專利名稱：一種人工皮膚及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物活性材料領(lǐng)域，尤其是指一種具備壓電傳導(dǎo)性能的人工皮膚及其制備方法。
背景技術(shù)：
生物電是生物體內(nèi)的一種普遍現(xiàn)象，生物體內(nèi)的各種生命活動(dòng)都伴隨著電現(xiàn)象， 并與機(jī)體的新陳代謝密切相關(guān)。生物體內(nèi)電現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于跨細(xì)胞的離子流動(dòng)能夠產(chǎn)生跨細(xì)胞電勢(shì)，當(dāng)細(xì)胞層出現(xiàn)缺損，或細(xì)胞間緊密連接阻力降低時(shí)，細(xì)胞電勢(shì)便驅(qū)動(dòng)電流從這些區(qū)域流出，形成電場(chǎng)，這是細(xì)胞生命活動(dòng)的基本特征。目前研究表明多種細(xì)胞能夠?qū)?nèi)源或外加的電場(chǎng)產(chǎn)生反應(yīng)，研究表明在組織損傷區(qū)附近存在內(nèi)源性電場(chǎng)，且細(xì)胞可在電場(chǎng)作用下發(fā)生移行等生物學(xué)變化。生物體內(nèi)的電場(chǎng)在細(xì)胞增殖、分化和遷移，尤其是促進(jìn)組織的再生修復(fù)過(guò)程中起著重要的作用。隨著研究的逐步深入，人們?cè)诠?、血管、肌肉等組織中都發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)， Peterlin等在1967年研究發(fā)現(xiàn)聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜具有壓電性能強(qiáng)、柔性好、精確度高、頻響寬、反應(yīng)速度快、彈性能量密度高、不易疲勞而性能穩(wěn)定，易加工制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(shù)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。重要的是該類材料有很好的耐水性能，吸水率低，無(wú)毒，植入動(dòng)物體中未發(fā)現(xiàn)有任何不良反應(yīng)，與人體內(nèi)的各種生物壓電效應(yīng)比較接近。皮膚作為人體器官，具有保持水分、透氣和防止細(xì)菌侵襲等功能。當(dāng)皮膚受到外傷、燒傷、炎癥等損害，尤其是當(dāng)大面積的皮膚受到嚴(yán)重?fù)p害時(shí)，傷口應(yīng)該立即被保護(hù)起來(lái)。 如果僅是皮膚的淺層或是小面積受損，新皮膚會(huì)自體得以再生。如果深層的大面積皮膚受到創(chuàng)傷，皮膚就不能實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，通常須進(jìn)行自體皮膚移植，如郵票植皮、網(wǎng)狀植皮、嵌皮等方法。因此，在臨床上如何實(shí)現(xiàn)皮膚誘導(dǎo)再生，還存在很大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具備壓電傳導(dǎo)性能的雙層人工皮膚，解決現(xiàn)有技術(shù)中皮膚的修復(fù)效果和皮膚組織的再生等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案一種人工皮膚，包括具有壓電傳導(dǎo)性能的微孔膜狀表皮層復(fù)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,微孔尺寸范圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發(fā)、防止細(xì)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(zhì)酸、糖胺聚糖中一種或多種組分混合形成的膠原復(fù)合物。本發(fā)明人工皮膚的制備方法包括以下步驟步驟1，制備微孔膜狀表皮層； 步驟2，進(jìn)行表皮層的極化處理；
步驟3，復(fù)合形成雙層人工皮膚將步驟2制備的表皮層放入模具中，在膜表面上涂覆一層預(yù)先準(zhǔn)備的天然高分子溶液，然后冷凍干燥、交聯(lián)，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，從而復(fù)合形成雙層人工皮膚。所述第1步驟中，使用一定的有機(jī)溶劑溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，密閉在充滿保護(hù)性氣體的容器內(nèi)，置于一定溫度的烘箱內(nèi)充分溶解、然后將高溫溶液倒出，置于薄板上、自然降溫或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE能與溶劑發(fā)生相分離、結(jié)晶、成膜；然后對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。所用有機(jī)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-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或多種構(gòu)成的復(fù)合溶劑；PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解后的質(zhì)量體積比濃度為5 40%;惰性氣體可選自氮?dú)?