一種結構仿生皮膚細胞外基質的複合納米纖維膜及其製備方法與應用與流程
2023-09-21 13:12:25 1
本發明屬於生物醫用複合材料領域，具體涉及一種結構仿生皮膚細胞外基質的複合納米纖維膜及其製備方法與應用。
背景技術：
人類的皮膚組織位於體表，暴露在外極易受到損傷，如燒傷、機械力或化學損傷、皮膚潰瘍等，導致皮膚功能的部分或全部喪失；同時，隨著社會年齡結構趨向老齡化，各種慢性基礎疾病以及手術數量增多，慢性難癒合創面作為糖尿病重要併發症以及與人口老齡化高度相關的伴隨性疾病，正成為影響國民生命健康的主要威脅，並帶來沉重的社會醫療負擔。因此，開發一種具有良好皮膚組織修復能力的創面敷料具有十分重要的意義。
作為創面修復材料，不僅要實現對皮膚細胞外基質的成分仿生，更要實現其結構仿生。天然皮膚細胞外基質的膠原纖維在一定程度上是有序排列成「編籃」狀的，纖維之間近乎垂直交叉。而目前常規的納米纖維基皮膚支架的納米纖維則為無規則取向，與疤痕形成部位的膠原纖維的無序排列近似，因而可能導致創面處疤痕的形成。已有大量研究證實納米纖維的不同取向可通過「out-side-in」信號通路對細胞進行不同的調控，具有相同取向的納米纖維能促進成纖維細胞的遷移及分化。因此，結構仿生天然的皮膚細胞外基質是組織修復材料的一個重要研究方向。
技術實現要素：
本發明的首要目的是提供一種結構仿生皮膚細胞外基質的複合納米纖維膜及其製備方法，該複合納米纖維膜能夠很好的模擬皮膚細胞外基質的成分和結構，特別是其有序「編籃」狀的結構，為細胞生長和組織再生提供最佳的仿生生理環境，是一種理想的創面修復材料。
本發明的另一目的在於提供複合納米纖維膜的應用，其有作為敷料用於皮膚創面修復的前景。
本發明的目的通過下述技術方案實現。
一種結構仿生皮膚細胞外基質的複合納米纖維膜的製備方法，包括以下步驟：
（1）製備共混靜電紡絲溶液：將有機物溶於合適的有機溶劑中，常溫下攪拌至完全溶解，得到共混靜電紡絲溶液；
（2）靜電紡絲：將步驟（1）中得到的共混靜電紡絲溶液進行靜電紡絲，調整靜電紡絲工藝參數，採用合適的接收裝置接收，得到結構有序的複合納米纖維膜。
進一步地，步驟（1）所述有機物為皮膚細胞外基質中的主要成分及生物相容性好的有機物。
進一步地，所述有機物為I型膠原、粘連蛋白（FN）、彈性蛋白、殼聚糖、聚乙交酯（PGA）、聚丙交酯（PLA）、左旋聚乳酸（PLLA）、共聚物乙交酯-丙交酯（PLGA）、聚己內酯（PCL）和明膠等中的一種或幾種。
進一步地，步驟（1）所述有機溶劑為六氟異丙醇（HFIP）、二氯甲烷（DCM）、N,N-二甲基甲醯胺（DMF）、三氯甲烷、四氫呋喃（THF）、四氟乙烯（TFE）等中的一種或幾種。
進一步地，步驟（2）所述靜電紡絲工藝參數為：靜電電壓10-25kV，接收距離5-25cm，紡絲速率0.5-5ml/h，相對溼度20-80%；紡絲速率優選為0.5-3ml/h。
進一步地，步驟（2）所述合適的接收裝置為高速旋轉的滾筒、兩塊水平放置的平行板電極或近場靜電紡絲機；所述滾筒的轉速500-3000rpm。
進一步地，步驟（2）所述結構有序指各纖維之間成一定角度交叉。
進一步地，所述結構有序指纖維之間垂直交叉、各纖維相互平行或纖維間成60度夾角等。
由以上所述的製備方法製得的複合納米纖維膜。
以上所述的複合納米纖維膜作為仿生皮膚細胞外基質的應用。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：
