Bu çalışmada aminopropyl sona polydimethylsiloxanes ve polydimethyl-metil-fenil-siloxane-blok kopolimerler ve yumuşak polysiloxane tabanlı üre (PSU) elastomerler için sentetik yolları açıklanır. PSU uygulanması bir göz içi lens accomodating olarak sunar. Vitro sitotoksisite için bir değerlendirme yöntemi ayrıca açıklanmıştır.
Bu çalışmada Göziçi (a-IOLs) kapasiteli olarak uygulamaları için yumuşak polysiloxane tabanlı üre (PSU) elastomerler için bir sentez yol anlatılmaktadır. Aminopropyl sona polydimethylsiloxanes (PDMS) daha önce denge çevrimsel siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) ve 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS) yolu ile halka zinciri hazırlanmıştır. Fenil grupları siloxane omurga üzerinden tanıtıldı 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4beni Ph) ve D4 kopolimerizasyona. Bu polydimethyl-metil-fenil-siloxane-blok kopolimerler polysiloxanes Kırılma Endeksi artırılması için sentezlenmiş. Bir IOL olarak uygulamaları için polysiloxanes kırılma indisini bir genç insan gözü lens için eşdeğer olması gerekir. Polysiloxane molekül ağırlığı endblocker APTMDS için çevrimsel siloxane oranı tarafından kontrol edilir. PSU elastomerler saydamlığını gazetesi iki film arasında 200 ve 750 nm, UV-Vis Spektrofotometre kullanarak geçirgenliği ölçümü tarafından incelenir. Geçirgenliği düşük değerler 750 nm (görünür spektrumun üst uç) PDMS moleküler ağırlık karşı çizilen ve geçirgenliği % > 90 18.000 g·mol– 1kadar bir molekül ağırlığı görülmektedir. PSU elastomerler mekanik özellikleri oymalı köpek kemik şeklinde örnekler üzerinde stres gerginlik testleri kullanılarak incelenmiştir. Mekanik istikrar değerlendirmek için mekanik histeresis (10 x) art arda yayarak ölçülür %5 ve % 100 kopma uzaması için örnekler. Histeresis PDMS moleküler ağırlık artışı ile önemli ölçüde azaltır. Vitro sitotoksisite seçilen bazı PSU elastomerler bir MTS hücre canlılığı tahlil kullanarak değerlendirilir. Burada açıklanan yöntemleri yaklaşık bir genç insan gözü lens eşit bir Kırılma indisi ile yumuşak, şeffaf ve noncytotoxic PSU elastomer sentezi izin.
Senil katarakt, 60 yıl, ≥ yaş grubu etkileyen doğal kristal lens gelişmiş opaklaşmasına için yol açar. Yaşa bağlı bu durum muhtemelen UV ışınlama1,2,3tarafından hızlandırılmış oksidatif değişiklikler nedeniyle oluşur. Geleneksel tedavi Senil katarakt için bir boş objektif kapsül ile bir enjeksiyon sistemi2(IOL) yapay bir göz içi lens implantasyonu tarafından takip kataraktlı lens cerrahi çıkarımı içerir. Ancak, IOLs çoğunluğu son derece katı yapıları ile akrilik polimer (hidrofobik ve hidrofilik akrilat veya metakrilat polimerler) üzerinden üretilmektedir; Bu nedenle, göz çeşitli mesafelerde2,4‘ e uyum yeteneğini kaybeder. Bu nedenle, hasta monofocal IOL implantlar ile yakın görüş için gözlük bağlı (örn., bir gazete ya da bir kitap okurken)5.
Katarakt ameliyatından sonra konaklama yeteneği geri yüklemek için farklı yaklaşımlar bildirdin. Bu yaklaşımlar arasında iki temel strateji ayrılır: bir sıvı veya jel benzeri polimerler enjekte ve yumuşak, katlanabilir bir-IOLs6,7,8geliştirme boş lens kapsülü dolumu. Jelleri Young’un dönmeler bu doğal insan gözü lens (ca. 1-2 kPa)9düşük ile hazır için “objektif dolum” gelecek vaat eden bir kavramdır; Ancak, bu yaklaşım hala deneysel8ve çalışmalar sadece hayvan gözünü yapılmaktadır.
