生物醫用眼科材料都有哪些
2016-10-25 來源：網絡
生物醫用材料是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。它是人類與疾病作斗爭的有效工具之一。
長期以來,眼部疾病的治療及眼睛的保健與美容一直是醫學領域的重要部分,眼科治療與保健離不開各種生物醫用材料的使用:眼部器質性損傷需要植入人工替代品,如人工眼球、人工淚管等;幫助嚴重角膜病患者恢復光明需要植入人工角膜;進行白內障手術需要植入人工晶體;眼科手術時需要眼科用的粘結劑、止血劑;眼睛視力的保護和矯正需要角膜接觸鏡等。本文主要介紹了用于人工角膜、人工晶狀體、人工玻璃體、人工眼球、人工淚道、隱型眼鏡的生物醫用材料的種類、結構特點及其在眼科應用中的性能。
1 人工角膜(Keratoprosthesis, KPs)材料
人工角膜材料是影響人工角膜性能的關鍵因素,主要分為光學鏡柱材料和支架材料。
1.1 光學鏡柱材料
光學鏡柱材料要求光學性能好,透光率大于90%,屈光率高,同時還要具有良好的生物相容性。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)是一種透明的高分子惰性有機聚合物,其透光高(92%)、屈光率較好、性質穩定、加工方便等優點使其成為在人工角膜上應用最多的材料。
然而,PMMA有以下幾個主要限制:硬度大,植入后測量眼壓困難,而且初戴不舒適,需要較長時間適應;表皮細胞粘附差,不能形成連續的角膜長皮,術后有潛伏感染、滲漏、角膜溶解的危險;透氧性低等。大量研究表明PMMA與PHEMA復合使用制成PMMA-PHEMA,可以克服PMMA疏水性強、質硬等缺點。
聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)水凝膠與人體組織具有高度的相容性,無毒副作用、無降解現象,化學性質穩定,具有良好的彈性,含水量高。Trinkaus-Randall等設計了一種以聚乙烯醇為光學部分、聚丙烯/聚丁烯共聚纖維網為支架部分的人工角膜,并證明能用基質角質細胞填充,增殖并合成膠(Silicone resin)的主要成分是以二甲基乙烯基硅氧基為端基的聚甲基硅氧烷(簡稱甲基乙烯基硅油),由自然界二氧化硅在高溫下與碳原子結合成單鏈,再聚合成高分子。
1.2 支架材料
支架材料是光學鏡片與母體角膜組織直接接觸的部分,要求有良好的生物相容性,從及合理的形狀和足夠的強度來支撐整個角膜組織。在結構上要起橋梁作用,在功能上一方面必須具有良好的生物相容性,與角膜組織相融合,同時又不被生物降解而長期保留;另一方面必須具有相應的強度,使光學鏡柱得以固定并緊密結合而不滲漏。氟碳聚合物(Fluorocarbon polymer)是20世紀80年代以來研究應用最多的微孔有機材料之一,研究者對它寄予很高的希望并進行了深入地研究。Lambrets將有孔材料聚四氟乙烯氟碳多聚體與碳纖維的聚合物Proplast用作人工角膜。該材料質硬、較粗糙、濕潤性好、性質穩定、易于加工,孔隙率為70%-90%,孔徑范圍為100-500nm。White等報道了用Proplast做穿通性人工角膜的動物實驗,術后人工角膜穩定,早期即有纖維細胞長入,存留時間最長的一例達3年以上。
氟碳聚合物現多采用膨體聚四氟乙烯(Expandedpolytetrafluoroethylene,ePTFE)。
2 人工晶狀體(Intraocular lenses,IOL)材料
PMMA最先被人們用來制造IOL。經過長期的臨床驗證,PMMA是一種較為理想的人工晶狀體材料,其材料穩定、質輕、透明度好,屈光指數1.49,為疏水性材料;有較好的抗老化和抗環境變化特性,較好的抗酸、堿和抗有機溶劑特性及良好的生物相容性。
作為理想的人工晶狀體材料,其主要缺點首先是不能耐受高溫高壓消毒,超過100e時PMMA將變成凝膠狀,目前多用環氧己烷氣體來消毒;其次是彈性有限,不能制造適應小切口的可折疊人工晶狀體;對YAG激光耐受有限,而且激光治療后釋放的單體具有生物毒性。
