CN110772661A - 一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料及其制备方法 - Google Patents

一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料及其制备方法。所述敷料包括载药亲水修复天然聚合物纤维层及防水透气合成聚合物纤维层；采用无毒环保溶剂体系，通过静电纺丝技术逐层制备。制备方法为：将天然聚合物和药物溶解于无毒环保溶剂中，加入交联剂；将合成聚合物溶解于无毒环保溶剂中，加入疏水剂；将天然聚合物溶液、合成聚合物溶液分别置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝制成双层纤维膜。本发明制备的双层纳米纤维敷料不含有毒溶剂，作为敷料不会对开放型伤口产生毒副作用；双层纳米纤维敷料具有防水透气性能，细胞相容性好，可促进皮肤损伤大鼠伤口愈合，在皮肤敷料领域具有巨大应用前景。

Description

一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料及其制备方法，属于生物医用材料领域。
背景技术
据统计，我国每年有数千万人因意外事故和手术造成皮肤创伤。目前自体皮肤移植仍然是临床最有效的治疗皮肤缺损方案，但因来源有限、造成二次伤害等严重限制了其应用。因此，皮肤敷料作为伤口护理的重要医药产品，具有止血、避免感染及促进伤口愈合等作用，已广泛应用于伤口护理。但我国在高端敷料研发方面较为薄弱，主要依靠进口。目前的敷料产品主要起物理隔离作用，促伤口愈合的能力有限。因此亟需开发高效促伤口愈合、舒适性好的高端敷料。
防水透气敷料可使外界水在一定压力下不渗入伤口，同时汗液以水蒸气的形式传导到外界，保证伤口不易感染和舒适性。目前市售高端敷料如瑞典墨尼克美皮康聚氨酯泡沫敷料、德国保赫曼德湿肤聚亚氨酯泡沫敷料等的透气量为0.6～1.5g/m2/d。而防水敷料相对比较少。难以满足皮肤破损创面高透气和防水需求。静电纺丝技术可制备纳米尺寸的纤维，纳米纤维的高比表面积有利于吸收伤口渗出液，纤维间交错搭接、孔径小、孔隙率高，可透气、有效阻挡细菌侵入。同时静电纺丝纳米纤维材料具有与细胞外基质相似的网状结构，有利于上皮细胞附着、增殖和新组织再生，同时便于担载小分子药物和生物活性因子促进组织修复，因此，静电纺丝纳米纤维是理想的皮肤敷料材料之一。
静电纺丝纳米纤维用于开放性伤口敷料面临的一大难题是有机溶剂残留引起的毒性。目前电纺纤维防水透湿膜(CN201410842872.2)和电纺纤维敷料(201410255398.3)大多采用三氟乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、四氢呋喃、等有毒溶剂。不但在生产过程中对环境造成一定的污染，而且制备出的纳米纤维敷料中残余的有毒溶剂通过开放性伤口进入人体，会减缓伤口愈合并损害人体健康。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有纳米纤维皮肤敷料中有机溶剂残留的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料，其特征在于，包括载药亲水修复天然聚合物纤维层及防水透气合成聚合物纤维层；采用无毒环保溶剂体系，通过静电纺丝技术逐层制备。
优选地，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层的纤维直径为300～1100nm，防水透气合成聚合物纤维层的纤维直径为200～700nm。
优选地，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层中的天然聚合物为明胶、胶原和壳聚糖中的至少一种；所述防水透气合成聚合物纤维层中的合成聚合物为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和聚氨酯(PU)中的至少一种。
优选地，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层中国年所担载的药物为姜黄素、美洛昔康、吲哚美辛和可的松中的任意一种，药物的含量为天然聚合物质量的0.2～1％。
优选地，所述防水透气合成聚合物纤维层中掺杂疏水剂，疏水剂为聚二甲基硅氧烷或氟化聚氨酯，疏水剂在防水透气合成聚合物纤维层中的质量含量为5～60％。
优选地，所述双层皮肤敷料的耐水压为6～50kPa，透气性为8～12kg/m2/d，断裂伸长率范围为50～400％。
本发明还提供了上述无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将天然聚合物和药物以质量百分比5～20％的比例溶解于无毒环保溶剂中，然后加入交联剂，搅拌均匀；将无毒环保溶剂质量5～30％的合成聚合物溶解于无毒环保溶剂中，然后加入无毒环保溶剂质量5～60％的疏水剂，搅拌均匀；
第二步：将第一步制得的天然聚合物溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝，所得的纳米纤维接收在基材上，纤维膜厚度为0.1～0.3μm；
第三步：将第一步制得的合成聚合物溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置在第二步中所得的纳米纤维上继续纺丝，纤维膜厚度为0.1～0.3μm；
第四步：将第三步所得的双层纤维膜在50～70℃真空干燥2～3小时。
优选地，所述第一步中所使用的无毒环保溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇和乙酸中的至少一种。
优选地，所述第一步中所使用的交联剂为EDC/NHS、京尼平和Ca2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ba2+、Sr2+、Al3+、Zn2+化学交联中的至少一种。
优选地，所述第二步、第三步中的纺丝参数为：纺丝电压10～30kV，接收距离10～30cm，灌注速度0.1～10mL/h，温度20～35℃，相对湿度30～80％。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明制备的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料,内层天然聚合物载药纤维层可促进伤口愈合，外层防水透气合成聚合物纤维层可防水，双层复合纤维既能促进伤口愈合，又有很好的舒适性。
