CN107823692A - 一种创伤敷料复合纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种创伤敷料复合纳米纤维膜，纳米纤维膜的制备原料包括聚偏氟乙烯、pH响应性高分子、胶原；该纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯和PH响应性高分子聚合物加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备壳层溶液；2)核层溶液的制备：将所述胶原溶于六氟异丙醇中，加入药物，搅拌均匀，制备核层溶液；3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头0.8‑1.2mm，内层针头内径为0.2‑1mm，在电压13‑21kv、接受距离为10‑30cm，内层进液速度为0.1‑0.5ml/min，外层进液速度为0.8‑2ml/min的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。

Description

一种创伤敷料复合纳米纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用伤口敷料技术领域，具体涉及一种复合纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
医用敷料是一类用以覆盖创面的重要医用材料，可替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。科技的发展使人们对医用敷料的要求不断提高，传统的敷料用于伤口主要发挥隔离和抑菌作用，但是防止再次感染的效果并不理想。
静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有很高的孔隙率及良好的透气性，即可使伤口保持理想的湿润程度，又有利于细胞的呼吸作用。在静电纺丝过程中将药物成分加入纺丝液中，可以得到复合了一些药物成分的纳米纤维，当纳米纤维降解或者遇到水溶胀后，可以将药物成分缓慢释放出来，这种方式不仅可以提高药物的药效，降低了药物的毒副作用。而同轴静电纺丝技术可以在纤维表面进行功能化修饰，同时也可以将功能材料包裹于纤维内部，以起到持久发挥功效的作用。
PVDF在常态下是白色粉状结晶性聚合物，具有良好的机械强度，耐辐射性、耐候性、耐化学腐蚀性等，还具有较好的压电性、介电性、热电性等一些特殊的性能，其全球年产量超过4.3万吨，是氟塑料中产量名列第二位的产品。PVDF具有良好的生物相容性及理化性质，其形成的支架结构与细胞外基质相似，有利于细胞的粘附生长，且可促进细胞的接触、渗透、保持细胞结构的稳定性，使得细胞沿纤维定向生长。
PH响应高分子材料是研究的最为广泛的一类环境响应高分子材料。PH响应聚合物材料主链上一般含有对PH敏感的基团(如羧基、氨基、吡啶基等)，在其临界PH值附近，高分子链发生可逆的构象转变。有些PH响应高分子具有带电荷的酸性核单位的嵌段共聚物，它们能在低PH值下质子化，而在一个相对比较高的PH值下则变为带负电性，如聚丙烯酸(poly(acrylic acid),PAA)，聚甲基丙烯酸(poly(methyl acrylic acid),PMAA)。
胶原蛋白是细胞外基质的结构蛋白质，具有低抗原性、可被人体吸收、体内降解产物无毒副作用等优点，在生物材料方面的应用受到广泛关注。而其力学性能不佳和在水溶液中降解速度较快等缺陷在一定程度上而限制了它的应用。
发明内容
本发明的目的针对现有敷料易造成伤口再次感染，对病人带来不堪的痛苦问题，提供以同轴静电纺丝技术制备创伤敷料纳米纤维膜的方法。该敷料制备工艺简单，成产成本低，具有良好的生物相容性，柔软性强、机械性能高，同时具有促进血管生长、杀菌效果强而持久，更及时防止伤口的再次感染等优异性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种创伤敷料复合纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的制备原料包括聚偏氟乙烯、pH响应性高分子、胶原。
优选地，所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子的质量比为(1～5):(0.5～5)。
优选地，所述纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯和PH响应性高分子聚合物加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将所述胶原溶于六氟异丙醇中，加入药物，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，在电压13-21kv、接受距离为10-30cm，内层进液速度为0.1-0.5ml/min，外层进液速度为0.8-2ml/min的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
优选地，所述步骤1)中聚偏氟乙烯、PH响应性高分子溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为8％-26％的壳层溶液。
一种创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤:
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯和PH响应性高分子聚合物加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将所述胶原溶于六氟异丙醇中，加入药物，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
优选地，所述步骤3)中的同轴静电纺丝的条件为：外层针头内径为0.8-1.2mm，内层针头内径为0.2-1mm，接受距离为10-30cm，内层进液速度为0.1-0.5ml/min，外层进液速度为0.8-2ml/min，电压13-21kv。
优选地，所述步骤1)中聚偏氟乙烯：PH响应性高分子的质量比为(1～5):(0.5～5)，溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为8％-26％的壳层溶液。
优选地，所述步骤1)中PH响应高分子聚合物包括PMMA或PAA。
优选地，所述步骤2)核层胶原纺丝溶液质量体积比浓度为10％-20％。
优选地，所述步骤2)中的核层溶液中还包含蛋白质、生长因子、DNA中的一种。
本发明的有益效果：