在外科手術中,PMMA作為眼內晶狀體的移植材料使用得非常普遍,但它與角膜上皮細胞的接觸會導致角膜上皮細胞的永久損傷。利用等離子體沉積或者輻照處理辦法可以將親水性的單體如異丁烯酸羥乙(Hydroxyethylmethzcrylae, HEMA)或N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinyl pyrro-lidone, NVP)沉積到PMMA的表面。對家兔的角膜與透鏡之間進行靜態的/接觸試驗0,結果發現未經等離子體處理的PMMA表面引起10%~30%的細胞損傷,而經過處理的PMMA/HEMA復合表面僅導致約10%的細胞損傷,而PMMA/NVP復合表面所引起的細胞損傷卻小于10%。
3 人工玻璃體(Artificial vitreous body)材料
人工玻璃體是用于替換或補充眼球內玻璃體的植入物。為了取代病變的玻璃體和治療視網膜脫落,人們使用多種替代物,如空氣、生理鹽水、人眼房水、硅油、透明質酸鈉、膠原、異種玻璃體等進行玻璃體填充,但治療效果都不令人滿意。
如使用生理鹽水、惰性氣體難以長時間維持正常眼壓,目前臨床上使用最多的硅油由于排異反應易引起炎癥,除不能獲得可控的長期填充作用外,還會引起白內障等并發癥。近十幾年來,用合成高聚物如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水凝膠作玻璃體替代物已受到國內外的矚目。PVA經60鈷的C射線輻照之后,分子間以共價鍵相連,形成具有三維立體結構的高分子水凝膠,此網狀結構類似正常玻璃體內由膠原纖維和透明質酸構成的支架結構,通過控制C射線輻照量和膨脹過程,可控制PVA人工玻璃體三維結構的疏密程度,從而使其在屈光指數、透光率、粘度、密度等方面與人眼玻璃體一致。
4 人工眼球(Artificial eye)材料
PMMA的特性已被廣泛認同對人體安全無副作用,故被作為義眼材料的最佳選擇。金暉博等采用PMMA材料,根據患者的病史和眼部具體情況,10年內為1078例患者量體裁衣式訂制和配戴義眼,將其整容效果進行總結分析,結果發現所有未經和已經摘除眼球的患者都能成功適用此種超薄型和厚的義眼,無一例排斥反應。由于PMMA義眼可有效保留多至7層的顏色層,所以配戴后效果與填充式義眼一樣擁有豐富的立體感及逼真對稱的顏色分布。實踐證明PMMA義眼是目前最為理想的眼球外觀修復方法之一。
PMMA材料在眼科臨床應用廣泛,作為因人而設計定制的義眼片,其在框內的直接配戴也有獨到之處,為框內義眼的配戴提供了新的方法。高方等探討了PMMA義眼片在因眼外傷、眼腫瘤等原因導致的后天性眼球缺失美容中的應用,結果發現1155例應用PMMA材料制作的義眼,無排斥反應,在色澤度、透明度上能與健眼媲美,聯合羥基磷灰石義眼臺植入能達到仿真活動的效果。軟性義眼的研制成功是現代高新技術的結晶,是傳統義眼更新換代的產品,與配戴硬性義眼相比,更具獨特的優點。
特別是對眼球萎縮,它能直接配戴,并具有舒適服帖、運動度好等特點。鄭一仁等以水凝膠(聚甲基丙烯酸B羥乙酯HEMA)為材料,制得水凝膠軟性義眼。結果發現100例配戴軟性義眼的患者感到基本滿意,其中硬性義眼對照組中的10例在配戴軟性義眼后感覺較硬性義眼更舒適,無下垂感及不良反應。對眼球萎縮留有角膜的患者,配戴1年期均未引起角膜大泡等刺激癥狀。軟性義眼適用于植入各種義眼臺和羥基磷灰石義眼臺的患者。對于配戴已植入羥基磷灰石義眼臺的患者,配戴薄型軟性義眼有其獨特優點,軟性義眼直接吸附在該義眼臺球結膜表面上,能減少摩擦,并能達到與義眼臺的同步運動以及外觀美容。經過20例臨床實踐,筆者認為,有的患者可以不做栓釘植入術而改為直接配戴薄型軟性義眼。
5 人工淚道、淚液(Artificial lacrimal duct andtears)材料
