生物医用眼科材料都有哪些

本文主要综述了用于眼科的生物医用材料的种类、结构特点及其在眼科中应用的性能,重点介绍了用于人工角膜的光学镜柱材料和支架材料、人工晶状体材料、人工玻璃体材料、人工眼球义眼台和义眼材料、人工泪道和泪液材料、角膜接触镜材料及眼科药物载体材料,展望了生物医用眼科材料的发展方向。

生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。它是人类与疾病作斗争的有效工具之一。

长期以来,眼部疾病的治疗及眼睛的保健与美容一直是医学领域的重要部分,眼科治疗与保健离不开各种生物医用材料的使用:眼部器质性损伤需要植入人工替代品,如人工眼球、人工泪管等;帮助严重角膜病患者恢复光明需要植入人工角膜;进行白内障手术需要植入人工晶体;眼科手术时需要眼科用的粘结剂、止血剂;眼睛视力的保护和矫正需要角膜接触镜等。本文主要介绍了用于人工角膜、人工晶状体、人工玻璃体、人工眼球、人工泪道、隐型眼镜的生物医用材料的种类、结构特点及其在眼科应用中的性能。

1 人工角膜(Keratoprosthesis, KPs)材料

人工角膜材料是影响人工角膜性能的关键因素,主要分为光学镜柱材料和支架材料。

1.1 光学镜柱材料

光学镜柱材料要求光学性能好,透光率大于90%,屈光率高,同时还要具有良好的生物相容性。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)是一种透明的高分子惰性有机聚合物,其透光高(92%)、屈光率较好、性质稳定、加工方便等优点使其成为在人工角膜上应用最多的材料。

然而,PMMA有以下几个主要限制:硬度大,植入后测量眼压困难,而且初戴不舒适,需要较长时间适应;表皮细胞粘附差,不能形成连续的角膜长皮,术后有潜伏感染、渗漏、角膜溶解的危险;透氧性低等。大量研究表明PMMA与PHEMA复合使用制成PMMA-PHEMA,可以克服PMMA疏水性强、质硬等缺点。

聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)水凝胶与人体组织具有高度的相容性,无毒副作用、无降解现象,化学性质稳定,具有良好的弹性,含水量高。Trinkaus-Randall等设计了一种以聚乙烯醇为光学部分、聚丙烯/聚丁烯共聚纤维网为支架部分的人工角膜,并证明能用基质角质细胞填充,增殖并合成胶(Silicone resin)的主要成分是以二甲基乙烯基硅氧基为端基的聚甲基硅氧烷(简称甲基乙烯基硅油),由自然界二氧化硅在高温下与碳原子结合成单链,再聚合成高分子。

1.2 支架材料

支架材料是光学镜片与母体角膜组织直接接触的部分,要求有良好的生物相容性,从及合理的形状和足够的强度来支撑整个角膜组织。在结构上要起桥梁作用,在功能上一方面必须具有良好的生物相容性,与角膜组织相融合,同时又不被生物降解而长期保留;另一方面必须具有相应的强度,使光学镜柱得以固定并紧密结合而不渗漏。氟碳聚合物(Fluorocarbon polymer)是20世纪80年代以来研究应用最多的微孔有机材料之一,研究者对它寄予很高的希望并进行了深入地研究。Lambrets将有孔材料聚四氟乙烯氟碳多聚体与碳纤维的聚合物Proplast用作人工角膜。该材料质硬、较粗糙、湿润性好、性质稳定、易于加工,孔隙率为70%-90%,孔径范围为100-500nm。White等报道了用Proplast做穿通性人工角膜的动物实验,术后人工角膜稳定,早期即有纤维细胞长入,存留时间最长的一例达3年以上。