CN108245710A

CN108245710A - 多孔性人造皮肤及制造设备

Info

Publication number: CN108245710A
Application number: CN201611241308.0A
Authority: CN
Inventors: 王进发; 刘豊志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-07-06

Abstract

一种多孔性人造皮肤及制造设备，该人造皮肤是利用生物能降解的PLLA（聚左旋乳酸）原料及胶原蛋白原料，经静电纺丝、风干、滚压等装置制成的多孔性人造皮肤，其孔隙由一表侧至另一表侧逐渐缩小，具有表面孔隙小于2μm的外层及孔隙普遍介于10‑125μm的内层；藉由PLLA（聚左旋乳酸）能取代交链剂作为胶原蛋白支架，完全地被人体吸收同化，留存的胶原蛋白骨架可吸引血管内皮细胞及纤维母细胞进入，使表皮组织逐步达到真皮化与上皮化，可缩短伤口愈合时间，其表面具阻止细菌入侵、防止组织及器官水分蒸发等效果。

Description

多孔性人造皮肤及制造设备

技术领域

本发明有关于人造皮肤，特别是指一种无交链剂、无毒性、且能在重建后直接同化吸收的多孔性人造皮肤，同时涉及制造该人造皮肤的设备。

背景技术

近十年来，对于烧伤治疗有很大的进展，主要是于临床运用了能同化于人体的材料与方法，其是在皮肤缺损部分清创后，覆盖自体的薄皮肤或透过细胞培养的方法扩大皮肤的面积，来增加大面积烧伤（指占体表面积百分之六十以上）病患的存活率。

正常的皮肤可以分为表皮及真皮，其除了是人体最大的免疫器官外，更具有保护身体、防止细菌侵入、调节体温及防止体内主要体液流失等功用。皮肤的再生能力，主要是依靠表皮上的基底层细胞，以及在较深层的附属器官，诸如皮脂腺、汗腺及毛囊的细胞再生来修补受伤的皮肤；对于急性烧伤的病患，最主要的两大问题：一是水分的流失，当然包括体内的电解质及蛋白质；二是因缺乏了皮肤的屏障，伤口容易招致外来的细菌侵入，因而造成败血症。这两大迫在眉睫的问题，可藉由人造皮肤或重建手术来解决。

对于人造皮肤的历史，最早必须溯及1980年由波士顿(麻萨诸州)的哈佛大学二位教授Yannas及Burke发展出二层结构的皮肤结构，其上层是由硅胶层所组成，类似人体的上皮，而下层则是由多孔状的类真皮结构，其主要成分为小牛的胶原蛋白及鲨鱼的软骨素二者交联形成。而此种人工皮肤现已由Marion Merell Dow公司生产，正式商品名为Integra，在1996年经美国药物食品管理局(FDA)正式核准并可运用于大面积烧伤的伤口在切除后之手术覆盖。因其本身为小牛胶原蛋白及鲨鱼软骨二者交联沉淀而成，其重要的设计在于下层的类真皮部分，有小洞形成，其大小在20-125mm，相当适合患者本身的血管内皮细胞及纤维母细胞进入，进而提供良好的血管供应及最后形成患者本身的新"真皮"，取代了原有的人工真皮。至此，其上皮，就是硅胶层，可以很轻易地撕去，留下新上皮，再用取皮机在病患身上取下相当薄的皮肤(0.002-0.004英吋)来作为新上皮的覆盖：在取皮区，可以在4至6天即可愈合，比起一般0.013英吋的取皮区可以快上一倍，并且留下瘢痕的比例降低。最大的临床试验是由Heimbach教授所主导的，在106位病患总计194个部位上，以人工真皮的方式治疗急性烧伤并且获得很好的愈后。不管在病患的存活率，或是烧伤后瘢痕挛缩方面，皆可获得令人满意的结果。

