P(FPOSS-MMA-DMAEMA)三元共聚构建新型抗菌抗黏附人工晶状体材料的研究

Bacterial endophthalmitis, posterior capsule opacification (PCO) and other complications are common after cataract surgery. Changing the surface properties of intraocular lens (IOL) to reduce postoperative complications is an important international research topic in recent years. To modify PMMA IOL, P (FPOSS-MMA-DMAEMA) terpolymer was designed, synthesized and made it into IOL with transmittance of more than 95%. Next, we will do quaternary treatment of DMAEMA to form polycationic antibacterial groups and plasma etching to made lotus imitation micro-nano composite structure. Then, the impact of composition and synthetic conditions on the crystallinity, light transmittance, mechanical and thermodynamic properties of IOL will be explored. Further, in vitro antibacterial and cytological evaluations will be done to clarify antibacterial and anti-adhesion properties of IOL and reveal the relationship of microstructure and surface features. Finally, the animal studies will be done to illustrate the effect of physiological conditions on the biological functions of IOL. In conclusion, this study aims to achieve complex functional IOL through body modification and provide new idea for the design of advanced functional IOL. So this study not only has important academic significance on the biomaterials modification, but also has a practical significance on prevention of bacterial endophthalmitis and PCO after IOL implantation.

白内障手术和人工晶状体（IOL）植入后存在细菌性眼内炎、后发性白内障等并发症，严重损害患者视力恢复，改变IOL的材料学特性降低术后并发症是近年来国内外重要的研究课题。我们已经设计、合成了P（FPOSS-MMA-DMAEMA）三元共聚物，对PMMA IOL进行本体改性，透光率超过95%。本课题将对材料进行季铵盐化处理，形成聚阳离子抗菌官能团，并通过等离子体刻蚀制成仿荷叶超疏水表面。考察材料的结晶性、力学和热力学性能，探究材料化学组成、结晶性与透光性的关系。进一步，进行体外的生物学评价，明确季铵盐组分的抗菌功能和超疏水表面的抗黏附性能，揭示材料组成、微观结构和表面功能的关系。最后，通过动物实验研究材料的抗菌性和生理相容性，阐明复杂生理环境对材料生物学功能的影响。因此，该研究在生物医用材料改性上具有重要的科学意义，对IOL植入后防止各类并发症也有很重要的临床应用价值。

白内障术后残余人晶状体上皮细胞在人工晶状体表面的黏附和不均匀成长引起后发性白内障（PCO），手术过程中同样会将细菌、真菌等致病菌带入眼内，引发眼内炎的并发症。本项目通过材料学的方法对人工晶状体的表面性质进行功能化改性，在本体材料改性和表面修饰两方面进行了探索，从而抑制PCO和眼内炎症的发生。通过自由基共聚合的方法将生物相容性良好的多聚倍半硅氧烷（POSS）、具有杀菌功能的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）复合，得到了一系列共聚物本体材料和表面修饰涂层材料。通过对合成条件的调整，实现了仿荷叶的微纳复合结构和超疏水的表面性质，这种超疏水的表面特性对人工晶状体上皮细胞（HLECs）、蛋白质和细菌均具有优良的抗黏附性能，通过复合季铵盐组分实现了材料表面优越的抗菌功能化。制备的具有抗黏附和杀菌功能的新型人工晶状体植入新西兰大白兔眼内，初步的体内研究发现，改性后的人工晶状体材料实现了优异的抗菌和抗黏附性能，证实这种仿生的界面材料在人工晶状体改性方面具有较高的优越性。通过自由基共聚合的方法合成了PMMA-POSS的共聚物材料，制成的人工晶状体本体材料疏水性得到增强，体外的细胞实验表明促进了人工晶状体上皮细胞（HLECs）的均匀性黏附。通过自由基共聚合的方法将磷酸胆碱（MPC）、DMAEMA和多巴胺修饰的甲基丙烯酰胺（DMA）共聚合，获得了自交联的人工晶状体表面涂层材料，能够高效杀灭细菌和释放细菌尸体，抑制细菌生物膜的形成。通过表面引发可逆加成-断裂链转移（RAFT）的方法在人工晶状体表面构建了p(MA POSS-co-DMAEMA+)的聚合物刷，获得了较高亲水性和粗糙度的功能化表面，能够抑制HLECs的黏附和高效杀灭细菌。通过RAFT技术在人工晶状体表面构建了p (MPC-co- DMAEMA+)的涂层材料，接触角和原子力显微镜等测试方法证实表面的亲水性，对HLECs、蛋白质和细菌均具有良好的抗黏附效果，能够高效杀菌和长效抑制生物膜的发展。通过本项目的研究，获得了一系列针对PCO和眼内炎的材料学修饰方法，为人工晶状体材料表面修饰的调控提供坚实的技术基础。.先后在包括ACS Applied Materials & Interfaces，Biomaterials science, Journal of Materials Chemistry B等期