CN103394119A - 静电纺丝制备纳米仿生缓释型生物医用敷料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米仿生缓释型生物医用敷料及其制备方法，应用该纳米仿生缓释型纤维膜敷料，能够对创面的愈合提供良好的微环境，促进止血、止痛及抗菌。该纳米仿生缓释型生物医用敷料的原液，是含有丝素蛋白、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子的水溶液，pH值为5～8，其中丝素蛋白的质量百分浓度为2%～30%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的总浓度为0～200ppm；或者采用质量百分浓度为1%～10%的壳聚糖替代所述丝素蛋白；采用静电纺技术，使纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液形成喷射流喷射至收集器上，即得纳米仿生缓释型生物医用敷料。

Description

静电纺丝制备纳米仿生缓释型生物医用敷料的方法

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种促进皮肤组织修复的纳米仿生缓释型纤维膜敷料及其制备方法。

背景技术

现代战争高科技化使得战伤的致伤机制呈现更加复杂、组织损坏愈加严重、感染率高、伤口愈合慢、易受致伤环境影响等趋势。作为在人体生理环境中使用的医用敷料，敷料制备所用的原材料就必须具有优良的生物相容性、无毒性，甚至具备可降解性。随着纳微米材料的快速发展，以无毒、可降解、成膜性好且生物相容性的天然高分子材料在创面修复以及人造皮肤应用方面受到了广泛的关注。目前用于生物医用领域的天然高分子主要包括多糖类和蛋白质类等，其中壳聚糖、丝素蛋白等在创面修复领域应用最为广泛。

甲壳素（Chitin）是自然界中仅次于纤维素的第二大天然多糖，生物合成量大约100多亿吨/年。甲壳素是由β（1→4）糖苷键连接的2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖和2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖的二元线性共聚物（GlcNAc）组成，壳聚糖（Chitosan）是甲壳素的脱乙酰基产物，完全脱乙酰化的壳聚糖为β-（1→4）糖甙键连接的2-氨基-D-吡喃葡聚糖，是自然界唯一大量存在的碱性阳离子聚多糖。

壳聚糖分子结构中因大量羟基、氨基及部分乙酰氨基等电负性基团，使其具备许多独特的物理、化学及生物学特性，主要包括：阳离子聚电解质性、多功能基反应活性、无毒抗菌性、生物相容性、可降解性等，被广泛应用于创面修复领域。

近十年来，丝素蛋白在纯化方面取得显著成功，被广泛应用到了生物材料，它们不仅具有很好的强度，而且展现出极佳的生物相容性。因此，基于丝素蛋白和壳聚糖的生物材料应用于创面修复和人造皮肤的理论依据已经得到证实，具备很好的前景，将成为未来培养人造皮肤最好的支架之一。

目前，针对急性战伤皮肤缺损创面治疗缺乏有效、快速和便捷的救治药物及方法，国外针对战创面愈合所开发的电子类绷带、生物类绷带等敷料，均由于缺乏有效的促进创面愈合、镇痛抗菌以及操作繁琐等缺陷，制约了这些敷料在野战急救方面的应用。

发明内容

本发明提供一种纳米仿生缓释型生物医用敷料及其制备方法，应用该纳米仿生缓释型纤维膜敷料，能够对创面的愈合提供良好的微环境，促进止血、止痛及抗菌。

本发明的基本方案如下：

一种纳米仿生缓释型生物医用敷料的原液，是含有丝素蛋白、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子的水溶液，pH值为5～8，其中丝素蛋白的质量百分浓度为2%～30%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的总浓度为0～200ppm；或者采用质量百分浓度为1%～10%的壳聚糖替代所述丝素蛋白。

上述原液的最佳成分为：丝素蛋白的质量百分浓度为20%或者壳聚糖的质量百分浓度为3%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的质量百分比浓度分别为100ppm；原液pH值为6.9。

制备上述纳米仿生缓释型生物医用敷料的装置，包括：用以装载上述原液的注射泵、高压电源以及放电电极，所述注射泵带有金属针头，高压电源通过放电电极接至金属针头，注射泵的推进与放电电极产生的放电构成同步控制。

上述金属针头可以是10、12、14、18或20号针头，高压电源的电压为1～50kV，注射泵内所述原液的推进速率为0.05ml/min～3ml/min，针头与接收板之间距离为5～25cm，湿度控制在35%～65%之间。

