CN106400314A - 一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用，属于生物医用复合材料领域。该方法选取皮肤细胞外基质中的主要成分作为材料，采用静电纺丝技术，通过控制不同的技术参数，使用高速旋转（转速500‑3000rpm）的滚筒、水平放置的平行板电极为接收器，或使用近场静电纺丝机等方法，制备出结构有序的复合纳米纤维膜。本发明的制备方法简单易行，制备出的纳米纤维膜具有良好生物相容性和生物力学强度，各纤维间可成一定角度相互交叉，实现了天然皮肤细胞外基质中胶原纤维“编篮”状的结构仿生，在皮肤创面敷料方面具有较好的应用前景。

Description

一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方 法与应用
技术领域
本发明属于生物医用复合材料领域，具体涉及一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用。
背景技术
人类的皮肤组织位于体表，暴露在外极易受到损伤，如烧伤、机械力或化学损伤、皮肤溃疡等，导致皮肤功能的部分或全部丧失；同时，随着社会年龄结构趋向老龄化，各种慢性基础疾病以及手术数量增多，慢性难愈合创面作为糖尿病重要并发症以及与人口老龄化高度相关的伴随性疾病，正成为影响国民生命健康的主要威胁，并带来沉重的社会医疗负担。因此，开发一种具有良好皮肤组织修复能力的创面敷料具有十分重要的意义。
作为创面修复材料，不仅要实现对皮肤细胞外基质的成分仿生，更要实现其结构仿生。天然皮肤细胞外基质的胶原纤维在一定程度上是有序排列成“编篮”状的，纤维之间近乎垂直交叉。而目前常规的纳米纤维基皮肤支架的纳米纤维则为无规则取向，与疤痕形成部位的胶原纤维的无序排列近似，因而可能导致创面处疤痕的形成。已有大量研究证实纳米纤维的不同取向可通过“out-side-in”信号通路对细胞进行不同的调控，具有相同取向的纳米纤维能促进成纤维细胞的迁移及分化。因此，结构仿生天然的皮肤细胞外基质是组织修复材料的一个重要研究方向。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜及其制备方法，该复合纳米纤维膜能够很好的模拟皮肤细胞外基质的成分和结构，特别是其有序“编篮”状的结构，为细胞生长和组织再生提供最佳的仿生生理环境，是一种理想的创面修复材料。
本发明的另一目的在于提供复合纳米纤维膜的应用，其有作为敷料用于皮肤创面修复的前景。
本发明的目的通过下述技术方案实现。
一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备共混静电纺丝溶液：将有机物溶于合适的有机溶剂中，常温下搅拌至完全溶解，得到共混静电纺丝溶液；
（2）静电纺丝：将步骤（1）中得到的共混静电纺丝溶液进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，采用合适的接收装置接收，得到结构有序的复合纳米纤维膜。
进一步地，步骤（1）所述有机物为皮肤细胞外基质中的主要成分及生物相容性好的有机物。
进一步地，所述有机物为I型胶原、粘连蛋白（FN）、弹性蛋白、壳聚糖、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）、聚己内酯（PCL）和明胶等中的一种或几种。
进一步地，步骤（1）所述有机溶剂为六氟异丙醇（HFIP）、二氯甲烷（DCM）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、三氯甲烷、四氢呋喃（THF）、四氟乙烯（TFE）等中的一种或几种。
进一步地，步骤（2）所述静电纺丝工艺参数为：静电电压10-25kV，接收距离5-25cm，纺丝速率0.5-5ml/h，相对湿度20-80%；纺丝速率优选为0.5-3ml/h。
进一步地，步骤（2）所述合适的接收装置为高速旋转的滚筒、两块水平放置的平行板电极或近场静电纺丝机；所述滚筒的转速500-3000rpm。
进一步地，步骤（2）所述结构有序指各纤维之间成一定角度交叉。
进一步地，所述结构有序指纤维之间垂直交叉、各纤维相互平行或纤维间成60度夹角等。
由以上所述的制备方法制得的复合纳米纤维膜。
以上所述的复合纳米纤维膜作为仿生皮肤细胞外基质的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）采用天然皮肤细胞外基质的主要成分作为原材料，本发明所述的复合纳米纤维膜具有良好生物相容性和生物力学强度；
（2）本发明所述的复合纳米纤维膜可根据接收装置及参数设置制备不同取向的纳米纤维；
（3）本发明所述的复合纳米纤维膜能够很好的模拟人体皮肤细胞外基质的结构，为细胞生长和组织再生提供最佳的仿生生理环境，是理想的创面修复材料：
（4）该制备方法简单易行，原材料资源丰富，易实现工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的取向一致的复合纳米纤维膜的扫描电镜图；
图2是本发明实施例2得到的取向一致的复合纳米纤维膜的扫描电镜图；
图3是本发明实施例3得到的“编篮状”复合纳米纤维膜的扫描电镜图；
图4是本发明实施例4得到的“编篮状”复合纳米纤维膜的扫描电镜图；
图5是本发明实施例1、3中得到的复合纳米纤维膜与人皮肤的抗拉强度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定，本发明的实施方式不限于此。
实施例1
用电子天平称取0.35gPLA和0.35gI型胶原（PLA和胶原质量比为1:1），溶于5ml六氟异丙醇中，得到质量体积比浓度为14%(m/v)的溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全，静置5min后开始静电纺丝；静电纺丝的参数为：静电电压24kV，接收距离15cm，纺丝速率1.5ml/h，相对湿度50%。用高速旋转（转速2000rpm）的滚筒作为接收器，得到复合纳米纤维膜。由图1的扫描电镜图可知，本实施例制得的复合纳米纤维膜的纤维取向一致。
实施例2
用电子天平称取0.75gPLGA，溶于5ml二氯甲烷中，得到质量体积比浓度为15%(m/v)的溶液，将溶液在常温下磁力搅拌8h溶解完全，静置5min后开始静电纺丝；静电纺丝的参数为：静电电压14kV，接收距离6cm，纺丝速率3ml/h，相对湿度80%。用夹在两平行铜条间的载玻片作为接收器，通过附加电场的作用，使纤维平行取向地落在载玻片上，得到复合纳米纤维膜。由图2的扫描电镜图可知，本实施例制得的复合纳米纤维膜的纤维取向相互平行。
实施例3
用电子天平称取0.525gPCL和0.175gI型胶原（PCL和胶原质量比为1:3），溶于5ml六氟异丙醇中，得到质量体积比浓度为8% (m/v)的溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全，静置5min后开始静电纺丝；静电纺丝的参数为：静电电压18kV，接收距离25cm，纺丝速率0.5ml/h，相对湿度20%。用夹在两平行铜条间的载玻片作为接收器，通过附加电场的作用，使纤维平行取向地落在载玻片上，定时将载玻片旋转90度，最终得到复合纳米纤维膜。由图3的扫描电镜图可知，本实施例制得的复合纳米纤维膜的纤维取向相互垂直，呈“编篮状”。
实施例4
用电子天平称取0.8gPLLA，溶于5ml二氯甲烷中，得到质量体积比浓度为16% (m/v)的溶液，将溶液在常温下磁力搅拌12h溶解完全，静置5min后开始静电纺丝；静电纺丝的参数为：静电电压10kV，接收距离12cm，纺丝速率1.0ml/h，相对湿度60%。用夹在两平行铜条间的载玻片作为接收器，通过附加电场的作用，使纤维平行取向地落在载玻片上，定时将载玻片旋转90度，最
终得到复合纳米纤维膜。由图4的扫描电镜图可知，本实施例制得的复合纳米纤维膜的纤维呈“编篮状”。
图5是本发明实施例1、3中得到的复合纳米纤维膜与人皮肤的抗拉强度对比图，由图可知，本发明的复合纳米纤维膜具有良好的生物力学强度，尤其是“编篮”状的结构复合纳米纤维膜。

