度不好。还有报道称，在胶原溶液中加入环糊精可以有效地调节玻璃化过程中I型胶原蛋白的自组装过程，得到具有与天然角膜相似的独特有序排列结构，形成更小的纤维和层状结构以增加透明度，进一步结合化学交联可以得到透明且机械坚固的角膜替代品(CN106456833A)。但通常需要严格控制玻璃化过程的温度和湿度，同时还需要经历一周以上的脱水化和再水化过程，整个过程分为“玻璃化
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脱水化
‑
再水化”，三步骤，这会限制其在实际生产中的规模化应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种兼具较好力学性能和光学性能的人工角膜。
[0007]本专利技术要解决的另一个技术问题是提供上述人工角膜的制备方法。
[0008]本专利技术提供了一种人工角膜的制备方法，所述的方法包括设计定制化电极、改进EDP技术组装胶原和化学交联步骤，获得与角膜形状一致的胶原基人工角膜。
[0009]可选的，设计定制化电极，是指选取曲率范围为7.8
‑
8.5的阴极作为工作电极。
[0010]可选的，改进EDP技术组装胶原包括：
[0011]在浓度不高于20mg/ml的胶原醋酸溶液中按照5
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200μl/ml的浓度加入过氧化氢作为电解液，
[0012]在电解液中平行安置阳极和阴极，阳极和阴极的距离为0.5
‑
3.0cm，进行电沉积反应，时间为10
‑
60分钟，获得在阴极上沉积的胶原凝胶膜。
[0013]可选的，阴极与天然角膜曲率匹配。
[0014]可选的，改进EDP技术组装胶原过程中加入过氧化氢的浓度为5
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17％，体积百分比。
[0015]可选的，化学交联选自光化学交联、戊二醛交联或者EDC
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NHS交联。
[0016]本专利技术中，所述的改进EDP技术组装胶原是一种外观非常均匀的胶原凝胶膜，在干态和湿态均高度透明，以短程取向的胶原微纤以非共价键连接而成；胶原排列致密；材料外观透明、结构均匀；胶原材料能被溶剂再次溶解，可被循环制备。该胶原凝胶膜能在电极上直接获得，制备完成后能够从电极剥离，其制备过程可以按照如下步骤进行：
[0017]S1，胶原溶液的配置：在胶原蛋白溶液中添加醋酸使胶原完全溶解，调节最终溶液的pH值为1.5
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4，浓缩后获取浓度在1
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20mg/ml范围的胶原溶液。
[0018]S2，向步骤S1获得的胶原溶液中加入过氧化氢使其在溶液中的终浓度为5
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200μl/ml，并搅拌、除去气泡，置于0
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10℃备用；可选的，加入过氧化氢的量为5
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17％。
[0019]S3，以钛片作为工作电极、铂作为对电极，两个电极平行放置在电解池中电极之间的距离控制在0.5
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3.0cm，在电解池中缓慢加入步骤S2所制备的胶原溶液。
[0020]S4，采用恒电压或者恒电流沉积进行电化学反应，沉积时间10
‑
120分钟，获得在阴极上沉积的胶原凝胶膜。
[0021]可选的，所述改进EDP技术组装胶原，包括以下步骤：
[0022](1)胶原溶液的配置：配置10mg/ml的胶原溶液，促使胶原完全溶解，调节最终溶液的pH值为3.5，将其装入透析袋并放入装有体积比为15％冰醋酸的溶液中透析2
‑
5天；
[0023](2)向步骤(1)所述的胶原溶液中加入过氧化氢100μl/ml，并搅拌均匀，离心除去气泡，将离心完毕的胶原溶液放置在冰水混合浴中保存；
[0024](3)选取曲率为8.0的钛板电极作为工作电极，铂丝或铂片作为阳极，将两个电极水平平行放置在电解池中，电极之间的距离控制在1.5cm，缓慢加入胶原溶液；
[0025](4)进行电沉积反应，施加阴极电压，采用恒电流沉积或者恒电压沉积在阴极上获得具一定厚度的胶原凝胶膜。
[0026]可选的，所述的光交联，是将胶原凝胶膜浸泡在1mg/ml的核黄素溶液中，以90％v/v乙醇
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水为溶剂，在365nm紫外光照射下交联20
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30小时；例如，交联24小时，以进一步增强材料的力学性能。
[0027]可选的，所述的戊二醛交联，是指将胶原凝胶膜浸泡在0.1
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0.6％w/v戊二醛溶液里，90％v/v乙醇
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水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工角膜的制备方法，其特征在于，所述的方法包括设计定制化电极、改进EDP技术组装胶原和化学交联步骤，获得与角膜形状一致的胶原基人工角膜；其中，设计定制化电极，是指选取曲率范围为7.8
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8.5的阴极作为工作电极；改进EDP技术组装胶原包括：在浓度不高于20mg/ml的胶原的醋酸溶液中按照5
‑
200μl/ml的浓度加入过氧化氢作为电解液，在电解液中平行安置阳极和定制阴极，阳极和阴极的距离为0.5
‑
3.0cm，进行电沉积反应，时间为10
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60分钟，获得在阴极上沉积的胶原凝胶膜。2.根据权利要求1所述的人工角膜的制备方法，其特征在于，阴极的形状与天然角膜曲率匹配；或者，改进EDP技术组装胶原过程中加入过氧化氢的浓度为5
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17％，体积百分比；或者，化学交联选自光化学交联、戊二醛交联或者EDC
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NHS交联。3.根据权利要求1所述的人工角膜的制备方法，其特征在于，所述改进EDP技术组装胶原，包括以下步骤：(1)胶原溶液的配置：配置10mg/ml的胶原溶液，促使胶原完全溶解，调节最终溶液的pH值为3.5，将其装入透析袋并放入装有体积比为15％冰醋酸的溶液中透析2
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5天；(2)向步骤(1)所述的胶原溶液中加入过氧化氢100μl/ml，并搅拌均匀，离心除去气泡，将离心完毕的胶原溶液放置在冰水混合浴中保存；(3)选取曲率为8.0的钛板电极作为工作电极，铂丝或铂片作为阳极，将两个电极水平平行放置在电解池中，电极之间的距离控制在1.5cm，缓慢加入胶原溶液；(4)进行电沉积反应，施加阴极电压，采用恒电流沉积或者恒电压沉积在阴极上获得具一定厚度的胶原凝胶膜。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈雪，万浩然，雷淼，刘昌胜，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：