淚道阻塞引起的溢淚癥是臨床眼科中一種常見的淚道疾病,多因炎癥、外傷、鼻腔疾病或者先天性淚道發育異常等引起。治療淚道阻塞的方法很多,如反復沖洗淚道、淚道串線、淚道注入凝膠、機械探通、激光探通、插入人造淚管,甚至切開淚囊鼻腔直接進行手術等。人造淚道管普遍采用的是硅膠管。這種材料具有透明度好、富有彈性、物理化學性能穩定、植入人體無毒、刺激性小、無排斥反應等優點。淚道硅橡膠引流管插管是治療慢性淚囊炎理想的方法。
硅橡膠引流管在淚道內留置時對周圍組織無刺激及過敏反應。淚道硅橡膠引流管可以減少狹窄或阻塞處的肉芽生長;不刺激角膜,對眼組織無損傷;無皮膚瘢痕,外觀保持良好,不影響正常的工作和學習,而且無需住院,費用較低,患者易接受。人們一直將微細硅膠管應用于淚小管斷裂的吻合手術中,療效滿意。程婷玉對26例(31只眼)慢性淚囊炎患者在淚囊鼻腔吻合術中插入硅膠管,隨訪6-25.5個月,平均11.8個月,觀察治療效果,結果全部消除溢淚、溢膿癥狀,淚道沖洗通暢。
故而將硅膠管應用于淚囊鼻腔吻合術,取得了良好的治療效果。但是硅膠管不降解,當探通部位愈合后,需進行二次手術將硅膠管取出,取出過程的摩擦對初愈部位以及正常淚道內壁造成創傷,不僅帶給患者痛苦,而且可能引起淚道再粘連或狹窄,影響療效，F在研究最多的是可降解型人工淚道管。鄭貴球等針對硅膠淚管難降解的缺點研制了一種可生物降解的膠原-殼聚糖-聚乙烯醇負荷人工淚小管。膠原、殼聚糖和醫用PVA溶液混合均勻后,不添加任何化學交聯劑,不改變膠原和殼聚糖的生物學性能,通過簡單的物理交聯,形成彈性負荷凝膠柱,然后造孔、清洗、風干、脫模后即制得半透明狀人工淚小管。
6 角膜接觸鏡(Contact lenses, CL)材料
作為接觸鏡片的材料必須滿足以下條件:良好的光學特性,良好的生物相容性、濕潤性、氣體透過性、耐降解性和足夠的機械性能。盡管材料的光學特性是最重要的,但是材料的濕潤性和氣體透過性對于維護角膜上的淚液膜和眼睛的健康是極其重要的。
PMMA CL具有折射率高、硬度合適、生物親和性好等性質。但是,PMMA親水性不佳,將導致眼翳長期閉合而引起佩戴者的不適。它的氧氣通透性也較差,嚴重者還會引起并發癥。如果有辦法克服PMMA的上述缺陷,將可大大提高它的使用效能。
在聚合物夾層中加入一種有機硅氧烷可以提高材料的透氣性,但是由于硅氧烷固有的疏水特性使得材料的保濕性能降低。解決含硅聚合物表面疏水問題可利用輝光放電的辦法來處理。經氧等離子對PMMA和聚硅氧烷的結合物處理后,它在表面的含碳量減少而含氧量增加,PMMA保濕性能提高，F在單一的PMMA接觸鏡片已很少用,而透氣性的硬性材料如硅氧烷甲基丙烯酸酯(SiMA)和氟多聚體材料研究得較多。SiMA有一個碳-碳重復的甲基丙烯酸酯骨架,硅氧烷僅存在于側鏈。甲基丙烯酸酯能使這些材料透明、穩定,且具有良好的硬度。硅氧烷提高了材料的透氧性能,但它影響鏡片的穩定性、耐用性與可潤濕性。丙烯酸氟硅氧烷酯是由硅氧烷丙烯酸酯材料中加入氟單體生成的。
氟甲基丙烯酸酯類與MMA以及適宜的潤濕劑、交聯劑共聚,產生一系列新的結構穩定、生物相容性良好、Dk值為30-160的硬鏡材料,與硅氧烷丙烯酸酯材料相比,丙烯酸氟硅氧烷酯的透氧性有了很大提高,其表面特性如可潤濕性與抗沉淀性能也有了很大改善。碳氟化合物是由氟與少量的甲基丙烯酸甲酯和NVP共聚而成,其中的氟以聚全氟乙醚的形式存在,其濃度較丙烯酸氟硅氧烷中大10倍。氟多聚體能抗蛋白質與脂類沉淀,其透氧性能是現有透氣性硬性接觸鏡材料中最高的,該類透氣性硬性接觸鏡材料的透氧性高,沉淀少,很少有并發癥-。
聚氨酯(Polyurethane,PU)具有很好的生物相容性和血液相容性,優異的機械強度、耐撓屈性,且分子設計自由度大,因此作為生物醫用材料很早就受到人們的重視。 Gould等研究了用于接觸眼睛的含有親水性聚氨酯的聚氨酯-聚丙烯酸互穿網絡水凝膠體系。Lai Y C等用新戊二醇(NPG)、聚丙二醇與IPLI反應得到商品名為INP4H的預聚物,然后與親水性單體經紫外光固化得到聚氨酯薄膜,在緩沖溶液中溶脹至衡重得到PU水凝膠。
