新型同步互穿网络硅水凝胶材料的研究

本项目研究新型同步互穿网络硅水凝胶，为发展高透氧角膜接触镜等先进生物医学材料奠定基础。本项目合成两端为甲基丙烯酸酯结构的聚硅氧烷大单体PDMSDMA，采用光引发同步聚合方法，制备N-乙烯基-2-吡咯烷酮/亚乙基-二-3-（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）/甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷/ PDMSDMA（NVP/EBVP/TRIS/PDMSDMA）体系同步互穿网络硅水凝胶材料。采用凝胶重量法、活性种淬灭法等研究体系的交联聚合机理与动力学，探索同步互穿网络硅水凝胶材料的微观形态结构与组成之间的关系；研究硅水凝胶的透氧性能、力学性能、亲水性、抗脱水性能与组成、形态之间的关系；研究制备硅水凝胶角膜接触镜，评价角膜接触镜的体内外生物相容性和动物30天连续佩戴效果。本项目建立新型同步互穿网络硅水凝胶关键制备技术，开展高透氧眼科生物医学材料的应用基础研究，具有重要的社会意义和潜在的经济价值。

本项目按照计划执行。本项目首先研究了模型体系 N-乙烯基-2-吡咯烷酮（NVP）/亚乙基-二-3-（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）（EBVP）/甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）/二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）自由基/阳离子聚合机理，采用凝胶重量法、活性种淬灭法等研究确定了体系聚合过程。结果表明，NVP与甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）等经自由基聚合，交联成一个聚合物网络；另一部分NVP在EBVP存在下经阳离子聚合，交联成另一个网络，形成亲水性的PVP网络。合成了一种聚二甲基硅氧烷大单体 （PDMSDMA），在上述模型体系研究基础上研究确定了NVP/EBVP/甲基丙烯酰氧基丙基三（三甲基硅氧基）硅烷（TRIS）/PDMSDMA体系聚合动力学和机理。制备成功TRIS/HEMA/NVP/EBVP 、NVP/EBVP/TRIS/PDMSDMA同步互穿网络硅水凝胶制备，研究确定了硅水凝胶的微观形态结构，结果显示IPN硅水凝胶中有机硅部分和水凝胶部分分别形成相分离微区。研究了IPN硅水凝胶的力学性能、透氧性能、生物学性能与组成之间的关系等。结果表明，TRIS/HEMA/NVP/EBVP、NVP/EBVP/TRIS/PDMSDMA IPN硅水凝胶具有良好的表面亲水性，较高的含水量，拉伸强度最大达到1.75 MPa。采用聚丙烯模具用光引发聚合制备成功IPN硅水凝胶接触镜，根据标准评价了镜片的生物相容性。结果显示IPN水凝胶接触镜无细胞毒性。兔眼21天连续佩戴组织相容性试验显示，IPN水凝胶角膜接触镜具有良好的组织相容性，对兔眼结膜、角膜、虹膜、睫状体和晶状体无明显损伤作用。本课题进一步将同步IPN水凝胶研究拓展至生物高分子IPN水凝胶。采用谷氨酰胺转移酶（TG）催化交联明胶，人体内存在的钙离子、钾离子交联海藻酸钠、结冷胶、卡拉胶等，从避免采用任何化学交联剂或引发剂，制备成功三类蛋白/多糖生物大分子IPN水凝胶。采用生物相容性方法制备的生物水凝胶，有望应用于眼组织修复和组织工程支架。新型同步互穿网络硅水凝胶关键制备技术具有创新性。相关研究结果共发表SCI论文13篇，获发明专利授权2项，申请水凝胶接触镜发明专利2项。