Claims (10)

1.一种结构仿生皮肤细胞外基质的复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备共混静电纺丝溶液：将有机物溶于有机溶剂中，常温下搅拌至完全溶解，得到共混静电纺丝溶液；
（2）静电纺丝：将步骤（1）中得到的共混静电纺丝溶液进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，采用合适的接收装置接收，得到结构有序的复合纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述有机物为皮肤细胞外基质中的主要成分及生物相容性好的有机物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机物为I型胶原、粘连蛋白、弹性蛋白、壳聚糖、聚乙交酯、聚丙交酯、左旋聚乳酸、共聚物乙交酯-丙交酯、聚己内酯和明胶中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述有机溶剂为六氟异丙醇、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷、四氢呋喃和四氟乙烯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述静电纺丝工艺参数为：静电电压10-25kV，接收距离5-25cm，纺丝速率0.5-3ml/h，相对湿度20-80%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述合适的接收装置为高速旋转的滚筒、两块水平放置的平行板电极或近场静电纺丝机；所述滚筒的转速500-3000rpm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述结构有序指各纤维之间成一定角度交叉。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述结构有序指纤维之间垂直交叉、各纤维相互平行或纤维间成60度夹角。
9.由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的复合纳米纤维膜。
10.权利要求9所述的复合纳米纤维膜作为仿生皮肤细胞外基质的应用。
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