親水性單體可以是甲基丙烯酸二羥乙酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GM)、三甲基硅氧烷-甲基丙烯酸丙氧基硅烷(TRIS)等。對不同親水性單體制得的聚氨酯水凝膠進行氧滲透率、含水量評價,發現在INP4H-HE-MA水凝膠體系中,隨親水性單體NVP含量的增加,水含量增加,氧滲透率先減小后回升到初值。INP4H-HEMA-TRIS體系中隨親水性單體TRIS含量的增加,其氧滲透率增大。INP4H通過紫外光固化制得的PU水凝膠的水接觸角都在30-40b,與用于制造接觸眼睛的其他水凝膠相同,并表現出良好的抗蛋白質粘附性。采用硅氧烷材料制備的軟性非親水性角膜接觸鏡具有很高的透氧性,但不具有親水性,配戴舒適度不高。
為了結合硅氧烷材料和水凝膠材料的優點,一些研究人員將含有甲基丙烯酸酯或者乙烯基團的聚甲基硅氧烷與親水性單體共聚,制備出硅氧烷水凝膠。硅氧烷水凝膠可以形成具有不同含水量和透氧性能的一系列結構,其透氧性能隨含水量的增加反而降低,這是因為硅氧烷水凝膠材料中存在透氧性能很高的聚合物相,以及透氧性能相對較低的水凝膠相。隨著水合程度的提高,聚合物相對水凝膠透氧性能的影響下降。Dhananjay S等用2-甲基丙烯酸羥乙酯來修飾聚二甲基硅氧烷彈性體,通過紅外檢測和濕潤角測量發現,2-甲基丙烯酸羥乙酯可以使硅氧烷彈性體保持長久的親水表面。
7 眼科藥物載體(Ophthalmic drug carriers)
基于角膜接觸鏡的眼藥緩釋水凝膠材料主要包括PHE-MA水凝膠、硅氧烷水凝膠、分子印跡聚合物水凝膠、含離子配體的水凝膠。PHEMA除了可以作為角膜接觸鏡片、支架材料外,還可以作為眼科藥物載體。Ging-Ho Hsiue等研究指出,以PHEMA作為毛果蕓香堿(Pilocarpine)藥物載體可提高該藥物的生物相容性,延長藥物在眼部的停留時間。體外藥物釋放試驗結果表明,毛果蕓香堿可以從PHE-MA中持續釋放24h。
白兔眼內壓力測試結果表明,眼內壓力下降得非常明顯并且藥物作用時間超過了48h。由此可見PHEMA是一種很有前途的眼科藥物載體。C.C.S.Karl-gard等研究了含硅水凝膠角膜接觸鏡以及含有HEMA的水凝膠角膜接觸鏡對色甘酸鈉等藥物的吸收與釋放性能,發現藥物的吸收速度較快,并且藥物的吸收與釋放性能與水凝膠材料的離子化程度、含水量以及硅氧烷含量有關。為了 提高角膜接觸鏡的藥物吸收能力,Siddarth Venkatesh等采用分子印跡技術合成了具有特異識別功能的poly(AA-co-AM-co-NVP-co-HEMA-co-PEG200DMA)水凝膠材料,發現采用該材料制造的角膜接觸鏡對Ketotifen fumarate的吸收能力比對照材料高6倍,藥物的持續釋放時間最長可達5天。
8 結語
生物醫學材料學在眼科領域上的應用為眼科學、眼科保健學、藥學等學科的發展提供了豐富的物質基礎,反過來這些學科又促進了材料學科的進一步發展,從而不斷使新的或改良的眼科材料應用到眼科治療與保健的領域中去。生物醫用材料用于眼科領域,不同的用途有著不同的要求,如人工晶體要求折射率高、硬度適中,人工角膜要求透光度高、透氣性好、細胞親和性好等。
總的來說,對于理想的眼科材料,要求物理化學性質穩定、生物相容性好、無抗原性、無排斥反應、組織耐受性好、無刺激性、植入眼內無不舒適感,用于不同用途應具有各自適宜的特性等。近20年來,隨著科學技術的革新和眼科學的飛速進展,人們對眼科材料的要求越來越高,需要更好的功能性眼科生物材料應用到眼科的各個領域當中。但目前還有相當一部分的眼科材料仍未達到理想化,故尋找新技術與新方法,不斷改良現有的眼科材料或是制備新型的功能性眼科材料是當今生物材料研究領域的熱點之一。