目前市面上的人造皮肤，其结构及成分如上所述，包括胶原蛋白、硅胶、糖胺聚糖、弹性蛋白等成分，而为了弥补组织强度上的不足，应用了具毒性的交链剂（如戊二醛Glutaraldehyde等）来提高人造皮肤的硬度，或用加热方式虽可交链，但将使胶原蛋白失去三次元结构，也相对失去诱导组织生长的蛋白质结构。现阶段的重建技术，是利用材料本身，与伤口作用，部分产生肉芽组织，来增加彼此间的交联，但却无法被正常皮肤取代，因此必须加以手术移去，再使用本身的皮肤植皮，以达到伤口愈合的目的；对此，不可避免地会对伤口造成二次伤害，因此，开发对人体无害或是能直接同化吸收的人造皮肤是本领域有待提升的课题。

再者，因人造真皮于现阶段是人类生化科技的一大进步，在材料与设备上亦有极高的要求，生产成本极为不菲，一片10×25 平方公分的人工真皮，价格接近五万元，并非是一般民众所能承担的范围；因此，如何降低成本提高产量来增加普及率，亦是技术上需克服的问题。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种无交链剂的多孔性人造皮肤，其是以生物可降解材料，如PLLA（聚左旋乳酸），来作为胶原蛋白支架，无须化学交链；藉此构成无毒性组织结构，仅需一阶段程序进行重建，聚乳酸骨架将在真皮重建后吸收，无须二次手术取出。

本发明主要是藉由电纺方法或化学混练方法，增加其强度，将胶原蛋白与PLLA依据浓度梯度等比例交错迭层，在胶原蛋白中加入PLLA，使得越外面的PLLA较接近伤口创面的为多，如此就可以形成一个柔软度逐渐增加的人造皮肤。

本发明的多孔性人造皮肤，其主要成分包含胶原蛋白及PLLA（聚左旋乳酸），且是透过静电纺丝制成的奈米纤维多孔膜，该多孔膜的孔隙由一表侧至另一表侧逐渐缩小，其主要结构至少可分成一外层及一内层，内层的孔隙普遍介于10-125μm之间，厚度约为2mm，以利于人体组织的生长与同化，而外层表面（远离内层的一侧表面）的孔隙小于2μm，厚度约为0.2mm，如同人体皮肤表面，能具有阻止细菌入侵、防止组织及器官水分蒸发等效果，藉以增加重建的效果。

所述多孔膜是依胶原蛋白及PLLA的浓度梯度等比例交错迭层而成。所述外层的厚度约为0.2mm，该内层的厚度约为2mm。

本发明的多孔性人造皮肤能永久性地覆盖且被人体同化吸收，其具有以下优点：(1)与伤口可以紧密的结合，并且维持正常水分及热的传导；(2)本身是无毒、无菌、无发炎性，不会造成过敏，并且可以对于细菌提供人体的一个屏障；(3)可以参与个体正常的防卫及修复机转；(4)提供永久的表皮且与个体同时增长；(5)维持长期的弹性及坚韧性；(6)可维持长期的机械性及美观的功能，并减轻瘢痕的挛缩；(7)与正常的人体组织融合。

本发明另提供了一种多孔性人造皮肤制造设备，是透过多元同轴并联的电纺喷嘴及PID监控系统、图像化人机接口共同组成全自动回馈方式控制，达到PID对位精度±0.5mm、人机操作面板一式及交错迭层式电纺量产设备，能大幅度增加产能。

本发明的一种多孔性人造皮肤制造设备，其设置有一输送路径，其特征在于，该输送路径上依序设有：一底材供应装置，其供底材置放，让底材能沿该输送路径前进；一静电纺丝装置，其通过电纺喷嘴将供应的胶原蛋白原料及PLLA原料依浓度梯度等比例交错迭层的方式喷洒于底材上，经由电纺在底材上形成孔隙由小渐大的奈米纤维多孔膜，其中，该多孔膜靠近底材的一侧为外层，且其与底材接触的表面孔隙小于2μm，该多孔膜远离底材的一侧为内层，且该内层的孔隙介于10-125μm之间；一风干装置，用于供应热风，以对电纺后的上述多孔膜进行热风干燥处理；一滚压装置，用于对经过的上述多孔膜及底材进行表面滚压处理；以及，一收料装置，用于收集完成的成品。