1、本发明选用PVDF，利用其具有良好的生物相容性及理化性质，其形成的支架结构与细胞外基质相似，有利于细胞的粘附生长，且可促进细胞的接触、渗透、保持细胞结构的稳定性，使得细胞沿纤维定向生长，再配合PH响应聚合物材料，其主链上一般含有对PH敏感的基团(如羧基、氨基、吡啶基等)，在其临界pH值附近，高分子链发生可逆的构象转变，创伤环境的pH与正常组织明显不同，当介质pH值、离子强度改变时，对PH敏感的基团发生电离，使药物载体的稳定性受到破坏，引起体积溶胀变化，聚电解质的构象改变，从而导致药物释放，因此，本发明可根据创伤环境而做出改变，具有自诊断性，能够预示伤口感染，采用胶原蛋白其具有低抗原性、可被人体吸收、体内降解产物无毒副作用。
2、本发明通过采用同轴静电纺丝技术制备多孔核壳结构的纳米纤维膜，将药物加入到核层溶液中，能够起到到持久发挥功效的作用。
3、本发明制得的复合纳米纤维膜具有均一性好、孔隙率高、透气性好，机械性能好，生物相容性好的特性；这种复合纳米纤维无纺布能用作创伤敷料和伤口包敷材料，具有预示伤口的感染情况(预示伤口是否感染)，抗炎，加速伤口愈合等作用。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种创伤敷料复合纳米纤维膜，制备原料包括聚偏氟乙烯、pH响应性高分子、胶原；
该复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PMMA质量比以1:0.5加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为8％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为10％的溶液，再加入药物、生长因子，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为0.8mm，内针头内径为0.2mm,静电纺丝以接受距离为10cm，内层进液速度为0.1ml/min，外层进液速度为0.8ml/min，电压13kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例2
本复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PMMA质量比以1:1加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为12％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为12％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为1.0mm，内针头内径为0.4mm,静电纺丝以接受距离为15cm，内层进液速度为0.3ml/min，外层进液速度为1.2ml/min，电压15kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例3
本实施例的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PMMA质量比以1:2加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为16％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为15％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为0.9mm，内针头内径为0.5mm,静电纺丝以接受距离为18cm，内层进液速度为0.4ml/min，外层进液速度为1.4ml/min，电压18kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例4
本实施例的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PMMA质量比以1:3加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为18％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为16％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质、DNA，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为1.0mm，内针头内径为0.6mm,静电纺丝以接受距离为20cm，内层进液速度为0.5ml/min，外层进液速度为1.6ml/min，电压20kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例5
本实施例的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PMMA质量比以1:4加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为20％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为15％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质、DNA，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为1.2mm，内针头内径为0.8mm,静电纺丝以接受距离为22cm，内层进液速度为0.3ml/min，外层进液速度为1.8ml/min，电压21kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例6
本实施例的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PAA质量比以3:1加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为24％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为18％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质、DNA，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为1.0mm，内针头内径为0.6mm,静电纺丝以接受距离为25cm，内层进液速度为0.5ml/min，外层进液速度为1.8ml/min，电压18kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
实施例7
