一种人工晶状体材料的筛选方法和系统技术方案

本申请属于人工晶状体材料技术领域，尤其涉及一种人工晶状体材料的筛选方法和系统。本申请的筛选方法，包括：获取待筛选的人工晶状体材料中单体和交联剂的分子结构式，以及单体和交联剂的用量比；利用分子结构式和所述用量比，构建人工晶状体模型；对人工晶状体模型进行分子动力学模拟，得到模型的整体结构特性；然后通过聚类分析，得到代表性结构，用于后续人工晶状体模型材料性能的模拟和测试，包括折射率、玻璃化温度、应力

【技术实现步骤摘要】
一种人工晶状体材料的筛选方法和系统


[0001]本申请属于人工晶状体材料
，尤其涉及一种人工晶状体材料的筛选方法和系统。

技术介绍

[0002]在全球范围内，白内障是目前除了年龄相关性黄斑变性后失明的第二大原因。据估计，全世界每年约有2000万例白内障手术，随着平均寿命的增长，白内障患者也逐渐增多。在我国，白内障仍然是首位致盲性眼病。目前，人工晶状体的光学替代是治疗白内障的首选方法。
[0003]人工晶状体的镜片材料一直在不断的改进和发展。1949年英国Harold Ridley爵士专利技术的第一只人工晶状体是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成，之所以选用PMMA材料，是因为它具有很高的透明度和良好的生物相容性，但因其不可折叠，需要通过较大切口植入，增加了术后风险和住院时间。随着人工晶状体设计及手术技术的不断改善，20世纪70年代，Charles Kelman专利技术了超声乳化术，缩小了手术切口，人工晶状体材料也开始了多样化的发展。如今，超声乳化白内障摘除联合折叠型人工晶体植入术是治疗白内障的主要手术方式，由于人工晶状体需要通过小切口植入，就其光学特性和材料本身而言，有很多种类型。目前市场上应用于人工晶状体的材料主要分为两大类，第一大类即为前述的硬性材料(PMMA材料)，第二大类则为可折叠材料包括硅凝胶、水凝胶、亲水性以及疏水性丙烯酸酯类等。硅凝胶的主要成分是甲基乙烯基硅氧烷及其衍生的聚合物，具有良好的光学特性，化学结构稳定，是第一代的可折叠材料，但折射率低，在同等屈光力时，硅凝胶的人工晶状体要稍厚于其他的人工晶状体，并且易产生静电反应，粘附细胞、细菌等。亲水性丙烯酸酯类材料，葡萄膜相容性好，术后炎症和渗出反应轻，但易使代谢产物、污染物存留造成人工晶状体混浊。疏水性丙烯酸酯类材料折射率高，较轻薄，更适于经小切口植入，并且因其表面粘性大，使得后囊膜混浊以及晶状体上皮细胞增生发生率极低。目前，疏水性聚丙烯酸酯类人工晶状体已成为大多数眼科医生的首选，但在临床上发现会发生表面光散射现象，影响患者术后的视觉质量。
[0004]闪辉现象是指人工晶状体材料内部由于水合作用形成的液泡，其折射率与周围本体材料的折射率不同，使光线在液体与聚合物界面发生折射和散射引起的现象。通过光学显微镜观察，闪辉现象通常分布在人工晶状体光学区，这些液泡的形状以球形及椭球形为主，大小从几微米到几十微米不等，其大小取决于特定的人工晶状体材料和温度。闪辉现象最常发现于疏水性丙烯酸人工晶状体，但不同的疏水性丙烯酸人工晶状体消除或降低闪辉的能力不同。目前，疏水性丙烯酸人工晶状体制造商的主要发展趋势是使材料减少闪辉现象的发生，尽管已有多种实验来开发新型的无闪辉疏水性丙烯酸人工晶状体(US 5.693.095、US 6.140.438、US 6.326.448)，但大多数制造商并未披露其确切的材料组成。
[0005]理想的人工晶状体材料需要具有以下特点：(1)良好的光学性能，屈光指数高，透光率高，满足患者的视觉需求；(2)理化性质稳定，能抵抗机械牵拉；(3)无毒、无致炎性及致
癌性，葡萄膜及囊膜的生物相容性好；(4)易于植入和取出，易于消毒和加工。疏水性丙烯酸作为人工晶状体材料，通常是由两个或两个以上的单体与交联剂，在引发剂的作用下引发聚合得到交联网络结构。不同的单体及交联剂选择，对共聚物的合成有较大影响，使合成材料的物理及化学性质不同，引起不同的光学性能、机械性能及生物相容性。不规则的聚合物网络结构被认为是最复杂的分子结构之一。无论是工业上还是实验室中制备的交联聚合物产品，它们的拓扑结构均无法通过实验方法获得。聚合物网络结构与其性质密切相关。传统的人工晶状体材料优选方法是根据不同单体的特性，选择不同的合成方法(铸模、切削)在实验室中进行合成加工，最后通过实验室的表征方法来评价所合成人工晶状体的特性。为了得到较为理想的无闪辉人工晶状体材料，构建精确的人工晶状体材料的模型结构是其核心部分。
[0006]综上所述，人工晶状体材料作为一种不规则的聚合物网络结构，被认为是最复杂的分子结构之一。聚合物网络结构与其性质密切相关，但它们的拓扑结构均无法通过实验方法获得。现有的人工晶状体优选方法需要在实验室中进行，并需要耗费大量的人力及物力成本，具有一定的局限性。因此，如何提供一种人工晶状体材料的设计方法，为获得理想的无闪辉人工晶状体材料提供一个坚实的理论基础和指导，是一亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本申请提供了一种人工晶状体材料的筛选方法和系统，对人工晶状体的材料的结构(单体和交联剂选择)组成进行优选，筛选出更优的人工晶状体材料组成以用于实际的生产应用。
[0008]本申请第一方面提供了一种人工晶状体材料的筛选方法，包括：
[0009]获取待筛选的人工晶状体材料中单体和交联剂的分子结构式，以及所述单体和所述交联剂的用量比；