所述静电纺丝装置的电纺喷嘴包含分别喷洒胶原蛋白原料及PLLA原料的电纺喷嘴，该各电纺喷嘴为数个且同轴并联，且分别连接于一溶解有胶原蛋白的溶液槽及一能熔融PLLA的熔融装置。

所述静电纺丝装置的电纺喷嘴包含分别喷洒胶原蛋白原料及PLLA原料的电纺喷嘴，该各电纺喷嘴为数个且同轴并联，且分别连接于一溶解有胶原蛋白的溶液槽及另一溶解有PLLA的溶液槽。

所述静电纺丝装置的电纺喷嘴为数个且同轴并联，并连接于一溶解有胶原蛋白及PLLA的溶液槽。

所述电纺喷嘴为高压气体喷嘴。

所述静电纺丝装置进一步电性连接一监控系统，且该些电纺喷嘴由该监控系统以PID全自动回馈方式控制。

所述滚压装置与该收料装置间进一步包括一裁切装置，其用于一并裁切电纺后的多孔膜及底材。

为使本发明的上述目的、功效及特征可获致更具体的了解，兹依下列附图说明如下。

附图说明

图1是本发明制造设备的示意图。

图2是本发明多孔性人造皮肤的结构示意图。

图2A是图2中A的放大图。

图3是本发明制造设备设有裁切装置的示意图。

图4是本发明制造设备的系统结构框图。

图5是本发明制造流程示意图。

图6是本发明静电纺丝一可行实施例的示意图。

图7是本发明静电纺丝另一可行实施例的示意图。

图8是本发明静电纺丝再一可行实施例的示意图。

符号说明：

1 多孔性人造皮肤

11 外层

12 内层

2 底材供应装置

20 底材

3 原料供应装置

31 熔融装置

32、33、34 溶液槽

35 缓冲液

4 静电纺丝装置

41、42、43 电纺喷嘴

44 电纺成网区

5 风干装置

6 滚压装置

7 裁切装置

8 收料装置

9 监控系统

P 输送路径

S11 底材供应

S12 原料供应

S2 静电纺丝

S23 废弃处理

S3 热风干襙

S4 表面滚压

S5 裁切

S6 收料。

具体实施方式

请参见图1及图2所示，本发明的多孔性人造皮肤1是透过一静电纺丝的制造设备所制成，主要原料为胶原蛋白及PLLA（聚左旋乳酸），是经过静电纺丝依浓度梯度等比例交错迭层形成的奈米纤维多孔膜，其孔隙由一侧至另一侧呈现大到小、疏到密的型态，而根据其迭层的结构，主要可划分成一外层11及一内层12；外层11的厚度约为0.2mm，外层11的孔隙大于内层12的孔隙，且外层11在远离内层的一侧表面的孔隙小于2μm；内层12的厚度约为2mm，孔隙普遍介于10-125μm之间。

本实施例多孔性人造皮肤1的生产制造主要是利用静电纺丝将原料成型于一底材20上，在其迭层的成型过程中，透过浓度梯度的控制让靠近底材20的迭层有较小较密集的孔隙的，而远离底材20的迭层孔隙则逐渐增大，也较疏；藉此，在实际使用时，能直接以孔隙较大的一侧（即内层12）朝伤口覆盖，让人体再生的组织能顺利地从大孔隙向内生长，而小孔隙的外层11亦可防止细菌侵入伤口，以及避免伤口水分、组织的流失，能加速达到重建的效果，再者，利用多孔性人造皮肤的PLLA（聚左旋乳酸）成分能取代含毒性的交链剂，作为胶原蛋白支架，构成足够的组织强度，且PLLA能完全地被人体吸收同化，留存的胶原蛋白骨架可吸引血管内皮细胞及纤维母细胞进入，使表皮组织逐步达到真皮化与上皮化，可缩短伤口愈合时间，仅需一次重建手术即可到位，无需再次手术增加伤口的负担。

再请一并参见图3及图4，制造设备的总成包括有一底材供应装置2、一原料供应装置3、一静电纺丝装置4、一风干装置5、一滚压装置6、一收料装置8及一监控系统9，而底材供应装置2、静电纺丝装置4、风干装置5、滚压装置6及收料装置8依序设置于一输送路径P上。