、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制備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的硅油中， 表皮層的上下兩面覆上電極，進(jìn)行極化處理，極化處理后清洗除去硅油，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層；硅油溫度在10(T13(TC的范圍內(nèi)，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，極化處理完后再保持電壓直到室溫。所述步驟3中預(yù)先制備的天然高分子溶液為膠原溶液，是由膠原溶質(zhì)溶解于稀醋酸或溶解于水中形成的，膠原溶質(zhì)的質(zhì)量體積比濃度為0. Γ2% ；所述膠原溶質(zhì)是指I型膠原蛋白，或者是I型膠原蛋白與少量(占溶質(zhì)總質(zhì)量比含量為0飛％)的選自III型膠原、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成的膠原溶質(zhì)；所述冷凍干燥的溫度范圍為-6(r-40°C ；交聯(lián)方法為化學(xué)交聯(lián)，交聯(lián)劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種或多種，交聯(lián)劑在交聯(lián)體系中的質(zhì)量體積比濃度為0.廣1%。交聯(lián)時(shí)間12 24h。所用模具為不銹鋼板加工而成，板中央為凹槽、凹槽的長(zhǎng)寬分別在l(T50cm的范圍內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是基于生物電促進(jìn)組織的再生修復(fù)過(guò)程中起著重要作用、以及PVDF和PVDF-TrFE壓電效應(yīng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種具備壓電傳導(dǎo)效應(yīng)的雙層人工皮膚。經(jīng)實(shí)踐證明，人工皮膚在使用的過(guò)程中，受到的包扎擠壓、可產(chǎn)生類似生物電強(qiáng)度的電刺激，從而促進(jìn)皮膚傷口的愈合。同時(shí)，該人工皮膚的表皮層呈微孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)的尺寸小于病菌的尺寸、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(fā)，具備良好的透氣性和柔順性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)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)制備的表皮層，以及由天然高分子制成的仿生真皮層。是一種具備壓電傳導(dǎo)性能的雙層人工皮膚，能有效地改善和提高皮膚的修復(fù)效果，尤其是誘導(dǎo)皮膚組織的再生。該微孔膜狀表皮層厚度為5(Γ500 μ m,微孔尺寸范圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發(fā)、防止細(xì)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(zhì)量中含量低于5%)的III 型膠原、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、糖胺聚糖中的一種或多種混合形成的膠原復(fù)合物。本發(fā)明具備壓電傳導(dǎo)性能的雙層人工皮膚的制備方法，主要包括以下步驟 步驟1，制備微孔膜狀表皮層使用一定的有機(jī)溶劑溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，
密閉在充滿保護(hù)性氣體的容器內(nèi)，置于一定溫度的烘箱內(nèi)充分溶解、然后將高溫溶液倒出， 置于同樣高溫的不銹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(fā)生相分離、結(jié)晶、成膜；然后對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。步驟2，進(jìn)行表皮層的極化處理將步驟1制備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的硅油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進(jìn)行極化處理，再保持電壓直到室溫。然后用硅油清洗劑和乙醇對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去硅油，經(jīng)干燥制備得到具備壓電傳導(dǎo)性能的微孔膜狀表皮層。步驟3 在表皮層上復(fù)合一層天然高分子制成的仿生真皮層，制備雙層人工皮膚 將步驟2制備的表皮層放入專用或非專用模具中，在膜表面上涂覆一層預(yù)先準(zhǔn)備的天然高分子溶液，然后冷凍干燥、交聯(lián)，清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架(亦為天然高分子制成的仿生真皮層)，從而制備得到雙層人工皮膚。該第1步驟中，有機(jī)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-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或兩種構(gòu)成的復(fù)合溶劑，且按溶劑與溶質(zhì)體積比例為(8 10) 1進(jìn)行溶解。PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解后的質(zhì)量體積比濃度為5 40%。惰性氣體選自氮?dú)?