本实施例的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子聚合物PAA质量比以4:1加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，配制成质量体积比浓度为26％的壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将胶原溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为20％的溶液，再加入药物、生长因子、蛋白质，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，其中外针头内径为1.2mm，内针头内径为1.0mm,静电纺丝以接受距离为30cm，内层进液速度为0.4ml/min，外层进液速度为2ml/min，电压19kv的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
1、创伤纳米纤维敷料的细胞毒性测试
1.1实验材料与器材：
a.以实施例3方法获得的创伤敷料纳米纤维膜；
b.L929小鼠结缔组织细胞；
c.萤光电子显微镜。
1.2实验方法：
本测试是依据ANSI/AAMI/ISO10993-5：1999(名称为“医用材料的体外毒性测试”)来进行复合创伤敷料的细胞毒性(cyctotxicity)的评估试验。以培养在培养皿中的L929细胞作为阴性对照组、使L929小鼠细胞用已知有细胞毒性的酚处理作为阳性对照组、以及仅使用PE膜处理作为空白对照组来和以本发明创伤敷料的实验组作比较。
将阴性对照组、空白对照组、阳性对照组及实验组的细胞收下以台盼蓝(trypanblue)染色并计数后期细胞数目，结果显示于表1。表1结果显示使用实施例3的创伤敷料所得到的细胞数目与阴性对照组和试剂对照组的数目接近，几乎不会使正常小鼠纤维母细胞产生死亡，因此不具有任何细胞毒性，具有良好的生物相容性。
2、创伤敷料动物促愈测试
2.1实验材料与器材：
a.以实施例3方法获得的创伤敷料；
b.传统的纱布类敷料；
c.大白鼠(wistar大白鼠)；
d.显微镜。
2.2实验方法：
a.以肌肉注射方式对大白鼠施打麻醉剂(0.001mL/g)，待其进入深度麻醉后进行实验；
b.以电动剃毛刀剃除大白鼠两侧的毛，再用除毛膏彻底除毛；
c.用碘酒消毒实验部位，在大白鼠背部手术出两个1.5cmx1.5cm的伤口；
d.分别在大白鼠背部伤口覆盖以本发明方法获得的复合创伤敷料与传统的纱布类敷料；
e.连续观察伤口愈合情形，进行测量与记录。观察皮肤及伤口愈合过程，分别利用数位相机拍照记录敷料与组织贴合情形、伤口液体分泌量、伤口四周组织感染情形及伤口大小情形。
2.3结果：
表2显示使用以实施例3方法获得的创伤敷料和与对照组传统的纱布类敷料相比，的伤口部位肉眼观察及伤口面积测量结果
从表2可看出，本发明的敷料实验结果在面积复原情形良好，伤口面积比对照组小，复原情况更良好。
3、本发明创伤敷料的机械性能测试
(1)分别测量实施例1～7制备的复合纳米纤维膜的抗拉强度、断裂伸长率和孔隙率，测量结果见表3。
表3为抗拉强度、断裂伸长率、孔隙率的表征结果
从表1中可看出，本发明的纳米纤维膜具有良好的抗拉强度、断裂伸长率，以及较高的孔隙率，从而有利于与外界的液体与气体交换，同时又可阻止细菌的侵入。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种创伤敷料复合纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的制备原料包括聚偏氟乙烯、pH响应性高分子、胶原。
2.根据权利要求1所述的创伤敷料复合纳米纤维膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯：PH响应性高分子的质量比为(1～5):(0.5～5)。
3.根据权利要求1或2所述的创伤敷料复合纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯和PH响应性高分子聚合物加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将所述胶原溶于六氟异丙醇中，加入药物，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，在电压13-21kv、接受距离为10-30cm，内层进液速度为0.1-0.5ml/min，外层进液速度为0.8-2ml/min的条件下，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
4.根据权利要求3所述的创伤敷料复合纳米纤维膜，其特征在于，所述步骤1)中聚偏氟乙烯、PH响应性高分子溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为8％-26％的壳层溶液。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)壳层溶液的制备：将所述聚偏氟乙烯和PH响应性高分子聚合物加入到六氟异丙醇中，搅拌均匀，制备壳层溶液；
2)核层溶液的制备：将所述胶原溶于六氟异丙醇中，加入药物，搅拌均匀，制备核层溶液；
3)将步骤1)中的壳层溶液、步骤2)中的核层溶液分别注入到同轴静电纺丝针头的外针头，内针头中，将静电发生器连接同轴静电纺丝针头进行静电纺丝，制成多孔核壳结构纳米纤维敷料。
6.根据权利要求5所述的的创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的同轴静电纺丝的条件为：外层针头内径为0.8-1.2mm，内层针头内径为0.2-1mm，接受距离为10-30cm，内层进液速度为0.1-0.5ml/min，外层进液速度为0.8-2ml/min，电压13-21kv。
7.根据权利要求5所述的创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中聚偏氟乙烯：PH响应性高分子的质量比为(1～5):(0.5～5)，溶于六氟异丙醇中，配制成质量体积比浓度为8％-26％的壳层溶液。
8.根据权利要求5所述的创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中PH响应高分子聚合物包括PMMA或PAA。
9.根据权利要求5所述的创伤敷料复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)核层胶原纺丝溶液质量体积比浓度为10％-20％。
10.如权利要求5-9任一项所述的创伤敷料纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的核层溶液中还包含蛋白质、生长因子、DNA中的一种。
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