底材供应装置2主要能供成卷的底材20置放，并让底材20能沿该输送路径P前进；原料供应装置3则能将调配完成的原料供应至静电纺丝装置4；静电纺丝装置4能将原料喷洒于底材20上，透过静电纺丝形成奈米纤维多孔膜（多孔性人造皮肤1）；风干装置5主要是供应热风，以对电纺后的多孔膜（多孔性人造皮肤1）进行热风干燥处理；滚压装置6能对经过的多孔膜（多孔性人造皮肤1）与底材20进行表面滚压处理；收料装置8主要为成品的收集，可以是能卷收的收卷机构（如图1所示），或是平面收放的收集机构（如图3所示）；监控系统9电性连接前述的各装置，能利用PID监控及图像化人机接口进行全自动回馈方式控制。

依据实际的需求，收料装置8前可配设有一裁切装置7，藉以在生产完成后直接裁切成片或成卷并收集；当然，收料装置8的前或后另可依需求增设检验、包装等机构。

可配合参见图5及图6，制造设备的运行流程是先有底材供应S11及原料供应S12的程序，底材供应S11系让底材供应装置2的底材20沿输送路径P供应至静电纺丝装置4，而原料供应S12系通过原料供应装置3将胶原蛋白原料和PLLA（聚左旋乳酸）原料供应至静电纺丝装置4的电纺喷嘴41、42（如图6所示）；之后进行静电纺丝S2的程序，透过电纺喷嘴41、42在底材20上形成交错迭层形成的奈米纤维多孔膜；随后进行热风干燥S3的工序，利用风干装置5吹送热风进行热风干燥的处理；在进行静电纺丝S2及热风干燥S3的工序时，也同时进行有废气处理S23的工序，其系将废气集中后作VOC的减废处理；再之后则依序利用滚压装置6进行表面滚压S4、材切装置进行裁切S5、及收料装置8进行收料S6等的工序。

本发明中静电纺丝的生成技术可有多种实施型态：如图6所示，其包含有用以喷洒PLLA（聚左旋乳酸）原料的电纺喷嘴41以及用以喷洒胶原蛋白原料的电纺喷嘴42，且分别连接至原料供应装置3的熔融装置31及溶液槽32，该熔融装置31用以熔融固态的PLLA并供应至电纺喷嘴41，而该溶液槽32内有经缓冲液35溶解胶原蛋白后的胶原蛋白溶液，并能供应至电纺喷嘴42，透过二电纺喷嘴41、42于底材20上的电纺成网区44进行交错迭层的喷洒，形成孔隙由小渐大的奈米纤维多孔膜（多孔性人造皮肤1）。其中，该缓冲液35采用能溶解胶原蛋白与PLLA的溶剂，如THF(tetrahydrofuran)等溶剂。

再如图7所示，其包含用以喷洒PLLA（聚左旋乳酸）及胶原蛋白混合原料的电纺喷嘴43，该电纺喷嘴43连接至原料供应装置3的溶液槽33，该溶液槽33内装有用缓冲液35（如THF等溶剂）溶解PLLA及胶原蛋白的混合液，并能供应至电纺喷嘴43，透过于底材20上的电纺成网区44进行交错迭层的喷洒，形成孔隙由小渐大的奈米纤维多孔膜（多孔性人造皮肤1）。

又如图8所示，其包含有用以喷洒PLLA（聚左旋乳酸）原料的电纺喷嘴41以及用以喷洒胶原蛋白原料的电纺喷嘴42，且分别连接至原料供应装置3的溶液槽34、32，其一溶液槽34内装有用缓冲液35（如THF等溶剂）溶解PLLA的PLLA溶液，且能供应至电纺喷嘴41，另一溶液槽32内装有用缓冲液35（如THF等溶剂）溶解胶原蛋白的胶原蛋白溶液，且能供应至电纺喷嘴42，透过二电纺喷嘴41、42于底材20上的电纺成网区44进行交错迭层的喷洒，形成孔隙由小渐大的奈米纤维多孔膜（多孔性人造皮肤1）。