制备上述纳米仿生缓释型生物医用敷料的方法，包括以下步骤：

（1）采用0.1mol/L的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液调节丝素蛋白母液pH值至6.0，再采用超纯水将丝素蛋白母液与人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制成权利要求1所述微纳仿生纳米纤维膜敷料的原液，使得丝素蛋白的质量百分浓度为20%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的质量百分比浓度分别为100ppm，此时的原液pH值为6.9；

（2）采用静电纺技术，使纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液形成喷射流喷射至收集器上即得到该纳米仿生缓释型生物医用敷料。

上述步骤（2）的具体操作可以是：将纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液装入带有金属针头的塑料注射泵中，针头内径为0.6mm；以2ml/h的推进速度推动塑料注射泵，同时高压电源通过放电电极接至金属针头，产生25kV的放电电压；纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液以喷射流的形式喷射至收集器上，即得纳米仿生缓释型生物医用敷料。

本发明具有以下优点：

该敷料药物价格低廉，具有良好的生物相容性等特征，操作简单、快速，并且便于存储和携带，利于实现单兵的自救和互救。

本发明以外用喷雾形式给药，操作简便，采用静电纺技术构建有三维立体结构的高分子支架，为创面的愈合提供良好的微环境。

该敷料药物具有较强的创面愈合能力，该药物中添加具有促进真皮层和表皮层愈合所需的细胞生长因子，更符合创面愈合的生理条件。

该敷料药物具有缓释给药能力，随着丝蛋白纳米纤维支架的自身降解，可将添加的生长因子逐渐释放至组织中，不仅实现了药物的缓释能力，还避免了一次性添加的浪费。

具体实施方式

生成本发明纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液，是含有丝素蛋白、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子的水溶液，pH值为5～8，其中丝素蛋白的质量百分浓度为2%～30%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的总浓度为0～200ppm；或者采用质量百分浓度为1%～10%的壳聚糖替代所述丝素蛋白。

以下举例说明本发明纳米仿生缓释型纤维膜敷料的制备方法。

实施例1：

（1）静电纺丝前驱溶液的制备：

采用0.1mol/l的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液调节丝素蛋白母液的pH值至6.9，采用超纯水将上述丝素蛋白母液、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制备电纺前驱溶液，其中丝素蛋白的质量百分浓度为20%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的浓度分别为100ppm。

（2）用所述电纺前驱溶液进行静电纺丝制得微纳仿生结构缓释型纤维膜敷料：

将电纺溶液装入注射泵中进行静电纺丝，其中注射泵推进速度为2ml/h，针头内径为0.6mm，外源电压为25kV，针头与接收板距离为15cm，室温23℃。纺丝30min后，停止静电纺丝。

实施例2：

（1）静电纺丝前驱溶液的制备：

采用0.1mol/l的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液调节丝素蛋白母液的pH值至6.0，采用超纯水将上述丝素蛋白母液、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制备电纺前驱溶液，其中丝素蛋白的质量百分浓度为25%，成纤维细胞生长因子浓度为200ppm。

（2）用所述电纺前驱溶液进行静电纺丝制得纳米仿生缓释型纤维膜敷料：

将电纺溶液装入注射泵中进行静电纺丝，其中注射泵推进速度为1.5ml/h，针头内径为0.4mm，外源电压为16kV，针头与接收板距离为14cm，室温25℃。纺丝30min后，停止静电纺丝。

实施例3：

（1）静电纺丝前驱溶液的制备：

采用超纯水将壳聚糖、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制备电纺前驱溶液，其中壳聚糖的质量百分浓度为3%，成纤维细胞生长因子浓度为200ppm。

（2）用所述电纺前驱溶液进行静电纺丝制得纳米仿生缓释型纤维膜敷料：

将电纺溶液装入注射泵中进行静电纺丝，其中注射泵推进速度为2.8ml/h，针头内径为0.3mm，外源电压为19kV，针头与接收板距离为20cm，室温24℃。纺丝30min后，停止静电纺丝。

实施例4：

（1）静电纺丝前驱溶液的制备：

采用超纯水将壳聚糖、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制备电纺前驱溶液，其中壳聚糖的质量百分浓度为5%，人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子浓度分别为80ppm和120ppm。

（2）用所述电纺前驱溶液进行静电纺丝制得纳米仿生缓释型纤维膜敷料：

将电纺溶液装入注射泵中进行静电纺丝，其中注射泵推进速度为2.5ml/h，针头内径为1mm，外源电压为25kV，针头与接收板距离为25cm，室温25℃。纺丝30min后，停止静电纺丝。