Şişme silikon balon10 ile sıvı silikon dolu yerleştirerek veya doğrudan kapsül ile hydrosilylation daha sonra iyileşmişti silikon11,12 enjekte ederek objektif kapsül doldurulmuş . Ancak, Balonlar, yüzey kırışıklıkları için ilgili sorunlar daha düşük bir konaklama genlik ameliyat öncesi durumuna kıyasla ve şiddetli ikincil katarakt (anterior ve posterior kapsül opaklaşmasına) oluşumu kaydetti7olmuştur, 8,12,13. Özellikle, uzun kür kez (70 dk – 12 h) ameliyat sonrası iltihabı10,–14önde gelen çevreleyen göz bölmeleri içine kaçağı riski neden. Bu nedenle, kristal lens yerine diğer malzemeler, polietilen glikol diacrylate üzerinde dayalı hydrogels akrilat-modified kopolimerler vinil alkol (N-vinylpyrrolidone)15metakrilat-modified, dahil olmak üzere tavsiye edilir polysiloxanes16,17, poloxamer18ve diisocyanate-çapraz polyalcohols9. Ancak, monomer viskozitesi (Yani, enjeksiyon ve çapraz sonra şişme jel), son derece düşük veya yüksek kırılma endeksi, mekanik istikrar ve bütünlüğü, öngörülemeyen Postoperatif refraksiyon, konaklama aralığı, düşük ve sonrası katarakt oluşumu oluşturan ana konular6,7,8,9,15,18. Ticari olarak, konaklama yeteneği esas olarak IOLs bir katlanabilir geliştirerek geri yüklenir. Böyle bir IOLs silier kas kasılması IOL optik lens kapsül ile ön sitesine hareketi konaklama sağlamalıdır. Çeşitli modeller piyasada 1996, 2001 ve 20027,8tanıtılmıştır. O implante a-IOLs son derece vardı için ancak, klinik çalışmalar sırasında tahmini konaklama genlikleri (≤ 1.5 D) yardımsız (3-4 D) okuma6,7,8,19 izin vermek için düşük , 20. bu nedenle, iki bağlı optik (çift optik IOL) geliştirilen konaklama artırmak için oluşan bir IOL bir aralığı6,21. Çakışan sonuçları bildirilen22,23,24,25gelmiş de olsa sadece bir lens tasarımı insan gözünde akomodatif performansı için muayene.
Genellikle, silikon elastomer biyolojik olarak inert ve toksik olmayan olarak kabul edilecektir; Bu nedenle, silikon elastomer ilaç ve tıbbi mühendislik (örneğin, meme implantları, Fasiyal implantlar, ortak protez, yara sosları, Kateterler, drenaj ve şant) Biyouyumlu malzeme olarak uygulanan uzun bir geçmişi var 26 , 27. onların yumuşaklık, şeffaflık ve yüksek oksijen geçirgenliği nedeniyle silikon elastomer Ayrıca uygulamaları kontakt lensler ve IOLs2,28,29bulmak. Ancak, silikonlar kovalent çapraz olmalı ve genellikle yeterli mekanik bütünlük elde etmek için dolgu takviye gerektirir. Crosslinking dezavantajlı termoplastik yöntemleri tarafından sonraki işlem elastomerler engellediği gibi (örneğin, enjeksiyon kalıplama) veya işleme çözümleri tarafından (örneğin, solvent döküm). Buna ek olarak, termoplastik poliüretan mekanik istikrar sergi ama özellikle polyester veya polyether esaslı macrodiols kullandıysanız için biyolojik ortamı içinde bozulma yatkındır. Bu nedenle, esneklik ve hydrolytic veya oksidatif istikrar ile mükemmel mekanik özellikleri birleştirmek için çaba birleşme, hidroksil veya amino-fonksiyonel PDMS yumuşak parçaları olarak poliüretan, poliüretan-ureas, içine konsantre ve polyureas27. Bir son derece nonpolar PDMS yumuşak kesimi ile kutup üretan veya üre sabit parçasını uyumluluğunu geliştirmek ve mekanik özellikleri geliştirmek için farklı polyether esaslı macrodiols PDMS30ile birlikte,31 dahil edilmiştir ,32. Özellikle, Thilak Gunatillake grup sistematik olarak silikon poliüretan