長期以來,眼部疾病的治療及眼睛的保健與美容一直是醫學領域的重要部分,眼科治療與保健離不開各種生物醫用材料的使用:眼部器質性損傷需要植入人工替代品,如人工眼球、人工淚管等;幫助嚴重角膜病患者恢復光明需要植入人工角膜;進行白內障手術需要植入人工晶體;眼科手術時需要眼科用的粘結劑、止血劑;眼睛視力的保護和矯正需要角膜接觸鏡等。本文主要介紹了用于人工角膜、人工晶狀體、人工玻璃體、人工眼球、人工淚道、隱型眼鏡的生物醫用材料的種類、結構特點及其在眼科應用中的性能。
1 人工角膜(Keratoprosthesis, KPs)材料
人工角膜材料是影響人工角膜性能的關鍵因素,主要分為光學鏡柱材料和支架材料。
1.1 光學鏡柱材料
光學鏡柱材料要求光學性能好,透光率大于90%,屈光率高,同時還要具有良好的生物相容性。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)是一種透明的高分子惰性有機聚合物,其透光高(92%)、屈光率較好、性質穩定、加工方便等優點使其成為在人工角膜上應用最多的材料。
然而,PMMA有以下幾個主要限制:硬度大,植入后測量眼壓困難,而且初戴不舒適,需要較長時間適應;表皮細胞粘附差,不能形成連續的角膜長皮,術后有潛伏感染、滲漏、角膜溶解的危險;透氧性低等。大量研究表明PMMA與PHEMA復合使用制成PMMA-PHEMA,可以克服PMMA疏水性強、質硬等缺點。
聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)水凝膠與人體組織具有高度的相容性,無毒副作用、無降解現象,化學性質穩定,具有良好的彈性,含水量高。Trinkaus-Randall等設計了一種以聚乙烯醇為光學部分、聚丙烯/聚丁烯共聚纖維網為支架部分的人工角膜,并證明能用基質角質細胞填充,增殖并合成膠(Silicone resin)的主要成分是以二甲基乙烯基硅氧基為端基的聚甲基硅氧烷(簡稱甲基乙烯基硅油),由自然界二氧化硅在高溫下與碳原子結合成單鏈,再聚合成高分子。
1.2 支架材料
支架材料是光學鏡片與母體角膜組織直接接觸的部分,要求有良好的生物相容性,從及合理的形狀和足夠的強度來支撐整個角膜組織。在結構上要起橋梁作用,在功能上一方面必須具有良好的生物相容性,與角膜組織相融合,同時又不被生物降解而長期保留;另一方面必須具有相應的強度,使光學鏡柱得以固定并緊密結合而不滲漏。氟碳聚合物(Fluorocarbon polymer)是20世紀80年代以來研究應用最多的微孔有機材料之一,研究者對它寄予很高的希望并進行了深入地研究。Lambrets將有孔材料聚四氟乙烯氟碳多聚體與碳纖維的聚合物Proplast用作人工角膜。該材料質硬、較粗糙、濕潤性好、性質穩定、易于加工,孔隙率為70%-90%,孔徑范圍為100-500nm。White等報道了用Proplast做穿通性人工角膜的動物實驗,術后人工角膜穩定,早期即有纖維細胞長入,存留時間最長的一例達3年以上。
氟碳聚合物現多采用膨體聚四氟乙烯(Expandedpolytetrafluoroethylene,ePTFE)。
2 人工晶狀體(Intraocular lenses,IOL)材料
PMMA最先被人們用來制造IOL。經過長期的臨床驗證,PMMA是一種較為理想的人工晶狀體材料,其材料穩定、質輕、透明度好,屈光指數1.49,為疏水性材料;有較好的抗老化和抗環境變化特性,較好的抗酸、堿和抗有機溶劑特性及良好的生物相容性。
作為理想的人工晶狀體材料,其主要缺點首先是不能耐受高溫高壓消毒,超過100e時PMMA將變成凝膠狀,目前多用環氧己烷氣體來消毒;其次是彈性有限,不能制造適應小切口的可折疊人工晶狀體;對YAG激光耐受有限,而且激光治療后釋放的單體具有生物毒性。