(2)本发明制备的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料制备过程中采用无毒环保溶剂，避免了有毒溶剂残留引起的开放型伤口的炎症反应及对人体的毒害。
附图说明
图1为双层纤维膜的SEM图片；
图2为双层纤维膜横截面SEM图片；
图3为双层纤维膜防水性能演示图片；
图4为双层纤维膜细胞培养活死细胞染色荧光显微镜图片。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种无毒环保溶剂型明胶-PVB/聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将明胶溶解于去离子水中，30℃～35℃水合20～40min，然后升高温度到50～60℃使其完全溶解，制备得到质量分数10～20％的明胶溶液。将与明胶质量比为1～10％的单宁酸加入明胶溶液中，混合水浴继续搅拌10～20min混合均匀，加入与明胶质量比0.1～2wt％抗炎药物姜黄素溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为8～15％的PVB溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PVB质量比为10～60％PDMS溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为15～25kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为0.2～0.5mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为45±5％，得到亲水性明胶纳米纤维；
第三步：将第二步中所得的纳米纤维作为新的接收基材备用；将第一步中配置好的PVB/PDMS溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～20kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为0.2～0.5mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为45±5％，得到防水透气PVB/PDMS纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到明胶-PVB/PDMS双层纳米纤维膜。图1为双层纤维膜SEM照片，纤维直径均匀，形成三维孔道结构，有利于蒸汽传输。图2为双层纤维膜横截面SEM照片，可见亲水修复层和防水透气层粘结紧密。所述纳米纤维膜耐水压为55～60kPa，水蒸气透过率为9.9～10.5kg/m2/d，图3为水、咖啡、牛奶等液滴在双层纤维膜表面的状态，液滴未铺展，呈现球形，可见纤维膜具有很好的疏水性和防水性能；
第五步：将人间充质干细胞种植到明胶-PVB/PDMS双层纳米纤维膜上，图4为脐带间充质干细胞在该支架上培养7天后的活死细胞荧光照片，细胞存活率为95～97％，且细胞呈现拉伸状态，可见细胞相容性良好；
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现8～10天已完全愈合，显著高于未任何处理的对照组。
实施例2
一种无毒环保溶剂型明胶-PU/含氟PU纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将明胶溶解于去离子水中，30℃～35℃水合20～40min，然后升高温度到50～60℃使其完全溶解，制备得到质量浓度10～20％的明胶溶液。将与明胶质量比为1～10％的单宁酸加入明胶溶液中，混合水浴继续搅拌10～20min混合均匀，加入与明胶质量比0.1～2wt％抗炎药物姜黄素溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为3～10％的水溶性PU溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PU质量比为10～60％氟化PU溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：将第一步中配置好的明胶溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为15～25kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为0.2～0.5mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为45±5％，得到亲水性明胶纳米纤维；
第三步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，将第一步中配置好的PU/氟化PU溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～25kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为3～10mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～80％，得到防水透气PU/氟化PU纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到明胶-PU/氟化PU双层纳米纤维膜。所述纳米纤维膜耐水压为25～30kPa，水蒸气透过率为8.0～10.1kg/m2/d；
第五步：将人间充质干细胞种植到明胶-PU/氟化PU双层纳米纤维膜上，细胞相容性良好，细胞存活率为95～97％；
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现9～10天已完全愈合，显著高于未任何处理的对照组。
实施例3