ile geliştirilmiş biostability ve uzun vadeli Biyomedikal uygulamaların veya yapay kalp pili izolasyon gibi mekanik özelliklerini gelişimi araştırmış kalp vanalar33. Hidroksil sonlandırılmış PDMS ve farklı polieter yanı sıra Alifatik polikarbonat diols oluşan karışık yumuşak kesimleri ile Aromatik Poliüretan sentezledim. Sentezlenmiş poliüretan, polyhexamethylene oksit (PHMO) ve PDMS sergiler arasında en iyi mekanik özellikleri ile ilgili sabit uyumluluk30kesiminde. Sonraki çalışmalarda, onlar daha fazla PDMS PHMO oranı etkisi ve silikon poliüretan34,35, mekanik özelliklerini disiloxane tabanlı zincir Extender’da birleşme muayene 36. macrodiol bileşimi 80 wt % PDMS ve 20 wt % PHMO, 1,3-bis(4-hydroxybutyl)-tetramethyldisiloxane (BHTD), gibi bir eş zinciri extender yanı sıra iyi mekanik özellikleri ile daha yumuşak poliüretan verimleri sonuçları ortaya koydu ve Termoplastik processability. Ayrıca, bu silikon-poliüretan bir yaygın olarak uygulanan yumuşak polieter üretan37,38,39için kıyasla gelişmiş bir biostability sergi.
Biyouyumluluk ve istikrar benzer malzemeler ve kullanımları kardiyovasküler uygulamaları için de bildirilen40,41,42olmuştur. Bu sonuçlara dayanarak, Silikon tabanlı polyurea elastomerler (veya PSU) ile bir disiloxane tabanlı zincir uzatıcı yüksek esneklikleri ve yumuşaklık, verim onların şekil uygulanması sonra korumak için yeterli mekanik gücü ile de olsa, düşünülmektedir tekrarlanan stres. Örneğin, Hermans ve ark. inşa bir deneysel poliüretan esaslı çift optik bir-IOL prototip uygulanan yük içinde işlemek son derece yumuşak silikon kullanarak bir üretim için daha önce kullanılan, tasarım, çünkü enucleated domuz gözleri43.
Bu makalede, yumuşak bir siloxane tabanlı PSU, uygulamalar için mekanik ve optik özellikler açısından bir accomodating IOL getirilmiştir sentezi. PSU elastomerler mekanik özelliklerini siloxane moleküler ağırlık tarafından değiştirilebilir gibi aynı yordamı içinde kaplama uygulamaları bulmak ve sosları cilt siloxane tabanlı PSU, geliştirmek için uygulanabilir. Buna ek olarak, bu yordam karbinol sonlandırılmış PDMS kullandıysanız siloxane tabanlı poliüretan veya poliüretan-üre elastomerler hazırlamak için kullanılabilir. Sentezi için kullanılan diisocyanate (Yani, Alifatik veya aromatik) türüne bağlı olarak, reaksiyon koşulları (zaman, sıcaklık ve belki de solvent kompozisyon dahil) değiştirilmesi gerekebilir. Alifatik diisocyanates 4,4-methylenebis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) veya isophorone diisocyanate gibi uygulama için reaksiyon dibutyltin dilaurate gibi bir organotin catalyst kullanarak hız vardır veya diacetoxytetrabutyl distannoxane. Örneğin, bir HİDROKSİPROPIL sonlandırılmış PDMS ve H12MDI tepki bir katalizör varlığında devam eder. Ayrıca, reaksiyon sıcaklık 50-60 ° C’ye arttırılması gerekiyor Aromatik diisocyanates genellikle daha doğru Nükleofilik gruplar halinde reaktif olduğu gibi bir aromatik diisocyanate 4,4-methylenebis(phenylisocyanate) (MDI) gibi uygulanması için reaksiyon ısısı orta ama yeterince artırılması gerekiyor Alifatik diisocyanates vardır. MDI karbinol sonlandırılmış PDMS ile reaksiyon susuz tetrahydrofuran () THF çözücü karışımları kullanarak yükseltilebilir) ve dimethylformamide (DMF) veya dimetilastamit (DMAc) üçüncül aminler olarak bazı katalitik aktivite sergilemek.