在外科手術中,PMMA作為眼內晶狀體的移植材料使用得非常普遍,但它與角膜上皮細胞的接觸會導致角膜上皮細胞的永久損傷。利用等離子體沉積或者輻照處理辦法可以將親水性的單體如異丁烯酸羥乙(Hydroxyethylmethzcrylae, HEMA)或N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinyl pyrro-lidone, NVP)沉積到PMMA的表面。對家兔的角膜與透鏡之間進行靜態的/接觸試驗0,結果發現未經等離子體處理的PMMA表面引起10%~30%的細胞損傷,而經過處理的PMMA/HEMA復合表面僅導致約10%的細胞損傷,而PMMA/NVP復合表面所引起的細胞損傷卻小于10%。
3 人工玻璃體(Artificial vitreous body)材料
人工玻璃體是用于替換或補充眼球內玻璃體的植入物。為了取代病變的玻璃體和治療視網膜脫落,人們使用多種替代物,如空氣、生理鹽水、人眼房水、硅油、透明質酸鈉、膠原、異種玻璃體等進行玻璃體填充,但治療效果都不令人滿意。
如使用生理鹽水、惰性氣體難以長時間維持正常眼壓,目前臨床上使用最多的硅油由于排異反應易引起炎癥,除不能獲得可控的長期填充作用外,還會引起白內障等并發癥。近十幾年來,用合成高聚物如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水凝膠作玻璃體替代物已受到國內外的矚目。PVA經60鈷的C射線輻照之后,分子間以共價鍵相連,形成具有三維立體結構的高分子水凝膠,此網狀結構類似正常玻璃體內由膠原纖維和透明質酸構成的支架結構,通過控制C射線輻照量和膨脹過程,可控制PVA人工玻璃體三維結構的疏密程度,從而使其在屈光指數、透光率、粘度、密度等方面與人眼玻璃體一致。
4 人工眼球(Artificial eye)材料
PMMA的特性已被廣泛認同對人體安全無副作用,故被作為義眼材料的最佳選擇。金暉博等采用PMMA材料,根據患者的病史和眼部具體情況,10年內為1078例患者量體裁衣式訂制和配戴義眼,將其整容效果進行總結分析,結果發現所有未經和已經摘除眼球的患者都能成功適用此種超薄型和厚的義眼,無一例排斥反應。由于PMMA義眼可有效保留多至7層的顏色層,所以配戴后效果與填充式義眼一樣擁有豐富的立體感及逼真對稱的顏色分布。實踐證明PMMA義眼是目前最為理想的眼球外觀修復方法之一。
PMMA材料在眼科臨床應用廣泛,作為因人而設計定制的義眼片,其在框內的直接配戴也有獨到之處,為框內義眼的配戴提供了新的方法。高方等探討了PMMA義眼片在因眼外傷、眼腫瘤等原因導致的后天性眼球缺失美容中的應用,結果發現1155例應用PMMA材料制作的義眼,無排斥反應,在色澤度、透明度上能與健眼媲美,聯合羥基磷灰石義眼臺植入能達到仿真活動的效果。軟性義眼的研制成功是現代高新技術的結晶,是傳統義眼更新換代的產品,與配戴硬性義眼相比,更具獨特的優點。
特別是對眼球萎縮,它能直接配戴,并具有舒適服帖、運動度好等特點。鄭一仁等以水凝膠(聚甲基丙烯酸B羥乙酯HEMA)為材料,制得水凝膠軟性義眼。結果發現100例配戴軟性義眼的患者感到基本滿意,其中硬性義眼對照組中的10例在配戴軟性義眼后感覺較硬性義眼更舒適,無下垂感及不良反應。對眼球萎縮留有角膜的患者,配戴1年期均未引起角膜大泡等刺激癥狀。軟性義眼適用于植入各種義眼臺和羥基磷灰石義眼臺的患者。對于配戴已植入羥基磷灰石義眼臺的患者,配戴薄型軟性義眼有其獨特優點,軟性義眼直接吸附在該義眼臺球結膜表面上,能減少摩擦,并能達到與義眼臺的同步運動以及外觀美容。經過20例臨床實踐,筆者認為,有的患者可以不做栓釘植入術而改為直接配戴薄型軟性義眼。
5 人工淚道、淚液(Artificial lacrimal duct andtears)材料
淚道阻塞引起的溢淚癥是臨床眼科中一種常見的淚道疾病,多因炎癥、外傷、鼻腔疾病或者先天性淚道發育異常等引起。治療淚道阻塞的方法很多,如反復沖洗淚道、淚道串線、淚道注入凝膠、機械探通、激光探通、插入人造淚管,甚至切開淚囊鼻腔直接進行手術等。人造淚道管普遍采用的是硅膠管。這種材料具有透明度好、富有彈性、物理化學性能穩定、植入人體無毒、刺激性小、無排斥反應等優點。淚道硅橡膠引流管插管是治療慢性淚囊炎理想的方法。