于可行的实施例中，底材20的材料可选用不织布，而静电纺丝装置中的电纺喷嘴41、42、43为高压气体喷嘴；又，该各用以喷洒胶原蛋白原料或PLLA原料的电纺喷嘴41、42、43能为数个且同轴并联，例如由数个同轴并联的电纺喷嘴41与数个同轴并联的电纺喷嘴42，一并于电纺成网区44喷洒PLLA原料与胶原蛋白原料进行交错迭层的电纺工序，能于单一产在线提升数倍至数十倍的产能，于实际应用中，电纺喷嘴41、42、43同轴并联的数量可依产线的规格而定，较佳的为2-50个；另外，再配合监控系统9达到PID监控、图像化人机接口共同组成全自动回馈方式控制，达到PID对位精度±0.5mm、人机操作面板一式及交错迭层式电纺量产设备，能配合提升生产的效能，大幅度增加产能。

综合以上所述，本发明的多孔性人造皮肤及制造设备确能改善现有技术上的缺点，并提高产能，实为一具新颖性及进步性的创作，依法提出申请发明专利。但，上述说明的内容，仅为本发明的较佳实施例说明，举凡依本发明的技术手段与范畴所延伸的变化、修饰、改变或等效置换，亦皆应落入本发明的专利申请范围内。

Claims

1.一种多孔性人造皮肤，其特征在于，其是用胶原蛋白及PLLA经静电纺丝制成的奈米纤维多孔膜，该多孔膜至少形成有一外层及一内层，且该多孔膜的孔隙由一表侧至另一表侧逐渐缩小，其中，该内层的孔隙介于10-125μm之间，而该外层远离内层的一侧表面的孔隙小于2μm。

2.如权利要求１所述的多孔性人造皮肤，其特征在于，所述多孔膜是依胶原蛋白及PLLA的浓度梯度等比例交错迭层而成。

3.如权利要求１所述的多孔性人造皮肤，其特征在于，所述外层的厚度为0.2mm，该内层的厚度为2mm。

4.一种多孔性人造皮肤制造设备，其设置有一输送路径，其特征在于，该输送路径上依序设有：

一底材供应装置，其供底材置放，让底材能沿该输送路径前进；

一静电纺丝装置，其通过电纺喷嘴将供应的胶原蛋白原料及PLLA原料依浓度梯度等比例交错迭层的方式喷洒于底材上，经由电纺在底材上形成孔隙由小渐大的奈米纤维多孔膜，其中，该多孔膜靠近底材的一侧为外层，且其与底材接触的表面孔隙小于2μm，该多孔膜远离底材的一侧为内层，且该内层的孔隙介于10-125μm之间；

一风干装置，用于供应热风，以对电纺后的上述多孔膜进行热风干燥处理；

一滚压装置，用于对经过的上述多孔膜及底材进行表面滚压处理；以及，

一收料装置，用于收集完成的成品。

5.如权利要求4所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述静电纺丝装置的电纺喷嘴包含分别喷洒胶原蛋白原料及PLLA原料的电纺喷嘴，该各电纺喷嘴为数个且同轴并联，且分别连接于一溶解有胶原蛋白的溶液槽及一能熔融PLLA的熔融装置。

6.如权利要求4所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述静电纺丝装置的电纺喷嘴包含分别喷洒胶原蛋白原料及PLLA原料的电纺喷嘴，该各电纺喷嘴为数个且同轴并联，且分别连接于一溶解有胶原蛋白的溶液槽及另一溶解有PLLA的溶液槽。

7.如权利要求4所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述静电纺丝装置的电纺喷嘴为数个且同轴并联，并连接于一溶解有胶原蛋白及PLLA的溶液槽。

8.如权利要求5至7中任一项所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述电纺喷嘴为高压气体喷嘴。

9.如权利要求8所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述静电纺丝装置进一步电性连接一监控系统，且该些电纺喷嘴由该监控系统以PID全自动回馈方式控制。

10.如权利要求9所述的多孔性人造皮肤制造设备，其特征在于，所述滚压装置与该收料装置间进一步包括一裁切装置，其用于一并裁切电纺后的多孔膜及底材。