一种无毒环保溶剂型胶原-PVB/PDMS纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将胶原溶解于体积浓度50～90％醋酸溶液中，完全溶解，制备得到质量浓度5～15％的胶原溶液，加入质量浓度为10～20％的EDC/NHS溶液，搅拌均匀。加入与胶原质量比0.1～2wt％抗炎药物美洛昔康溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为8～15％的PVB溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PVB质量比为10～60％PDMS溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：将第一步中配置好的胶原溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为10～20kV，接收距离为10～15cm，灌注速度为0.2～0.4mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～45％，得到亲水性胶原纳米纤维；
第三步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，将第一步中配置好的PVB/PDMS溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～20kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为0.2～0.5mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为45±5％，得到防水透气PVB/PDMS纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到胶原-PVB/PDMS双层纳米纤维膜。所述纳米纤维膜耐水压为30～40kPa，水蒸气透过率为9.0～12.0kg/m2/d；
第五步：将人间充质干细胞种植到胶原-PVB/PDMS纳米纤维膜上，细胞相容性良好，细胞存活率为95～97％。
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现8～9天已完全愈合，显著高于未任何处理的对照组。
实施例4
一种无毒环保溶剂型胶原-PU/含氟PU纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将胶原溶解于体积浓度50～90％醋酸溶液中，完全溶解，制备得到质量浓度5～15％的胶原溶液，加入质量浓度10～20％的EDC/NHS溶液，搅拌均匀。加入与胶原质量比0.1～2wt％抗炎药物美洛昔康溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为3～10％的水溶性PU溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PU质量比为10～60％氟化PU溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：将第一步中配置好的胶原溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为10～20kV，接收距离为10～15cm，灌注速度为0.2～0.4mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～45％，得到亲水性胶原纳米纤维；
第三步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，将第一步中配置好的PU/氟化PU溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～25kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为3～10mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～80％，得到防水透气PU/氟化PU纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到胶原-PU/氟化PU双层纳米纤维膜。所述纳米纤维膜耐水压为35～50kPa，水蒸气透过率为10.0～12.0kg/m2/d；
第五步：将人间充质干细胞种植到胶原-PU/氟化PU纳米纤维膜上，细胞相容性良好，细胞存活率为95～98％。
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现7～9天已完全愈合，显著高于未任何处理的对照组。
实施例5
一种无毒环保溶剂型壳聚糖-PVB/PDMS纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将壳聚糖和聚乙烯醇(PVA)溶解于体积浓度10～20％醋酸溶液中，完全溶解，制备得到质量浓度10～15％的壳聚糖/PVA溶液，加入质量浓度5～10％的京尼平溶液，搅拌均匀。加入与壳聚糖/PVA质量比0.1～2wt％抗炎药物吲哚美辛溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为8～15％的PVB溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PVB质量比为10～60％PDMS溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：将第一步中配置好的壳聚糖/PVA溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为15～30kV，接收距离为10～15cm，灌注速度为0.2～0.8mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～45％，得到亲水性壳聚糖/PVA纳米纤维；
第三步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，将第一步中配置好的PVB/PDMS溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～20kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为0.2～0.5mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为45±5％，得到防水透气PVB/PDMS纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到壳聚糖/PVA-PVB/PDMS双层纳米纤维膜。所述纳米纤维膜耐水压为20～35kPa，水蒸气透过率为5.0～9.0kg/m2/d；