硅橡膠引流管在淚道內留置時對周圍組織無刺激及過敏反應。淚道硅橡膠引流管可以減少狹窄或阻塞處的肉芽生長;不刺激角膜,對眼組織無損傷;無皮膚瘢痕,外觀保持良好,不影響正常的工作和學習,而且無需住院,費用較低,患者易接受。人們一直將微細硅膠管應用于淚小管斷裂的吻合手術中,療效滿意。程婷玉對26例(31只眼)慢性淚囊炎患者在淚囊鼻腔吻合術中插入硅膠管,隨訪6-25.5個月,平均11.8個月,觀察治療效果,結果全部消除溢淚、溢膿癥狀,淚道沖洗通暢。
故而將硅膠管應用于淚囊鼻腔吻合術,取得了良好的治療效果。但是硅膠管不降解,當探通部位愈合后,需進行二次手術將硅膠管取出,取出過程的摩擦對初愈部位以及正常淚道內壁造成創傷,不僅帶給患者痛苦,而且可能引起淚道再粘連或狹窄,影響療效，F在研究最多的是可降解型人工淚道管。鄭貴球等針對硅膠淚管難降解的缺點研制了一種可生物降解的膠原-殼聚糖-聚乙烯醇負荷人工淚小管。膠原、殼聚糖和醫用PVA溶液混合均勻后,不添加任何化學交聯劑,不改變膠原和殼聚糖的生物學性能,通過簡單的物理交聯,形成彈性負荷凝膠柱,然后造孔、清洗、風干、脫模后即制得半透明狀人工淚小管。
6 角膜接觸鏡(Contact lenses, CL)材料
作為接觸鏡片的材料必須滿足以下條件:良好的光學特性,良好的生物相容性、濕潤性、氣體透過性、耐降解性和足夠的機械性能。盡管材料的光學特性是最重要的,但是材料的濕潤性和氣體透過性對于維護角膜上的淚液膜和眼睛的健康是極其重要的。
PMMA CL具有折射率高、硬度合適、生物親和性好等性質。但是,PMMA親水性不佳,將導致眼翳長期閉合而引起佩戴者的不適。它的氧氣通透性也較差,嚴重者還會引起并發癥。如果有辦法克服PMMA的上述缺陷,將可大大提高它的使用效能。
在聚合物夾層中加入一種有機硅氧烷可以提高材料的透氣性,但是由于硅氧烷固有的疏水特性使得材料的保濕性能降低。解決含硅聚合物表面疏水問題可利用輝光放電的辦法來處理。經氧等離子對PMMA和聚硅氧烷的結合物處理后,它在表面的含碳量減少而含氧量增加,PMMA保濕性能提高，F在單一的PMMA接觸鏡片已很少用,而透氣性的硬性材料如硅氧烷甲基丙烯酸酯(SiMA)和氟多聚體材料研究得較多。SiMA有一個碳-碳重復的甲基丙烯酸酯骨架,硅氧烷僅存在于側鏈。甲基丙烯酸酯能使這些材料透明、穩定,且具有良好的硬度。硅氧烷提高了材料的透氧性能,但它影響鏡片的穩定性、耐用性與可潤濕性。丙烯酸氟硅氧烷酯是由硅氧烷丙烯酸酯材料中加入氟單體生成的。
氟甲基丙烯酸酯類與MMA以及適宜的潤濕劑、交聯劑共聚,產生一系列新的結構穩定、生物相容性良好、Dk值為30-160的硬鏡材料,與硅氧烷丙烯酸酯材料相比,丙烯酸氟硅氧烷酯的透氧性有了很大提高,其表面特性如可潤濕性與抗沉淀性能也有了很大改善。碳氟化合物是由氟與少量的甲基丙烯酸甲酯和NVP共聚而成,其中的氟以聚全氟乙醚的形式存在,其濃度較丙烯酸氟硅氧烷中大10倍。氟多聚體能抗蛋白質與脂類沉淀,其透氧性能是現有透氣性硬性接觸鏡材料中最高的,該類透氣性硬性接觸鏡材料的透氧性高,沉淀少,很少有并發癥-。
聚氨酯(Polyurethane,PU)具有很好的生物相容性和血液相容性,優異的機械強度、耐撓屈性,且分子設計自由度大,因此作為生物醫用材料很早就受到人們的重視。 Gould等研究了用于接觸眼睛的含有親水性聚氨酯的聚氨酯-聚丙烯酸互穿網絡水凝膠體系。Lai Y C等用新戊二醇(NPG)、聚丙二醇與IPLI反應得到商品名為INP4H的預聚物,然后與親水性單體經紫外光固化得到聚氨酯薄膜,在緩沖溶液中溶脹至衡重得到PU水凝膠。
