多孔n-HA/PVA/CF(PEEK)复合水凝胶的制备与性能研究

作     者：李明 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周莉

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：人工角膜 n-羟基磷灰石 聚乙烯醇 碳纤维 生物相容性 

摘      要：人工角膜是指用异质成形材料制成的一种用于植入患眼,取代混浊角膜组织的屈光装置。大部分人工角膜采用柱镜-裙带结构,即包括透明的光学中心镜柱和不透明的裙边支架两部分。由于供体角膜远远不能满足角膜移植的需求,因而人工角膜的研究具有重要意义。目前人工角膜移植存在的主要问题是由于生物相容性不好而导致的异常脱出及产生后增质膜并发症等。裙边支架材料是与植床直接接触的部分,异质材料与组织间的不相容性是人工角膜脱出的主要原因,因此,理想的裙边支架材料一直是制约人工角膜发展的瓶颈问题。目前报导的大部分人工角膜支架材料是用聚乙烯醇(PVA)、纳米羟基磷灰石(n-HA)、陶瓷、氟碳聚合物、聚四氟乙烯等制备的。本研究中发现,虽然n-HA因可诱导钙质沉积作为生物活性物质在骨修复材料等植入材料中广泛应用,但作为人工角膜支架材料,其钙沉积往往会诱发后增殖膜的产生,因而考虑以碳纤维(CF)或聚醚醚酮(PEEK)作为增强材料来替代或部分替代n-HA,以期得到的多孔复合支架材料不仅具有n-HA、PVA和CF或PEEK的优点,而且材料之间的协同作用赋予复合体优异的力学性能,良好生物相容性,适用于人体的生理负载环境,并可减少人工角膜增殖膜等并发症的发生。此外,材料的多孔结构可以提高人工角膜支架材料的生物相容性,有利于角膜成纤维细胞和新生血管长入,增加人工角膜的长期稳定性。因此,本文以n-HA、PVA、CF或PEEK等为原料,通过物理交联法及粒子致孔法制备高孔隙率、高含水率的多孔n-HA/PVA/CF和多孔n-HA/PVA/PEEK复合水凝胶材料,并对复合水凝胶的性能、表面形貌、结构及生物相容性等进行研究,最后对人工角膜的加工制备与应用进行相关探索。主要研究内容和结果如下:1.以n-HA、PVA、CF为原料,通过采用物理交联法制备多孔n-HA/PVA/CF复合水凝胶,考察了CF含量对复合水凝胶含水率、力学性能、溶胀等性能的影响,除此之外,还通过SEM、TG-DTA、XRD等对复合水凝胶材料的表面形貌、结构进行研究。结果表明多孔n-HA/PVA/CF复合水凝胶中孔相互贯通且呈均匀分布,含水率约为(68%6%)、拉伸强度大概在(0.6.2MPa)之间。钙质沉积测试试验表明,加入CF降低n-HA在支架材料中的比重,可以改善水凝胶的钙质沉积情况。2.以n-HA、PVA、PEEK为原料,通过采用物理交联法制备多孔n-HA/PVA/PEEK复合水凝胶材料,考察了PEEK含量对复合水凝胶含水率、力学性能、溶胀等性能的影响,除此之外,还通过SEM、TG-DTA、XRD等对复合水凝胶材料的表面形貌、结构进行研究。结果表明多孔n-HA/PVA/PEEK复合水凝胶中孔相互贯通且呈均匀分布,含水率约为(68%8%)、拉伸强度大概在(0.4.2MPa)之间。3.对n-HA/PVA/CF复合水凝胶和多孔n-HA/PVA/PEEK复合水凝胶材料进行了多项生物学评价,实验结果显示,复合水凝胶样品未显示急性中毒现象,体外细胞毒性均为(0级或1级),皮肤反应类型为极轻微级,复合水凝胶迟发型超敏反应分级为(0级)。说明n-HA/PVA/CF复合水凝胶和n-HA/PVA/PEEK复合水凝胶材料已经达到国标要求,属于合格的医用材料。4.对人工角膜的制备和应用进行探索性研究。首先,利用激光成型方法加工裙边支架材料;然后,通过互穿网络交联法将透明光学材料与裙边支架材料制备成人工角膜;最后,通过动物植入实验对人工角膜的实际应用情况进行研究。人工角膜动物植入实验结果表明:人工角膜移植后较少出现排异、脱出、发炎及房水渗漏的情况,生物相容性能良好;人工角膜植入后成纤细胞在裙边支架材料内部孔隙生长,且较少有前增殖膜及后增殖膜形成;人工角膜位置无变化,与前后板层贴合情况良好,眼前节无改变。