、氬氣和氦氣中一種；烘箱溫度為18(T250°C，清洗時(shí)先用乙醚清洗、然后再用乙醇清洗；制備得到微孔膜狀表皮層厚度為 5(Γ500 μ m,微孔尺寸范圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發(fā)、防止細(xì)菌的侵入和感染。所述步驟2中，硅油溫度在10(Tl30°C的范圍內(nèi)，極化電壓為5 20 MV/m。所述步驟3中，專用模具為5mm厚的醫(yī)用級(jí)不銹鋼板加工而成，板中央為凹槽、且凹槽的深度為3mm，凹槽的長(zhǎng)寬分別在l(T50cm的范圍內(nèi)；天然高分子溶液為膠原溶液，溶質(zhì)為膠原，溶劑為稀醋酸或水。所述膠原溶質(zhì)為I型膠原蛋白，或I型膠原蛋白與少量的 (如，膠原中所占質(zhì)量百分含量少于5%)III型膠原、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成膠原復(fù)合物。膠原溶液中，膠原溶質(zhì)的質(zhì)量體積比濃度為0.廣2%。冷凍干燥的溫度范圍為-6(T-40°C ；交聯(lián)方法為化學(xué)交聯(lián)，交聯(lián)劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種。在交聯(lián)劑與雙層膜構(gòu)成的交聯(lián)體系中，交聯(lián)劑的質(zhì)量體積比濃度為0. Γ %,交聯(lián)時(shí)間12 24h?？梢岳斫猓襟E3中所指專用模具，也可根據(jù)具體需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或調(diào)整， 也可選擇使用現(xiàn)有技術(shù)的其它模具。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的雙層人工皮膚，但不作為本發(fā)明的限制。實(shí)例1
所述的具備壓電傳導(dǎo)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復(fù)合溶劑(體積比8 1)溶解PVDF，溶解后的質(zhì)量體積比濃度為40%，密閉在充滿氦氣的容器內(nèi)，置于200°C烘箱內(nèi)充分溶解，、然后將高溫溶液倒出，置于同樣高溫的不銹鋼金屬薄板、淬冷、PVDF與溶劑發(fā)生相分離、結(jié)晶、成膜；然后對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。然后先用乙醚清洗、再用乙醇清洗進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。(2) 進(jìn)行表皮層的極化處理，即將步驟(1)制備得到的微孔膜狀表皮層放入在 120°C的硅油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進(jìn)行極化處理，極化電壓為5 20 MV/m，保持電壓直到室溫。然后用硅油清洗劑和乙醇對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去硅油，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。(3) 然后將步驟(2)制備的表皮層放入專用模具中，在膜表面上涂覆一層預(yù)先準(zhǔn)備的質(zhì)量體積比濃度為1%膠原溶液，然后在-40°C條件下冷凍干燥、加入質(zhì)量體積比濃度為0. 1%京尼平進(jìn)行交聯(lián)Mh，然后去離子水反復(fù)清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架，制備得到雙層人工皮膚。實(shí)例2
所述的具備壓電傳導(dǎo)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復(fù)合溶劑(9:1)溶解PVDF和PVDF-TrFE (質(zhì)量比4:1)，溶解后溶質(zhì)的質(zhì)量體積比濃度為30%，密閉在充滿氦氣的容器內(nèi)，置于烘箱內(nèi)充分溶解，、然后將高溫溶液倒出，置于同樣高溫的不銹鋼金屬薄板、淬冷、溶質(zhì)PVDF 和PVDF-TrFE與溶劑發(fā)生相分離、結(jié)晶、成膜；然后對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。然后先用乙醚清洗、再用乙醇清洗進(jìn)行反復(fù)清洗除去有機(jī)溶齊IJ，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。(2) 然后進(jìn)行表皮層的極化處理，即將步驟(1)制備得到的微孔膜狀表皮層放入在130°C的硅油中，表皮層的上下兩面覆上銀電極，進(jìn)行極化處理，極化電壓為5 20 MV/ m，保持電壓直到室溫。然后用硅油清洗劑和乙醇對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)清洗除去硅油，經(jīng)干燥制備得到微孔膜狀表皮層。(3) 將步驟(2)制備的表皮層放入專用模具中，在膜表面上涂覆一層預(yù)先準(zhǔn)備的質(zhì)量體積比濃度為1%膠原溶液，然后在-40°C條件下冷凍干燥、加入質(zhì)量體積比濃度為 1%戊二醛進(jìn)行交聯(lián)12h，再以去離子水反復(fù)清洗、即在微孔膜狀表皮層上形成真皮支架，制備得到雙層人工皮膚。本發(fā)明的專利是基于生物電促進(jìn)組織的再生修復(fù)過(guò)程中起著重要的作用、以及 PVDF和PVDF-TrFE壓電效應(yīng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種具備壓電傳導(dǎo)效應(yīng)的雙層人工皮膚。經(jīng)實(shí)踐證明，人工皮膚在使用的過(guò)程中，受到包扎擠壓可產(chǎn)生類似生物電強(qiáng)度的電刺激，從而促進(jìn)皮膚傷口的愈合。同時(shí)，該人工皮膚的表皮層呈微孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)的尺寸小于病菌的尺寸、 能有效隔離病菌、防止感染；同時(shí)，能有效控制傷口水分的蒸發(fā)，具備良好的透氣性和柔順性。
