三维快速打印技术研发适合人眼功能的个性化人工晶状体

Cataract is the first blindness diseases in the world,and implantation of artificial lens is currently the only modus operandi.In light of the existing artificial lens defects,such as smaller optical surface,unstable clamber,insufficient adjusting ability and glare,aberration,posterior capsule opocification after surgery,the project aims to research and develop temperature sensitive shape memory intraocular lens materials though adjusting different groups,different side chain length for improved physicochemical properties,which is based on our independent thermally induced shape memory acrylic materials.It can convert to the formation of rod in low temperature and be preserved long-term at room temperature;after implanted in the ocular,it can unroll to the morphology which conforms to the capsular bag size at body temperature.On this basis,we will reconstruct lens model by ophthalmic B ultrasound,anterior OCT,corneal topography combined with computer aided design software and design individual parameters according to the curvature of the cornea, anterior chamber depth, ocular lens size of patients.Then we will develop customized artificial lens with temperature sensitivity by using three dimensional fast printing technology combined with laser sintering technology,which can meet the needs of cataract patients with different bag size,different axial length etc.It has a larger deformation and low modulus of elasticity,which can be implanted through small incision and fill the entire lens capsular bag so as to retain the function of ciliary muscle and suspensory ligament as well as the integrity of lens capsule.Therefore,it can simulate ophthalmic regulation ability.

白内障是世界第一位致盲性眼病，人工晶状体植入术是目前唯一的手术方式。针对现有人工晶状体光学面小、攀不稳定、调节力不够和术后眩光、像差、后发障等缺陷，本项目在自主研发的热致形状记忆性丙烯酸酯类材料的基础上，通过调整不同官能团、不同侧链长度等改进材料理化性能，制备温度敏感形状记忆性人工晶状体材料；其在低温下能变形成杆状并在室温长期保存，植入眼内后在体温下展开延伸为符合囊袋大小的形态。在此基础上，利用眼科B超、前节OCT、角膜地形图结合计算机辅助设计软件重建晶状体模型，根据患者眼部的角膜曲率、前房深度、晶状体大小进行个体化参数设计，利用三维快速打印技术结合激光烧结技术开发具有温度敏感特性的个性化人工晶状体，满足白内障患者不同囊袋大小、不同眼轴长短的差异化需求。其具有较大形变量和较低弹性模量，可通过较小切口植入并填充整个晶状体囊袋，从而保留睫状肌、悬韧带的功能和晶状体囊膜的完整性，模拟人眼调节能力

白内障我国常见的致盲性眼病，白内障摘除手术联合人工晶状体植入是理想的治疗办法。随着患者对术后视觉质量的需求不断提高，缺乏个性化设计的常规人工晶状体正不断受到挑战。本项目在课题组前期研发的丙烯酸酯类人工晶状体材料的基础上，通过调整不同反应单体配比、控制不同聚合反应时间，实现了人工晶状体光敏树脂材料的一体化直接3D打印制造。通过打印前后的人工晶状体材料光学、机械性能及生物相容性测试，3D打印的人工晶状体材料基本满足临床使用需求。课题实施过程中，回顾分析了临床就诊的白内障患者经B超或眼前节OCT所测量的自然白内障状态晶状体参数，为其后的人工晶状体参数设计提供借鉴。通过zemax光学设计软件和Solidworks三维建模软件实现对标准化眼部解剖结构和屈光状态的模拟。在此基础上，通过改变模拟眼光学状态，添加离焦及球差，尝试进行个性化人工晶状体光学设计及三维构型设计，导出STL文件以供后续3D打印机使用。适用于人工晶状体一体化制造的3D打印机改进及其算法优化。通过3D打印机改良优化及Python算法及控制系统优化，实现目标需求的供人工晶状体一体化制造用3D打印系统。并在人工晶状体实际3D打印过程中，根据打印效果不断进行3D打印机调试和控制参数修改。在材料合成方面，课题研发了适用于人工晶状体3D打印的丙烯酸酯反应原液并对其固化后性能进行了测试。最终选定烷基类丙烯酸酯/羟基结合丙烯酸酯类人工晶状体反应单体，分别作为亲疏水性人工晶状体打印材料。在上述研究基础上，课题组首次尝试人工晶状体的直接3D打印制造。分别选取亲水性、疏水性试剂为打印材料，选取由光学设计和结构优化产生的人工晶状体光学部及支撑襻STL文件，使用课题组改装优化的3D打印设备进行直接打印。其后，在不经表面抛光处理的情况下，直接进行光学性能、机械性能和生物相容性测试，检测人工晶状体3D打印制造的可行性。