Susuz bir kullanarak yüksek molekül ağırlıklı aminopropyl sonlandırılmış PDMS yolu ile halka zinciri denge, elde etmek için güçlü temel catalyst çok önemlidir. Tetramethylammonium hidroksit (TMAH) veya potasyum hidroksit (KOH), gibi genellikle uygulanan diğer katalizörler yan reaksiyonları teşvik su artıkları, içerir; Bu nedenle, difunctional, monofunctional ve benzer moleküler ağırlık işlevsiz PDMS zincirlerle karışımı44elde edilir. Ayrıca, TMAH kullandıysanız, tepki gerektirir > 48 h için tamamlama ve does değil her zaman tam monomer tüketimi44ile devam.
Özellikle, endblocker tartma APTMDS PDMS istenen molekül ağırlığı elde etmek için önemlidir. 0,85 g PDMS, sentezlemek için kullanılırsa protokol 2.1 bölümünde açıklandığı gibi örneğin, APTMDS, 0.9 g yerine bu için kuramsal Moleküler ağırlığı yaklaşık sunulmasını > 900 g·mol-1. Buna ek olarak, kuramsal moleküler ağırlık dönüşüm üzerinde bağlıdır. Döngüsel yan ürünleri önemli ölçüde kaldırılan üzerinden vakum damıtma değil iseniz, bir yüksek dönüşüm değeri elde edilir. Örneğin, aynı sentez yordamı (bölüm Protokolü olduğu gibi 2.1) kullanmak için % 90 hesaplanan bir dönüşüm için teorik olarak hesaplanan bir molekül ağırlığı yol açacak; Bu değer 910 g·mol-1 daha büyük ise % 85 çevrilmesi olduğu tahmin edilmektedir. Özellikle 50 mL Büret titrasyon için kullanılırsa sapmalar polysiloxane moleküler ağırlık belirlenmesinde titrasyon tarafından belki PDMS şişeler Tartım için ilişkilidir. Polysiloxane 0,06 gram ağırlığında ilgili bir sapma ~ 650 g·mol-1hesaplanan bir fark neden olabilir. Bu nedenle, bir yarı otomatik titrator kullanılması tavsiye edilir.
