一種人工皮膚及製備方法

2023-06-02 02:43:56

專利名稱：一種人工皮膚及製備方法
技術領域：
本發明屬於生物活性材料領域，尤其是指一種具備壓電傳導性能的人工皮膚及其製備方法。
背景技術：
生物電是生物體內的一種普遍現象，生物體內的各種生命活動都伴隨著電現象， 並與機體的新陳代謝密切相關。生物體內電現象的產生是由於跨細胞的離子流動能夠產生跨細胞電勢，當細胞層出現缺損，或細胞間緊密連接阻力降低時，細胞電勢便驅動電流從這些區域流出，形成電場，這是細胞生命活動的基本特徵。目前研究表明多種細胞能夠對內源或外加的電場產生反應，研究表明在組織損傷區附近存在內源性電場，且細胞可在電場作用下發生移行等生物學變化。生物體內的電場在細胞增殖、分化和遷移，尤其是促進組織的再生修復過程中起著重要的作用。隨著研究的逐步深入，人們在骨、血管、肌肉等組織中都發現了壓電效應， Peterlin等在1967年研究發現聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜具有壓電性能強、柔性好、精確度高、頻響寬、反應速度快、彈性能量密度高、不易疲勞而性能穩定，易加工製備等良好的綜合性能。特別是其聲阻抗與空氣、水和生物組織很接近。因此PVDF及其共聚物PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)在許多技術領域都有廣泛的應用。重要的是該類材料有很好的耐水性能，吸水率低，無毒，植入動物體中未發現有任何不良反應，與人體內的各種生物壓電效應比較接近。皮膚作為人體器官，具有保持水分、透氣和防止細菌侵襲等功能。當皮膚受到外傷、燒傷、炎症等損害，尤其是當大面積的皮膚受到嚴重損害時，傷口應該立即被保護起來。 如果僅是皮膚的淺層或是小面積受損，新皮膚會自體得以再生。如果深層的大面積皮膚受到創傷，皮膚就不能實現自修復，通常須進行自體皮膚移植，如郵票植皮、網狀植皮、嵌皮等方法。因此，在臨床上如何實現皮膚誘導再生，還存在很大挑戰。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具備壓電傳導性能的雙層人工皮膚，解決現有技術中皮膚的修復效果和皮膚組織的再生等技術問題。本發明採取如下的技術方案一種人工皮膚，包括具有壓電傳導性能的微孔膜狀表皮層複合天然高分子仿生真皮層形成；所述微孔膜狀表皮層主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯組成。所述真皮層為膠原膜。所述微孔膜狀表皮層厚度為50 500 μ m,微孔尺寸範圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發、防止細菌的侵入和感染。所述膠原膜中的膠原是I型膠原蛋白，或I型膠原蛋白中混合有少量的選自III 型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中一種或多種組分混合形成的膠原複合物。本發明人工皮膚的製備方法包括以下步驟步驟1，製備微孔膜狀表皮層； 步驟2，進行表皮層的極化處理；
步驟3，複合形成雙層人工皮膚將步驟2製備的表皮層放入模具中，在膜表面上塗覆一層預先準備的天然高分子溶液，然後冷凍乾燥、交聯，清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成作為真皮支架作用的天然高分子仿生真皮層，從而複合形成雙層人工皮膚。所述第1步驟中，使用一定的有機溶劑溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，密閉在充滿保護性氣體的容器內，置於一定溫度的烘箱內充分溶解、然後將高溫溶液倒出，置於薄板上、自然降溫或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE能與溶劑發生相分離、結晶、成膜；然後對膜進行反覆清洗除去有機溶劑，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。所用有機溶劑選自二苯甲酮與鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸中的一種或多種構成的複合溶劑；PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解後的質量體積比濃度為5 40%;惰性氣體可選自氮氣、氬氣和氦氣中一種；烘箱溫度可為 18(T250°C。所述步驟2中，是將步驟1製備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的矽油中， 表皮層的上下兩面覆上電極，進行極化處理，極化處理後清洗除去矽油，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層；矽油溫度在10(T13(TC的範圍內，極化電壓為5 20 MV/m。