人工角膜用细菌纤维素复合材料的制备及性能研究

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1、摘要目前，全球由于角膜疾病而致盲的人数超过一千万，角膜移植是他们复明的主要方法。对于不能接受角膜移植术的患者来说，人工角膜植入术是这些患者恢复视力的唯一希望。当前人工角膜材料由光学中心和周边支架两部分组成，通常由于光学中心与支架、支架与眼组织的结合力差而造成移植手术的失败，此外，常用的人工角膜材料(如PMMA、PHEMA、PVA和硅凝胶等)存在着生物相容性和力学性能差等缺点。细菌纤维素(BC)具有精致的三维纳米网状结构，较好的生物相容性，高的持水性和力学性能，可同时用作支架和光学中心材料。BC作为人工角膜材料虽然具有许多优点，但是它透明性较低，易被细菌感染。针对BC的不足

2、之处，本文对其进行改性，制备了BC／PVA和BC／PHEMA透明复合材料，并采用XRD、FTIR、TG和DSC等手段研究了复合材料的结构、含水率、透光率、热稳定性以及力学性能等。本研究分别以冷冻．熔融法和自由基本体聚合法制备了BC／PVA和BC／PHEMA复合材料。研究结果表明，BC／PVA复合材料的含水率高达73％，与天然角膜的含水率(78％)非常接近，但是BC／PHEMA复合材料的含水率较低(约37％)，需要进一步提高；两种复合材料对可见光具有良好的透光率，同时对紫外光有一定的吸收作用，其中BC／PHEMA复合材料的透光率在80％～88％之间，而BC／PVA复合材料的

3、透光率可达90％以上。TG和DSC分析结果表明，两种复合材料的热分解温度与纯PVA和PHEMA相比都有较大程度的提高，而且随BC含量的提高而提高。复合材料的力学性能测试结果表明，两种复合材料的杨氏模量和拉伸强度显著高于未增强的基体材料，且随BC质量分数的增加而增加；但是复合材料的断裂伸长率有一定程度的降低。两种复合材料的光学性能、热稳定性和力学性能都能满足人工角膜材料的要求，其中BC／PVA复合材料的含水率、透明性和力学性能均高于BC／PHEMA复合材料。由此可见，BC／PVA复合材料的综合性能优于BC／PHEMA复合材料。关键词：细菌纤维素，人工角膜，聚乙烯醇，聚甲基丙

4、烯酸B羟乙酯，复合材料ABSTRACTThereareprobablymorethan10millionpeopleworldwidesufferingfromblindnessofcornealorigin，andtheirvisualrecoveryreliesheavilyonthesuccessfulgraftingofdonorcornealtissue．However，theonlyalternativeforrestoringvisionappearstobetheprosthokeratoplastyforthepatientswhoareunlikely

5、tobenefitfrompenetratingkeratoplasty．Atpresentartificialcorneamaterialsincludingopticalcentreandporousskirts．butmostartificialcorneasfailedbecauseofpoorinteractionbetweentheartificialimplantandhostconrea，andpoorattachmentofthetransparentcentertotheskirt．Moreover，artificialcorneamaterials(

6、suchasPHEMA，PVAandsiliconegels)usuallyhavesomeproblems，suchaspoormechanicalpropertiesandbiocompatibility．Bacterialcellulose(BC)hasmanyadvantagesandcanbeappliedasartificialcorneamaterial，duotoitsfinenanofibernetwork，biocompatibility，high·waterholdingcapacityandhightensilestrength．However，i

7、thassomedefectsforartificialcornea，suchaslowtransparencyandeasybacterialinfection．Inthispaper,BC／PVAandBC／PHEMAcompositeswerepreparedtoovercometheseproblems．Watercontent，transmittance，structure，thermalstabilityandmechanicalpropertiesofthecompositeswereinvestigatedby