權(quán)利要求
1.一種人工皮膚，包括具有壓電傳導(dǎo)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(quán)利要求1所述的人工皮膚，其特征在于所述微孔膜狀表皮層厚度為 5(Γ500 μ m,微孔尺寸范圍為0. 05、. 45 μ m,能夠有效的控制水分的蒸發(fā)、防止細(xì)菌的侵入和感染。
3.如權(quán)利要求1所述的人工皮膚，其特征在于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(zhì)酸、糖胺聚糖中一種或多種組分混合形成的膠原復(fù)合物。
4.如權(quán)利要求1一 3中任一項(xiàng)所述的人工皮膚，其制備方法包括以下步驟步驟1，制備微孔膜狀表皮層；步驟2，進(jìn)行表皮層的極化處理；步驟3，復(fù)合形成雙層人工皮膚將步驟2制備的表皮層放入模具中，在膜表面上涂覆一層預(yù)先準(zhǔn)備的天然高分子溶液，然后冷凍干燥、交聯(lián)，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(quán)利要求4所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于所述第1步驟中，用有機(jī)溶劑溶解PVDF和/或PVDF-TrFE，密閉在充滿保護(hù)性氣體的容器內(nèi)，置于一定溫度的烘箱內(nèi)充分溶解、然后將高溫溶液倒出，置于薄板上、自然降溫或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE與溶劑發(fā)生相分離、結(jié)晶、成膜；然后對(duì)膜進(jìn)行清洗除去有機(jī)溶劑，經(jīng)干燥制得到微孔膜狀表皮層。
6.如權(quán)利要求5所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于所述第1步驟中，有機(jī)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-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或多種組成的復(fù)合溶劑；PVDF和/或PVDF-TrFE溶解后的質(zhì)量體積比濃度為5 40%。
7.如權(quán)利要求4所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于所述步驟2中，是將步驟 1制備得到的微孔膜狀表皮層放入在一定溫度的硅油中，表皮層的上下兩面覆上電極，進(jìn)行極化處理，極化處理后清洗除去硅油，經(jīng)干燥制備得到具有壓電傳導(dǎo)性能的微孔膜狀表皮層。
8.如權(quán)利要求7所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于所述步驟2中，硅油溫度在 10(T13(TC的范圍內(nèi)，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，極化處理完后再保持電壓直到室溫。
9.如權(quán)利要求4所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于所述步驟3中預(yù)先制備的天然高分子溶液為膠原溶液，是由膠原溶質(zhì)溶解于稀醋酸或溶解于水中形成的，膠原溶質(zhì)的質(zhì)量體積比濃度為0. Γ2% ；所述膠原溶質(zhì)是指I型膠原蛋白，或者是I型膠原蛋白與占膠原溶質(zhì)質(zhì)量比含量為(Γ5%的選自III型膠原、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、糖胺聚糖中一種或多種混合形成的膠原溶質(zhì)；所述冷凍干燥的溫度范圍為-6(T-4(TC ；交聯(lián)方法為化學(xué)交聯(lián)， 交聯(lián)劑選自戊二醛、京尼平、碳化二亞胺中的一種或多種，交聯(lián)劑在交聯(lián)體系中的質(zhì)量體積比濃度為0.廣1%。
10.如權(quán)利要求4一 9中任一項(xiàng)所述的人工皮膚的制備方法，所用模具是由不銹鋼板加工而成，板中央為凹槽、凹槽的長(zhǎng)寬分別在l(T50cm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工皮膚，包括具有壓電傳導(dǎo)性能的微孔膜狀表皮層和一層天然高分子仿生真皮層復(fù)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。其制備方法主要包括制備微孔膜狀表皮層；進(jìn)行表皮層的極化處理；復(fù)合真皮支架，制備雙層人工皮膚。本發(fā)明人工皮膚在使用過(guò)程中，受到包扎擠壓后可產(chǎn)生類似生物電強(qiáng)度的電刺激，從而促進(jìn)皮膚傷口的愈合。同時(shí)，該人工皮膚的表皮層呈微孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)的尺寸小于病菌的尺寸、能有效隔離病菌、防止感染；同時(shí)，能有效控制傷口水分的蒸發(fā)，具備良好的透氣性和柔順性。
文檔編號(hào)A61L27/60GK102526808SQ20111045881
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者佘振定, 劉偉強(qiáng), 張文強(qiáng), 李麗花, 王明波, 譚榮偉 申請(qǐng)人:深圳清華大學(xué)研究院