表皮層的上下兩面所覆電極為銀電極，極化處理完後再保持電壓直到室溫。所述步驟3中預先製備的天然高分子溶液為膠原溶液，是由膠原溶質溶解於稀醋酸或溶解於水中形成的，膠原溶質的質量體積比濃度為0. Γ2% ；所述膠原溶質是指I型膠原蛋白，或者是I型膠原蛋白與少量(佔溶質總質量比含量為0飛％)的選自III型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成的膠原溶質；所述冷凍乾燥的溫度範圍為-6(r-40°C ；交聯方法為化學交聯，交聯劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種或多種，交聯劑在交聯體系中的質量體積比濃度為0.廣1%。交聯時間12 24h。所用模具為不鏽鋼板加工而成，板中央為凹槽、凹槽的長寬分別在l(T50cm的範圍內。本發明的有益效果是本發明是基於生物電促進組織的再生修復過程中起著重要作用、以及PVDF和PVDF-TrFE壓電效應基礎上開發的一種具備壓電傳導效應的雙層人工皮膚。經實踐證明，人工皮膚在使用的過程中，受到的包紮擠壓、可產生類似生物電強度的電刺激，從而促進皮膚傷口的癒合。同時，該人工皮膚的表皮層呈微孔結構，孔結構的尺寸小於病菌的尺寸、能有效隔離病菌、防止感染；而且能有效控制傷口水分的蒸發，具備良好的透氣性和柔順性。
具體實施例方式本發明的雙層人工皮膚，包括由聚偏氟乙烯(PVDF)或其共聚物PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)製備的表皮層，以及由天然高分子製成的仿生真皮層。是一種具備壓電傳導性能的雙層人工皮膚，能有效地改善和提高皮膚的修復效果，尤其是誘導皮膚組織的再生。該微孔膜狀表皮層厚度為5(Γ500 μ m,微孔尺寸範圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發、防止細菌的侵入和感染。該天然高分子的仿生真皮層是膠原膜。所述膠原是指I型膠原蛋白，或I型膠原蛋白與少量(如，在膠原總質量中含量低於5%)的III 型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中的一種或多種混合形成的膠原複合物。本發明具備壓電傳導性能的雙層人工皮膚的製備方法，主要包括以下步驟 步驟1，製備微孔膜狀表皮層使用一定的有機溶劑溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，
密閉在充滿保護性氣體的容器內，置於一定溫度的烘箱內充分溶解、然後將高溫溶液倒出， 置於同樣高溫的不鏽鋼金屬薄板或玻璃薄板上、自然降溫或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE能與溶劑發生相分離、結晶、成膜；然後對膜進行反覆清洗除去有機溶劑，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。步驟2，進行表皮層的極化處理將步驟1製備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的矽油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進行極化處理，再保持電壓直到室溫。然後用矽油清洗劑和乙醇對膜進行反覆清洗除去矽油，經乾燥製備得到具備壓電傳導性能的微孔膜狀表皮層。步驟3 在表皮層上複合一層天然高分子製成的仿生真皮層，製備雙層人工皮膚 將步驟2製備的表皮層放入專用或非專用模具中，在膜表面上塗覆一層預先準備的天然高分子溶液，然後冷凍乾燥、交聯，清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架(亦為天然高分子製成的仿生真皮層)，從而製備得到雙層人工皮膚。該第1步驟中，有機溶劑選自二苯甲酮與鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、 N, N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸中的一種或兩種構成的複合溶劑，且按溶劑與溶質體積比例為(8 10) 1進行溶解。PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解後的質量體積比濃度為5 40%。惰性氣體選自氮氣、氬氣和氦氣中一種；烘箱溫度為18(T250°C，清洗時先用乙醚清洗、然後再用乙醇清洗；製備得到微孔膜狀表皮層厚度為 5(Γ500 μ m,微孔尺寸範圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發、防止細菌的侵入和感染。