【创新故事】

    ◎本报记者 代小佩

    随着最后一层纱布掀开，阳光映入张顺（化名）的眼帘。

    在经历失明的焦灼和痛苦后，这位20岁的小伙子终于重见光明。令人惊喜的变化，源于不久前他的左眼植入了一枚领扣型人工角膜。

    为张顺做手术的是中华医学会眼科学分会角膜病学组组长、山东省眼科医院院长史伟云。他告诉科技日报记者：“我国约有400万名角膜盲患者，其中约20%是像张顺这样的终末期角膜盲患者。他们复明的唯一手段是移植人工角膜。”

    实现人工角膜国产化，是广大眼科医务工作者的共同愿望。因为长期以来，全球仅美国和俄罗斯有人工角膜上市。在2015年的一次学术会议上，史伟云与中山大学博士翟嘉洁深入交流后下定决心：研制人工角膜，让我国终末期角膜盲患者重见光明！

    “笨”办法造出理想材料

    “当时，美国波士顿Ⅰ型人工角膜（以下简称‘波士顿Ⅰ型’）已广泛使用，但出国治疗费用高达10万美元，让普通家庭望而却步。”史伟云对记者说，“人工角膜国产化迫在眉睫。”

    2016年，翟嘉洁牵头成立广东佳悦美视生物科技有限公司，史伟云担任首席科学家，参照波士顿Ⅰ型开始国产化攻关。该角膜包括镜柱、后板、卡圈三部分，组装后像一枚“领扣”，因此又称领扣型人工角膜。

    其中，镜柱是核心部件，它状如透明小蘑菇，“蘑菇盖”和“蘑菇柄”直径只有几毫米。制造镜柱的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料须满足多个条件：高折射率、可过滤紫外线、符合ISO 10933-1生物相容性标准。“硬度还要适宜。太硬，切削时易碎；太软，又容易出现划痕。”史伟云介绍。

    在国内寻找这种材料如大海捞针。

    研发团队机械加工师翟舒平带领大家四处寻找PMMA材料做试验。“找到的材料虽满足加工条件，但不符合医用标准，有很多肉眼看不见的杂质，且棒材密度低。”

    他们又尝试通过各种途径采购美国生产的PMMA材料，但都因技术封锁吃了闭门羹。

    翟嘉洁决定，自主生产PMMA材料。但很快就犯了难：用什么设备生产？

    没有经验可循，只能用“笨办法”——对多台PMMA材料生产设备一一进行评估。经过无数次测试，终于筛选出注塑成型设备。

    “其实，注塑原理并不复杂。先把粒状原料加入注射机，加热熔化。接着，螺杆推动液态原料进入模具型腔，最后硬化塑形。但注塑过程要求很高——不能析出过多单体杂质，不能带入重金属。”设备负责人梁成新说，“要生产出合格产品，关键是设备各项参数的设定。”

    “那会儿是最冷的时节，我们在郊区空旷的厂房内冻得瑟瑟发抖，一边做试验一边调参数，经常忙到凌晨两三点，熬通宵是常事。”翟嘉洁回忆道。

    试验、失败，再试验、再失败……研发团队花了大半年才摸索出合适参数，最终用了两年时间生产出理想的PMMA材料。

    他山之石助力技术攻关

    镜柱的“蘑菇盖”类似光学镜头，光透过镜柱精准聚焦在黄斑区，患者的眼睛才能看清物体。

    切削、翻面、抛光，是加工“蘑菇盖”的常规流程。但这种方式会带来较大偏心误差，导致光难以精准聚焦，影响患者术后视力。

    “解决这个问题没有思路，我们就去找行业内专家咨询。结合专家建议和生产中遇到的情况，不断修改图纸，前后70多次。”翟舒平告诉记者。

    反复推敲打磨后，研发团队摸索出六轴数控车床整体切削工艺，通过20多把刀同时作业，实现一次切削成型，省去了翻面和抛光两道工序。

    最终，镜柱光学偏心值被控制在0.01毫米以内，远优于波士顿Ⅰ型0.03毫米的平均值。

    控制“蘑菇盖”边缘厚度是另一个难题。

    “边缘太厚，植入眼睛会导致眼睑上下滑动不顺畅，不利于角膜上皮细胞爬升，移植后可能出现前房漏水甚至造成异物聚集。”史伟云介绍，“波士顿Ⅰ型镜柱边缘最薄处为0.04毫米，我们决定把这个数字控制在0.03毫米内。这对减少术后眼内炎发生率至关重要。”

    把边缘做薄面临两大问题：一是加工材料材质较硬易破碎，二是加工温度过高时易发生熔融。

    研发团队再次陷入茫然，他们四处寻找方案。在苏州一家人工晶体生产企业考察时，翟舒平看到车床上安装的冷却系统，顿觉眼前一亮：办法有了！

    受此启发，研发团队给数控车床加装了在线实时冷却系统。该系统在切削PMMA材料的关键时间点，可通过智能控制实时对特定位置进行瞬间冷却。“这样一来，在加快车床进刀与切削速度时，不用再担心切割过程中产生高温导致材料熔融。”翟舒平说。

    与此同时，技术人员将车床车刀进给量调整为纳米级别，并换上了更精细、更锋利的钻石车刀。

    改进设备和工艺后，研发团队一举攻克难关——镜柱边缘最薄达到0.02毫米！

    另辟蹊径破除工艺瓶颈

    后板像一枚纽扣，直径约为8.5毫米，上有16个直径为1.17毫米的小孔。

    “后板主要用来固定载体角膜，需要具备一定曲率才能与载体角膜贴合。”史伟云介绍。

    制造后板的材料是金属钛。传统加工方式是先在车床上加工出一块平面的钛圆片，再通过冲床加工把钛圆片冲压成有一定曲率的曲面。

    但冲压会产生金属内应力。“好比你一拳打在沙袋上，撞出了一个坑，手拿开后，它会弹回去。内应力类似于这种回弹效应。”史伟云说，“后板的内应力会对载体角膜造成压迫，导致载体角膜溶解坏死，还会增大房水渗漏及眼内感染风险。”

    如何有效解决内应力难题？经过反复测试、分析，研发团队摸索出走心加工一体成曲率的方式。“我们通过精密设备直接加工出呈曲面的后板，而不是靠冲压，这就使后板不再产生内应力，能与载体角膜完美贴合。”翟舒平解释。

    对研发团队而言，创新永远在路上。更多关键技术不断被“解锁”：后板颜色采用与中国人虹膜相近的棕色，卡圈经喷砂及氧化处理消除了反光……

    “最初只是想赶上美国，让患者用得上、用得起中国人自己的人工角膜。”翟嘉洁感慨道，“没想到翻过一座座技术大山后，多项技术指标实现了反超！”

    经过5年多努力，材料、厚度、内应力等难题相继被攻克。2021年，国产领扣型人工角膜终于研制成功。几年来，这款产品已进入20多家医院，帮助近百位患者重见光明。

    回首研发历程，翟嘉洁表示：“核心技术是定海神针、不二法器。只要坚定创新自信，把核心技术掌握在自己手中，我们也可以从跟跑者变成并行者、领跑者，在新起点上实现更大跨越！”