第五步：将人间充质干细胞种植到壳聚糖/PVA-PVB/PDMS纳米纤维膜上，细胞相容性良好，细胞存活率为95～97％。
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现6～7天已完全愈合，显著高于对照组。
实施例6
一种无毒环保溶剂型壳聚糖-PU/氟化PU纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，具体步骤为：
第一步：将壳聚糖和PVA溶解于体积浓度10～20％醋酸溶液中，完全溶解，制备得到质量浓度10～15％的壳聚糖/PVA溶液，加入质量浓度5～10％的京尼平溶液，搅拌均匀。加入与壳聚糖/PVA质量比0.1～2wt％抗炎药物吲哚美辛溶液，搅拌均匀；
将质量浓度为3～10％的水溶性PU溶解于无水乙醇中，室温搅拌使其完全溶解；将与PU质量比为10～60％氟化PU溶解于上述溶液中，继续室温搅拌；
第二步：将第一步中配置好的壳聚糖/PVA溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝。纺丝电压为15～30kV，接收距离为10～15cm，灌注速度为0.2～0.8mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～45％，得到亲水性壳聚糖/PVA纳米纤维；
第三步：以第二步中所得的纳米纤维作为接收基材，将第一步中配置好的PU/氟化PU溶液置于注射器中，进行静电纺丝，纺丝电压为10～25kV，接收距离为10～30cm，灌注速度为3～10mL/h，温度为25±2℃，相对湿度为30～80％，得到防水透气PU/氟化PU纳米纤维；
第四步：将第三步所得的双层复合纤维50～70℃真空干燥2～3小时，得到壳聚糖/PVA-PU/氟化PU双层纳米纤维膜。所述纳米纤维膜耐水压为20～60kPa，水蒸气透过率为6.0～9.5kg/m2/d；
第五步：将人间充质干细胞种植到壳聚糖/PVA-PU/氟化PU纳米纤维膜上，细胞相容性良好，细胞存活率为94～97％；
第六步：将载药双层纤维膜移植到大鼠皮肤缺损区，发现7～8天已完全愈合，显著高于未任何处理的对照组。

Claims (10)

1.一种无毒环保溶剂型双层纳米纤维皮肤敷料，其特征在于，包括载药亲水修复天然聚合物纤维层及防水透气合成聚合物纤维层；采用无毒环保溶剂体系，通过静电纺丝技术逐层制备。
2.如权利要求1所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料，其特征在于，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层的纤维直径为300～1100nm，防水透气合成聚合物纤维层的纤维直径为200～700nm。
3.如权利要求1所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料，其特征在于，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层中的天然聚合物为明胶、胶原和壳聚糖中的至少一种；所述防水透气合成聚合物纤维层中的合成聚合物为聚乙烯醇缩丁醛和聚氨酯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料，其特征在于，所述载药亲水修复天然聚合物纤维层中国年所担载的药物为姜黄素、美洛昔康、吲哚美辛和可的松中的任意一种，药物的含量为天然聚合物质量的0.2～1％。
5.如权利要求1所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料，其特征在于，所述防水透气合成聚合物纤维层中掺杂疏水剂，疏水剂为聚二甲基硅氧烷或氟化聚氨酯，疏水剂在防水透气合成聚合物纤维层中的质量含量为5～60％。
6.如权利要求1所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料，其特征在于，所述双层皮肤敷料的耐水压为6～50kPa，透气性为8～12kg/m2/d，断裂伸长率范围为50～400％。
7.权利要求1-6所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将天然聚合物和药物以质量百分比5～20％的比例溶解于无毒环保溶剂中，然后加入交联剂，搅拌均匀；将无毒环保溶剂质量5～30％的合成聚合物溶解于无毒环保溶剂中，然后加入无毒环保溶剂质量5～60％的疏水剂，搅拌均匀；
第二步：将第一步制得的天然聚合物溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝，所得的纳米纤维接收在基材上，纤维膜厚度为0.1～0.3μm；
第三步：将第一步制得的合成聚合物溶液置于注射器中，采用静电纺丝装置在第二步中所得的纳米纤维上继续纺丝，纤维膜厚度为0.1～0.3μm；
第四步：将第三步所得的双层纤维膜在50～70℃真空干燥2～3小时。
8.如权利要求7所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，其特征在于，所述第一步中所使用的无毒环保溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇和乙酸中的至少一种。
9.如权利要求7所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，其特征在于，所述第一步中所使用的交联剂为EDC/NHS、京尼平和Ca2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ba2+、Sr2+、Al3+、Zn2+化学交联中的至少一种。
10.如权利要求7所述的无毒环保溶剂型纳米纤维双层皮肤敷料的制备方法，其特征在于，所述第二步、第三步中的纺丝参数为：纺丝电压10～30kV，接收距离10～30cm，灌注速度0.1～10mL/h，温度20～35℃，相对湿度30～80％。
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