PDMS kırılma indisini fenil grupları17,51birleşme tarafından artırılabilir, fenil grupları52veya sülfür içeren grupları53halojenliler. Girişimleri Yilgör, oluk ve McGrath54 tarafından açıklandığı gibi PDMS üzerinden octaphenylcyclotetrasiloxane (D4Ph) kopolimerizasyona fenil grupları birleştirmek için uygulanan tepki koşullar altında başarısız oldu, Muhtemelen hantal yüzük omurga break up siloxane Tahvil seçili tepki sıcaklığında uygulanan katalizör olanaksız kılan çünkü. KOH bir reaksiyon 160 ° c sıcaklıkta kullanılırsa D4Ph halka açılabilir Ancak, son derece yüksek molekül ağırlıklı polysiloxanes, hangi muhtemelen işlevsiz yabancı maddelerin yüksek miktarda içeren elde edilir. Buna ek olarak, bu kopolimerler KOH katalizör kaldırılması basit değildir ve katalizör sulu bir çıkarma tarafından takip ethanolic HCl kullanarak bir nötralizasyon adım gerektirir. O zaman, PDMS sulu faz PDMS içeren organik faz ayırmak için CH2Cl2gibi organik bir çözücü içinde çözünmüş zorunda. Son olarak, organik faz MgSO4ardından filtrasyon ve vakum damıtma bir rotary Evaporatör54kullanarak üzerinde kurumuş olmalı. Buna ek olarak, bu el yazması sunulan yöntem katalizör sağlar hemen yolu ile termal ayrışma kaldırıldı. Bu nedenle, katı monomer D4Phkullanmak yerine, fenil grupları başarıyla PDMS omurga sıvı monomer D4beni, Ph, kopolimerizasyona tarafından 29tarafından Si-NMR doğruladı gibi tanıtıldı spektroskopi50.
0,6 – YM sentezlenmiş PSU elastomerler sergilenen 5.5 MPa ve uzama değerleri % 1000’e kadar olan yüksek elastikiyet. Böyle yüksek Uzama değerleri sadece ama aynı zamanda yüksek moleküler ağırlık güç kaynağı elastomerler için parçalara polimer yapısı ile ilgili ( > 100.000 g·mol-1)48. Amino grupları ve oda sıcaklığında molekül ağırlığı hızla artan önde gelen Alifatik isocyanyate grupları arasında ani bir reaksiyon olur. Viskozite hafif bir artış önemli ölçüde, reaksiyon hızı yavaş görünmedi çünkü bu sonucu daha fazla tepki bir çözücü içinde yaparak hangi aksi takdirde molekül ağırlığı yaklaşık dengeli için önemli ölçüde etkileyecek desteklenmiştir stokiometrik oranı. 1,4-butanediol gibi bir kısa zincir diol zinciri extender olarak kullanıldığında, özellikle yüksek molekül ağırlıklı PDMS olsaydı buna ek olarak, elde edilen poliüretan-üre elastomerler sadece daha az elastik aynı zamanda kayıp mekanik istikrar, edildi sentezi için kullanılır. Bu sonuç muhtemelen elastomerler (sonuçları) yayınlanan, oldukça düşük moleküler ağırlık ilgili polyaddition son aşamasında tüm izosiyanat gruplarının dönüşüm tamamlanmamış karşılık gelen. Ayrıca, reaktivite Alifatik diisocyanates doğru amino ve hidroksil grupları arasındaki farkları vitro sitotoksisite testlerden elde edilen sonuçlar önemli ölçüde etkiledi. Zincir amino extender APTMDS hazırlanan PSU elastomer özleri HaCaT hücreleri (şekil 12) sitotoksik etki sergi değil. Siloxane tabanlı poliüretan-üre elastomer özleri kullandıysanız, hücre canlılığı (büyük ölçüde azaltılmış sonuçları Yayınlanan), ancak, oldu hangi muhtemelen ilgili olan düşük moleküler ağırlıklı leachables ve kalan unreacted izosiyanat grupları.