[0010]利用所述分子结构式和所述用量比，构建人工晶状体模型，并对所述人工晶状体模型进行优化；
[0011]利用分子动力学方法，将优化后所述人工晶状体模型进行分子动力学模拟，得到所述人工晶状体模型的整体结构特性RMSD值；
[0012]根据所述分子模拟获得的轨迹文件，对所述人工晶状体模型进行聚类分析，得到代表性结构人工晶状体模型；
[0013]计算所述代表性结构人工晶状体模型的折射率、玻璃化温度、伸长率和人工晶状体的溶剂可及面积；
[0014]根据所述RMSD值、所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积，从所述待筛选的人工晶状体材料中筛选符合预置要求的人工晶状体材料。
[0015]具体的，本申请可采用现有常规的全原子模型构建软件构建人工晶状体模型；然后采用现有常规的分子动力学模拟软件对所述人工晶状体模型进行分子动力学模拟，其中，利用现有常规的分子动力学软件结合实验温度和人工晶状体所处实验环境对其进行几何构型优化。
[0016]另一实施例中，根据所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积，从待筛选的人工晶状体材料中筛选符合预置要求的人工晶状体材料，具
体包括：
[0017]将所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积均符合对应的预置范围的待筛选的人工晶状体材料作为符合预置要求的人工晶状体材料。
[0018]具体的，本申请人工晶状体模型的整体结构特性RMSD值可通过现有常规的500ns的分子动力学模拟，得到RMSD结果。
[0019]具体的，本申请所述代表性结构人工晶状体模型的玻璃化温度及折射率：玻璃化温度是无定形聚合物材料的固有特性，可以在NPT条件下通过分子动力学模拟得到。通过对所述代表性结构人工晶状体模型的模拟和测试，可以得到比容随温度的变化，因此玻璃化温度的值可以从变化的斜率中得出。
[0020]另一实施例中，构建人工晶状体模型具体包括：
[0021]将所述分子结构式和所述用量比，在AMBER 20软件t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工晶状体材料的筛选方法，其特征在于，包括：获取待筛选的人工晶状体材料中单体和交联剂的分子结构式，以及所述单体和所述交联剂的用量比；利用所述分子结构式和所述用量比，构建人工晶状体模型，并对所述人工晶状体模型进行优化；利用分子动力学方法，将优化后所述人工晶状体模型进行分子动力学模拟，得到所述人工晶状体模型的整体结构特性RMSD值；根据所述分子模拟获得的轨迹文件，对所述人工晶状体模型进行聚类分析，得到代表性结构人工晶状体模型；计算所述代表性结构人工晶状体模型的折射率、玻璃化温度、伸长率和人工晶状体的溶剂可及面积；根据所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积，从所述待筛选的人工晶状体材料中筛选符合预置要求的人工晶状体材料。2.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，根据所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积，从待筛选的人工晶状体材料中筛选符合预置要求的人工晶状体材料，具体包括：将所述折射率、所述玻璃化温度、所述伸长率和所述人工晶状体的溶剂可及面积均符合对应的预置范围的待筛选的人工晶状体材料作为符合预置要求的人工晶状体材料。3.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，构建人工晶状体模型具体包括：将所述分子结构式和所述用量比，在AMBER 20软件tLeap模块及Gaussian16软件下，构建人工晶状体模型；对所述人工晶状体模型进行优化具体包括：使用密度泛函理论和Gaussian 16B.01程序进行几何优化，采用B3LYP泛函，6
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31G(d)基组适用于所有原子；然后使用PackMOL软件将聚合物链的优化结构填充到所述人工晶状体模型中。4.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，将优化后所述人工晶状体模型进行分子动力学模拟具体包括：将所述人工晶状体模型通过有机分子的AMBER通用力场，进行分子动力学模拟，得到分子动力学模型。5.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述折射率数值的计算方法包括：将所述代表性结构人工晶状体模型运用Gaussian16软件计算xyz方向施加预置强度电场下体系极化率数值，通过Mulfiwfn软件分析计算，得到分子动力学模型的折射率。6.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述伸长率的计算方法包括：对所述代表性结构人工晶状体模型的坐标进行限制；然后打开限制对所述代表性结构人工晶状体模型以及体系内的溶剂分子进行优化；将所述代表性结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明星，毛雁，刘良平，
申请(专利权)人：中山大学中山眼科中心，
类型：发明
国别省市：