理想的全层型KPro需要在化工角度的原料制备工艺、材料学角度的多尺度结构调控、眼科学角度的细胞生物学以及临床评价等多个方面协同发展（图1）。

图1. 全层角膜移植及其性质需求。

  首先，KPro需要能与周边组织完全机化来避免眼内炎，同时上皮需要一个湿环境避免眼干症，还需要避免血管新生。其次，KPro还需要具备透光性来恢复视力，良好渗透性来确保氧气及其他营养物质输送、力学以及环境稳定性，，并不溶解。再次，KPro需要具备可加工性对于满足个性化以及美学需求也非常重要。同时，如同其他生物材料一样，废弃的角膜假体将对人类健康和生态系统构成不可预见的风险注，因此下一代人工角膜需具备可回收性，满足资源再利用的可持续发展观念。最后，人工角膜假体的材料制备工艺需要兼具可规模化以及批次稳定性，批次间的高变异性，无法获得可靠、可复现的结果。如何系统性地实现KPro的高效组织机化能力，动态且强韧的结构性能，优异的环境耐受性、友好性以及极高的批次稳定性，需要眼科学以及高分子化工材料等多学科领域的并行协作。

  为此，广东工业大学高粱与中山大学眼科学国家重点实验室欧阳宏近期合作开发了一类基于短烷烃链接枝聚乙烯醇原料的疏水缔合水凝胶（Hydrophobic association hydrogel, HAH）-作为KPro光学材料。该体系兼具了理想角膜的多种结构性要求（图2）。体内植入实验证实了较好的角膜修复效果。该工作以Arrested Phase Separation Enables High‐Performance Keratoprosthesis 为题最近发表在 Advanced Materials 上。

  本论文提出了一种结构调控的简单方法：将一类经过非溶剂诱导相分离过程制备的紧致透明凝胶浸泡在热水中，诱发非平衡态结构的动力学束缚相分离。 通过简单的控制浸泡时间就可以有效地调控~1 μm以下的孔微结构，所得的KPro材料兼具了高性能角膜假体所需的多种性能。该体系具备如下特点：（1）从非平衡态开始；（2）动力学束缚相分离程度；（3）相分离过程不涉及到化学组分变化。核心创新点在于：基于非平衡态结构相分离的动力学束缚原理，对疏水缔合凝胶实现了亚微米尺度相分离结构调控，从而规避了以往疏水缔合凝胶的透光性以及渗透性难以兼得的缺点，同时又保留了该凝胶在加工性、可回收性以及强韧性方面的优势。从而，奠定了该类材料作为人工角膜中心光学材料的基础。

  作者探讨了非平衡态到平衡态相分离结构的演化机制，为该机制的进一步推广奠定了理论基础。多尺度结构研究表面，该材料的相结构进化从分子尺度开始，然后相分离结构域的特征尺寸随着时间的推移增长到宏观尺度。加热时疏水相互作用在分子水平上增强，随后在纳米尺度上聚集聚合物链，在微米尺度上发生富相（液滴）聚集。相对于更短的烷烃链结构，该相分离过程赋予了时间依赖性的不可逆孔隙生长，这是由于辛基侧链相对强的相互作用导致类玻璃聚合物相的缓慢动态。从而，我们可以通过简单地控制老化持续时间来控制在小组成间隔内停止相分离的程度，从而平衡其渗透性和透明度。该方法可以推广到其他凝胶体系，只要该体系具备如下两个关键特征（i）处于不平衡状态;（ii）相分离结构域的粗化速率在实验相关时间尺度上应较慢 （比如，相分离温度高于Berghmann点）。

  该工作第一作者为广东工业大学硕士研究生潘佳耿以及中山大学眼科国家重点实验室张旺博士。通讯作者为高粱副教授以及欧阳宏教授。高粱感谢华南理工大学孙尉翔博士在相分离方面的有益讨论以及建议。

  原文链接：

  Arrested Phase Separation Enables High‐Performance Keratoprosthesis - Pan - Advanced Materials - Wiley Online Library

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202207750

  图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/