Bu iletişim kuralı daha sonra macrodiamines yüksek molekül ağırlıklı, yumuşak ve esnek polysiloxane üre elastomerler sentezleme için kullanılabilir işlev amino polysiloxanes hazırlanması için uygun bir yöntem açıklanır. PSU mekanik özelliklerini PDMS molekül ağırlığı göre çeşitli olabilir gibi diğer uygulama alanlarında bu polimerler kullanmak mümkündür. Ayrıca, fonksiyonel amino polysiloxanes hazırlanması için yordam vinil gruplar gibi yan grupları giriş yolu ile döngüsel bir siloxane kopolimerizasyona kolye vinil gruplarla (sonuçları gösterilmez) için kullanılabilir. Bu yeni uygulama alanları açılabilir, yumuşak çapraz hazırlanması da dahil olmak üzere polysiloxane jelleri () (örneğin, Pt katalize hydrosilylation Hidrit işlevsel bir silikon ile veya UV-harekete geçirmek thiol-KD ek mercapto fonksiyonel PDMS) sonuçları) gösterilmez.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar Federal MEB teşekkür etmek istiyorum ve bu eser altında finansman araştırma (BMBF) vermek sayı 13FH032I3. Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Gepris proje 253160297) tarafından mali destek minnetle kabul edilmektedir. Tasarımcılarının daha fazla onların sayesinde Priska Kolb ve Paul Schuler 1H-NMR ve 29Si-NMR ölçümleri gerçekleştirmek için Tübingen Üniversitesi üzerinden hızlı ister. Sayesinde aynı zamanda H12MDI onların kaynağı için CSC Jäkle Chemie GmbH & Co. KG nedeniyle vardır. Yazarlar Herbert Thelen ve André Lemme etilen oksit sterilizasyon PSU örneklerinin gerçekleştirmek için Biotronik gelen ve Lada Kitaeva (Reutlingen Üniversitesi) stres gerginlik ve histeresis ölçümleri ile onun destek için teşekkür etmek istiyorum.
Octamethylcyclotetrasiloxane (D4), 97 % | ABCR GmbH | AB111277 | presumably impairs fertility, must be degassed before use CAS: 556-67-2 |
1,3-Bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane, 97% | ABCR GmbH | 110832 | sensitive to air, must be stored under nitrogen CAS: 2469-55-8 |
2,4,6,8-Tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenylcyclotetrasiloxane | Sigma Aldrich | 40094 | technical grade CAS: 77-63-4 |
Tetramethylammonium hydroxide pentahydrate | Alfa Aesar | L09658 | toxic if swallowed and upon skin contact, strong base, sensitive to air, hygroscopic, store under refrigeration and under nitrogen CAS: 10424-65-4 |
4,4¢-Methylenbis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) | Covestro via CSC Jäkle Chemie GmbH & Co. KG | toxic if inhaled, skin and eye irritant CAS: 5124-30-1 |
|
Tetrahydrofuran (anhydrous) 99.8 % | Alfa Aesar | 44608 | stabilized with BHT CAS: 109-99-9 |
Chloroform 99 % | Grüssing GmbH Analytica | 1025125000 | stabilized with ethanol, presumably carcinogenic, can impair fertility and cause damage to an unborn child CAS: 67-66-3 |
Chloroform-d, 99.8 % | Sigma Aldrich | 151823 | CAS: 865-49-6 |
Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) high glucose | Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH | 41965-039 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH | A3160801 | |
Trypsin/EDTA, 0.25 % phenol red | Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH | 25200056 | |
Cell Titer Aqueous One Solution cell proliferation assay (MTS) | Promega GmbH | G3580 | |
HaCaT-cells | CLS Cell Lines Service GmbH | 300493 | |
BioComFold | Morcher GmbH | foldable accommodating intraocular lens | |
Accommodative 1CU | Human Optics AG | foldable accommodating intraocular lens | |
CrystaLens | Bausch and Lomb Inc. | foldable accommodating intraocular lens | |
Silmer OH-Di10 | Siltech Corp. | Carbinol-terminated Polydimethylsiloxane | |
Synchrony | Visiogen Inc. | dual-optic foldable accommodating intraocular lens | |
Elast-Eon | AorTech International plc | thermoplastic PDMS-PHMO-based polyurethane for medical applications | |
Pellethane 2363-80A | Lubrizol Life Sciences | thermoplastic polyether-based polyurethane for medical applications | |
Zwick universal tensile testing machine model 81565 and software testXpert II | Zwick GmbH & Co. KG | tensile testing machine | |
CASY | Roche Innovatis AG | cell counting system | |
Multisizer | Beckman Coulter Life Sciences | cell counting system |