親水性單體可以是甲基丙烯酸二羥乙酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GM)、三甲基硅氧烷-甲基丙烯酸丙氧基硅烷(TRIS)等。對不同親水性單體制得的聚氨酯水凝膠進行氧滲透率、含水量評價,發現在INP4H-HE-MA水凝膠體系中,隨親水性單體NVP含量的增加,水含量增加,氧滲透率先減小后回升到初值。INP4H-HEMA-TRIS體系中隨親水性單體TRIS含量的增加,其氧滲透率增大。INP4H通過紫外光固化制得的PU水凝膠的水接觸角都在30-40b,與用于制造接觸眼睛的其他水凝膠相同,并表現出良好的抗蛋白質粘附性。采用硅氧烷材料制備的軟性非親水性角膜接觸鏡具有很高的透氧性,但不具有親水性,配戴舒適度不高。
為了結合硅氧烷材料和水凝膠材料的優點,一些研究人員將含有甲基丙烯酸酯或者乙烯基團的聚甲基硅氧烷與親水性單體共聚,制備出硅氧烷水凝膠。硅氧烷水凝膠可以形成具有不同含水量和透氧性能的一系列結構,其透氧性能隨含水量的增加反而降低,這是因為硅氧烷水凝膠材料中存在透氧性能很高的聚合物相,以及透氧性能相對較低的水凝膠相。隨著水合程度的提高,聚合物相對水凝膠透氧性能的影響下降。Dhananjay S等用2-甲基丙烯酸羥乙酯來修飾聚二甲基硅氧烷彈性體,通過紅外檢測和濕潤角測量發現,2-甲基丙烯酸羥乙酯可以使硅氧烷彈性體保持長久的親水表面。
7 眼科藥物載體(Ophthalmic drug carriers)
基于角膜接觸鏡的眼藥緩釋水凝膠材料主要包括PHE-MA水凝膠、硅氧烷水凝膠、分子印跡聚合物水凝膠、含離子配體的水凝膠。PHEMA除了可以作為角膜接觸鏡片、支架材料外,還可以作為眼科藥物載體。Ging-Ho Hsiue等研究指出,以PHEMA作為毛果蕓香堿(Pilocarpine)藥物載體可提高該藥物的生物相容性,延長藥物在眼部的停留時間。體外藥物釋放試驗結果表明,毛果蕓香堿可以從PHE-MA中持續釋放24h。
白兔眼內壓力測試結果表明,眼內壓力下降得非常明顯并且藥物作用時間超過了48h。由此可見PHEMA是一種很有前途的眼科藥物載體。C.C.S.Karl-gard等研究了含硅水凝膠角膜接觸鏡以及含有HEMA的水凝膠角膜接觸鏡對色甘酸鈉等藥物的吸收與釋放性能,發現藥物的吸收速度較快,并且藥物的吸收與釋放性能與水凝膠材料的離子化程度、含水量以及硅氧烷含量有關。為了 提高角膜接觸鏡的藥物吸收能力,Siddarth Venkatesh等采用分子印跡技術合成了具有特異識別功能的poly(AA-co-AM-co-NVP-co-HEMA-co-PEG200DMA)水凝膠材料,發現采用該材料制造的角膜接觸鏡對Ketotifen fumarate的吸收能力比對照材料高6倍,藥物的持續釋放時間最長可達5天。
8 結語
生物醫學材料學在眼科領域上的應用為眼科學、眼科保健學、藥學等學科的發展提供了豐富的物質基礎,反過來這些學科又促進了材料學科的進一步發展,從而不斷使新的或改良的眼科材料應用到眼科治療與保健的領域中去。生物醫用材料用于眼科領域,不同的用途有著不同的要求,如人工晶體要求折射率高、硬度適中,人工角膜要求透光度高、透氣性好、細胞親和性好等。
總的來說,對于理想的眼科材料,要求物理化學性質穩定、生物相容性好、無抗原性、無排斥反應、組織耐受性好、無刺激性、植入眼內無不舒適感,用于不同用途應具有各自適宜的特性等。近20年來,隨著科學技術的革新和眼科學的飛速進展,人們對眼科材料的要求越來越高,需要更好的功能性眼科生物材料應用到眼科的各個領域當中。但目前還有相當一部分的眼科材料仍未達到理想化,故尋找新技術與新方法,不斷改良現有的眼科材料或是制備新型的功能性眼科材料是當今生物材料研究領域的熱點之一。
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（責任編輯：xu）
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