所述步驟2中，矽油溫度在10(Tl30°C的範圍內，極化電壓為5 20 MV/m。所述步驟3中，專用模具為5mm厚的醫用級不鏽鋼板加工而成，板中央為凹槽、且凹槽的深度為3mm，凹槽的長寬分別在l(T50cm的範圍內；天然高分子溶液為膠原溶液，溶質為膠原，溶劑為稀醋酸或水。所述膠原溶質為I型膠原蛋白，或I型膠原蛋白與少量的 (如，膠原中所佔質量百分含量少於5%)III型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成膠原複合物。膠原溶液中，膠原溶質的質量體積比濃度為0.廣2%。冷凍乾燥的溫度範圍為-6(T-40°C ；交聯方法為化學交聯，交聯劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種。在交聯劑與雙層膜構成的交聯體系中，交聯劑的質量體積比濃度為0. Γ %,交聯時間12 24h。可以理解，步驟3中所指專用模具，也可根據具體需要進行結構設計或調整， 也可選擇使用現有技術的其它模具。下面結合實例進一步說明本發明的雙層人工皮膚，但不作為本發明的限制。實例1
所述的具備壓電傳導性能的雙層人工皮膚，具體包括以下步驟 (1) 使用二苯甲酮與鄰苯二甲酸二甲酯複合溶劑(體積比8 1)溶解PVDF，溶解後的質量體積比濃度為40%，密閉在充滿氦氣的容器內，置於200°C烘箱內充分溶解，、然後將高溫溶液倒出，置於同樣高溫的不鏽鋼金屬薄板、淬冷、PVDF與溶劑發生相分離、結晶、成膜；然後對膜進行反覆清洗除去有機溶劑，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。然後先用乙醚清洗、再用乙醇清洗進行反覆清洗除去有機溶劑，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。(2) 進行表皮層的極化處理，即將步驟(1)製備得到的微孔膜狀表皮層放入在 120°C的矽油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進行極化處理，極化電壓為5 20 MV/m，保持電壓直到室溫。然後用矽油清洗劑和乙醇對膜進行反覆清洗除去矽油，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。(3) 然後將步驟(2)製備的表皮層放入專用模具中，在膜表面上塗覆一層預先準備的質量體積比濃度為1%膠原溶液，然後在-40°C條件下冷凍乾燥、加入質量體積比濃度為0. 1%京尼平進行交聯Mh，然後去離子水反覆清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架，製備得到雙層人工皮膚。實例2
所述的具備壓電傳導性能的雙層人工皮膚，具體包括以下步驟 (1) 使用二苯甲酮與鄰苯二甲酸二甲酯複合溶劑(9:1)溶解PVDF和PVDF-TrFE (質量比4:1)，溶解後溶質的質量體積比濃度為30%，密閉在充滿氦氣的容器內，置於烘箱內充分溶解，、然後將高溫溶液倒出，置於同樣高溫的不鏽鋼金屬薄板、淬冷、溶質PVDF 和PVDF-TrFE與溶劑發生相分離、結晶、成膜；然後對膜進行反覆清洗除去有機溶劑，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。然後先用乙醚清洗、再用乙醇清洗進行反覆清洗除去有機溶齊IJ，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。(2) 然後進行表皮層的極化處理，即將步驟(1)製備得到的微孔膜狀表皮層放入在130°C的矽油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進行極化處理，極化電壓為5 20 MV/ m，保持電壓直到室溫。然後用矽油清洗劑和乙醇對膜進行反覆清洗除去矽油，經乾燥製備得到微孔膜狀表皮層。(3) 將步驟(2)製備的表皮層放入專用模具中，在膜表面上塗覆一層預先準備的質量體積比濃度為1%膠原溶液，然後在-40°C條件下冷凍乾燥、加入質量體積比濃度為 1%戊二醛進行交聯12h，再以去離子水反覆清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架，製備得到雙層人工皮膚。本發明的專利是基於生物電促進組織的再生修復過程中起著重要的作用、以及 PVDF和PVDF-TrFE壓電效應基礎上開發的一種具備壓電傳導效應的雙層人工皮膚。經實踐證明，人工皮膚在使用的過程中，受到包紮擠壓可產生類似生物電強度的電刺激，從而促進皮膚傷口的癒合。同時，該人工皮膚的表皮層呈微孔結構，孔結構的尺寸小於病菌的尺寸、 能有效隔離病菌、防止感染；同時，能有效控制傷口水分的蒸發，具備良好的透氣性和柔順性。