实施例5：

选取体重为180～220g的健康大鼠，在其腹腔注射3%戊巴比妥钠（30mg/kg），随机分为治疗组和对照组。在大鼠背部脊柱中部两侧各切割两个直径为1.8cm的圆形创面，并破坏少许肌肉组织，止血后备用。

随即将按照上述实施例1制备的纳米仿生缓释型纤维膜敷料喷涂于创面处，次日换药。对照组以生理盐水为阴性对照。于创面制成后3天、7天、10天及14天拍照记录创面愈合情况，用分析图像软件Imagepro-Plus测量创面面积，HE染色等观察创面组织形态特征和检测细胞增殖情况。

该纳米纤维膜与创面贴合紧密，无明显积血积液，局部皮肤未见红肿，具有良好生物相容性。经HE染色结果表明经该微纳仿生纤维膜覆盖处创面其表皮结构完整，较厚，层次清晰，基底细胞成单层排列，结合紧密，表皮钉突较少，真皮层胶原纤维量多，横向排列有序，真皮内有大量的血管生成。

实施例6：

选取体重为180～220g的健康大鼠，在其腹腔注射3%戊巴比妥钠（30mg/kg），随机分为治疗组和对照组。在大鼠背部脊柱中部两侧各切割两个直径为1.8cm的圆形创面，并破坏少许肌肉组织，止血后备用。

随即将按照上述实施例3制备的微纳仿生纤维膜喷涂于创面处，次日换药。对照组以生理盐水为阴性对照。于创面制成后3天、7天、10天及14天拍照记录创面愈合情况，用分析图像软件Imagepro-Plus测量创面面积，HE染色等观察创面组织形态特征和检测细胞增殖情况。

该纳米纤维膜与创面贴合紧密，局部炎症反应轻微，并且覆盖物下均无出血、积脓。经HE染色结果表明经该微纳仿生纤维膜覆盖处其表皮结构完整，层次清晰，基底细胞成单层排列，结合紧密，表皮钉突较少，表皮真皮连接界面平坦，真皮层有大量胶原纤维合成，并且横向排列有序，多处可见新生血管形成。

本发明还在前述基本方案中确定的范围内调节各具体组分、配比，配制多组原液；参照以上实施例，进行其他多次实验，均取得了较为满意的结果。

Claims (6)

1.一种纳米仿生缓释型生物医用敷料的原液，是含有丝素蛋白、人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子的水溶液，pH值为5～8，其中丝素蛋白的质量百分浓度为2%～30%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的总浓度为0～200ppm；或者采用质量百分浓度为1%～10%的壳聚糖替代所述丝素蛋白。

2.根据权利要求1所述的原液，其特征在于：丝素蛋白的质量百分浓度为20%或者壳聚糖的质量百分浓度为3%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的浓度分别为100ppm；原液pH值为6.9。

3.制备权利要求1中所述纳米仿生缓释型生物医用敷料的装置，包括：用以装载权利要求1所述原液的注射泵、高压电源以及放电电极，所述注射泵带有金属针头，高压电源通过放电电极接至金属针头，注射泵的推进与放电电极产生的放电构成同步控制。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述金属针头为10、12、14、18或20号针头，高压电源的电压为1～50kV，注射泵内所述原液的推进速率为0.05ml/min～3ml/min，针头与接收板之间距离为5～25cm，湿度控制在35%～65%之间。

5.制备权利要求1中所述纳米仿生缓释型生物医用敷料的方法，包括以下步骤：

（1）采用0.1mol/L的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液调节丝素蛋白母液pH值至6.0，再采用超纯水将丝素蛋白母液与人表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子进行混合溶解制成权利要求1所述纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液，使得丝素蛋白的质量百分浓度为20%，人表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的质量百分比浓度分别为100ppm，此时的原液pH值为6.9；

（2）采用静电纺技术，使纳米仿生缓释型纤维膜敷料的原液形成喷射流喷射至收集器上，即得纳米仿生缓释型生物医用敷料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤（2）是将纳米仿生缓释型纤维膜敷料的电纺前驱溶液装入带有金属针头的塑料注射泵中，针头内径为0.6mm；以2ml/h的推进速度推动塑料注射泵，同时高压电源通过放电电极接至金属针头，产生25kV的放电电压；微纳仿生纳米纤维膜敷料的电纺前驱溶液以喷射流的形式喷射至收集器上，即得纳米仿生缓释型生物医用敷料。