（1）採用天然皮膚細胞外基質的主要成分作為原材料，本發明所述的複合納米纖維膜具有良好生物相容性和生物力學強度；
（2）本發明所述的複合納米纖維膜可根據接收裝置及參數設置製備不同取向的納米纖維；
（3）本發明所述的複合納米纖維膜能夠很好的模擬人體皮膚細胞外基質的結構，為細胞生長和組織再生提供最佳的仿生生理環境，是理想的創面修復材料：
（4）該製備方法簡單易行，原材料資源豐富，易實現工業化生產。
附圖說明
圖1是本發明實施例1得到的取向一致的複合納米纖維膜的掃描電鏡圖；
圖2是本發明實施例2得到的取向一致的複合納米纖維膜的掃描電鏡圖；
圖3是本發明實施例3得到的「編籃狀」複合納米纖維膜的掃描電鏡圖；
圖4是本發明實施例4得到的「編籃狀」複合納米纖維膜的掃描電鏡圖；
圖5是本發明實施例1、3中得到的複合納米纖維膜與人皮膚的抗拉強度對比圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，對本發明作進一步的解釋說明，但具體實施例並不對本發明作任何限定，本發明的實施方式不限於此。
實施例1
用電子天平稱取0.35gPLA和0.35gI型膠原（PLA和膠原質量比為1:1），溶於5ml六氟異丙醇中，得到質量體積比濃度為14%(m/v)的溶液，將溶液在常溫下磁力攪拌12h溶解完全，靜置5min後開始靜電紡絲；靜電紡絲的參數為：靜電電壓24kV，接收距離15cm，紡絲速率1.5ml/h，相對溼度50%。用高速旋轉（轉速2000rpm）的滾筒作為接收器，得到複合納米纖維膜。由圖1的掃描電鏡圖可知，本實施例製得的複合納米纖維膜的纖維取向一致。
實施例2
用電子天平稱取0.75gPLGA，溶於5ml二氯甲烷中，得到質量體積比濃度為15%(m/v)的溶液，將溶液在常溫下磁力攪拌8h溶解完全，靜置5min後開始靜電紡絲；靜電紡絲的參數為：靜電電壓14kV，接收距離6cm，紡絲速率3ml/h，相對溼度80%。用夾在兩平行銅條間的載玻片作為接收器，通過附加電場的作用，使纖維平行取向地落在載玻片上，得到複合納米纖維膜。由圖2的掃描電鏡圖可知，本實施例製得的複合納米纖維膜的纖維取向相互平行。
實施例3
用電子天平稱取0.525gPCL和0.175gI型膠原（PCL和膠原質量比為1:3），溶於5ml六氟異丙醇中，得到質量體積比濃度為8% (m/v)的溶液，將溶液在常溫下磁力攪拌12h溶解完全，靜置5min後開始靜電紡絲；靜電紡絲的參數為：靜電電壓18kV，接收距離25cm，紡絲速率0.5ml/h，相對溼度20%。用夾在兩平行銅條間的載玻片作為接收器，通過附加電場的作用，使纖維平行取向地落在載玻片上，定時將載玻片旋轉90度，最終得到複合納米纖維膜。由圖3的掃描電鏡圖可知，本實施例製得的複合納米纖維膜的纖維取向相互垂直，呈「編籃狀」。
實施例4
用電子天平稱取0.8gPLLA，溶於5ml二氯甲烷中，得到質量體積比濃度為16% (m/v)的溶液，將溶液在常溫下磁力攪拌12h溶解完全，靜置5min後開始靜電紡絲；靜電紡絲的參數為：靜電電壓10kV，接收距離12cm，紡絲速率1.0ml/h，相對溼度60%。用夾在兩平行銅條間的載玻片作為接收器，通過附加電場的作用，使纖維平行取向地落在載玻片上，定時將載玻片旋轉90度，最
終得到複合納米纖維膜。由圖4的掃描電鏡圖可知，本實施例製得的複合納米纖維膜的纖維呈「編籃狀」。
圖5是本發明實施例1、3中得到的複合納米纖維膜與人皮膚的抗拉強度對比圖，由圖可知，本發明的複合納米纖維膜具有良好的生物力學強度，尤其是「編籃」狀的結構複合納米纖維膜。