權利要求
1.一種人工皮膚，包括具有壓電傳導性能的微孔膜狀表皮層以及一層天然高分子仿生真皮層；所述微孔膜狀表皮層主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯組成，所述天然高分子仿生真皮層是膠原膜層。
2.如權利要求1所述的人工皮膚，其特徵在於所述微孔膜狀表皮層厚度為 5(Γ500 μ m,微孔尺寸範圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發、防止細菌的侵入和感染。
3.如權利要求1所述的人工皮膚，其特徵在於所述膠原膜中的膠原是I型膠原蛋白， 或I型膠原蛋白中混合有少量的選自III型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中一種或多種組分混合形成的膠原複合物。
4.如權利要求1一 3中任一項所述的人工皮膚，其製備方法包括以下步驟步驟1，製備微孔膜狀表皮層；步驟2，進行表皮層的極化處理；步驟3，複合形成雙層人工皮膚將步驟2製備的表皮層放入模具中，在膜表面上塗覆一層預先準備的天然高分子溶液，然後冷凍乾燥、交聯，清洗，從而在微孔膜狀表皮層上形成作為真皮支架功能的天然高分子仿生真皮層。
5.如權利要求4所述的人工皮膚的製備方法，其特徵在於所述第1步驟中，用有機溶劑溶解PVDF和/或PVDF-TrFE，密閉在充滿保護性氣體的容器內，置於一定溫度的烘箱內充分溶解、然後將高溫溶液倒出，置於薄板上、自然降溫或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE與溶劑發生相分離、結晶、成膜；然後對膜進行清洗除去有機溶劑，經乾燥製得到微孔膜狀表皮層。
6.如權利要求5所述的人工皮膚的製備方法，其特徵在於所述第1步驟中，有機溶劑選自二苯甲酮與鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸中的一種或多種組成的複合溶劑；PVDF和/或PVDF-TrFE溶解後的質量體積比濃度為5 40%。
7.如權利要求4所述的人工皮膚的製備方法，其特徵在於所述步驟2中，是將步驟 1製備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的矽油中，表皮層的上下兩面覆上電極，進行極化處理，極化處理後清洗除去矽油，經乾燥製備得到具有壓電傳導性能的微孔膜狀表皮層。
8.如權利要求7所述的人工皮膚的製備方法，其特徵在於所述步驟2中，矽油溫度在 10(T13(TC的範圍內，極化電壓為5 20 MV/m ；表皮層的上下兩面所覆電極為銀電極，極化處理完後再保持電壓直到室溫。
9.如權利要求4所述的人工皮膚的製備方法，其特徵在於所述步驟3中預先製備的天然高分子溶液為膠原溶液，是由膠原溶質溶解於稀醋酸或溶解於水中形成的，膠原溶質的質量體積比濃度為0. Γ2% ；所述膠原溶質是指I型膠原蛋白，或者是I型膠原蛋白與佔膠原溶質質量比含量為(Γ5%的選自III型膠原、硫酸軟骨素、透明質酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成的膠原溶質；所述冷凍乾燥的溫度範圍為-6(T-4(TC ；交聯方法為化學交聯， 交聯劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種或多種，交聯劑在交聯體系中的質量體積比濃度為0.廣1%。
10.如權利要求4一 9中任一項所述的人工皮膚的製備方法，所用模具是由不鏽鋼板加工而成，板中央為凹槽、凹槽的長寬分別在l(T50cm的範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種人工皮膚，包括具有壓電傳導性能的微孔膜狀表皮層和一層天然高分子仿生真皮層複合形成。該微孔膜狀表皮層主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯組成，該真皮層是膠原膜。其製備方法主要包括製備微孔膜狀表皮層；進行表皮層的極化處理；複合真皮支架，製備雙層人工皮膚。本發明人工皮膚在使用過程中，受到包紮擠壓後可產生類似生物電強度的電刺激，從而促進皮膚傷口的癒合。同時，該人工皮膚的表皮層呈微孔結構，孔結構的尺寸小於病菌的尺寸、能有效隔離病菌、防止感染；同時，能有效控制傷口水分的蒸發，具備良好的透氣性和柔順性。
文檔編號A61L27/60GK102526808SQ20111045881
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者佘振定, 劉偉強, 張文強, 李麗花, 王明波, 譚榮偉 申請人:深圳清華大學研究院