CN112354008B - 一种具有各向异性浸润性的生物补片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有各向异性浸润性的生物补片及其制备方法，该方法利用微流控技术制备了表面具有亲水/疏水纳米粒子的胶体微球模板，其中，外相为分散有纳米粒子的油相，内相为明胶溶液，生成的液滴固化形成亲水/疏水胶体微球模板，灌入光聚合聚氨酯溶液，利用紫外光聚合，去除微球模板获得具有各向异性浸润性的生物补片。本发明制备的具有各向异性浸润性的生物补片可直接贴附在创面处，由于其具有可控的表面浸润性，其中疏水侧能够有效的防止组织粘连，而亲水侧则有利于生物渗液的排出，从而有效地促进创面愈合；且具有有序并连通的孔洞结构，有利于水分和营养物质的交换，解决了传统生物补片结构单一、孔洞连通差的问题，应用前景广泛。

Description

一种具有各向异性浸润性的生物补片及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种具有各向异性浸润性的生物补片及其制备方法。

背景技术

创面愈合一直是困扰科学研究和临床试验的主要问题之一，它涉及对皮肤损伤的复杂生物反应，包括局部炎症、细胞增殖和分化、组织重建等方面。生物补片是典型的薄膜或膜样生物材料，可直接应用于创面，能够通过调节细胞的粘附和增殖过程促进创面愈合。近年来，随着组织工程技术的发展，生物补片已成为创面愈合的新热点。

传统的生物补片大多是亲水性的，有利于细胞的粘附和增殖，但是在更换的过程中容易造成二次损伤；而疏水的生物补片则能够有效地防止组织粘连，但是其透气性差，且细胞不易粘附，影响其治疗效果。尽管通过调整生物补片的物理化学性质，在改善创面愈合性能方面取得了很大进展，但仍存在一些缺陷，特别是对表面润湿性控制不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有各向异性浸润性的生物补片及其制备方法，本发明通过控制生物补片的表面浸润性促进创面愈合。

本发明基于表面润湿性，通过微流控乳液模板复制和表面改性的方法，提供了一种具有各向异性浸润性的生物补片，该生物补片的疏水侧可直接接触创面，能够有效地防止组织粘连，亲水侧则有利于吸附多余的生物积液，从而加速创面愈合。该生物补片具有可控的表面浸润性，有望在创面修复领域发挥重要作用。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有各向异性浸润性的生物补片，其制备方法包括如下步骤：

(1)制备胶体微球模板：利用微流控单乳液装置制备表面包覆有亲水/疏水纳米粒子的胶体微球，其中外相为分散有纳米粒子的油相，内相为水凝胶溶液，生成的液滴固化形成亲水/疏水胶体微球模板；

(2)制备具有各向异性浸润性的生物补片：将步骤(1)制备的亲水/疏水胶体微球模板作为正模版，向其缝隙中灌入光聚合聚氨酯溶液，通过紫外光固化后，去除亲水/疏水胶体微球模板，获得具有各向异性浸润性的生物补片。

进一步的，所述亲水/疏水胶体微球模板的外相溶液为分散有亲水二氧化硅纳米粒子或疏水聚苯乙烯纳米粒子的甲基硅油、矿物油或正十六烷中的一种；所述亲水/疏水胶体微球模板的内相为明胶溶液。

进一步的，所述的光聚合聚氨酯溶液在光聚合前需要避光处理。

进一步的，所述的亲水二氧化硅纳米粒子粒径在200-230nm；所述的疏水聚苯乙烯纳米粒子粒径在220-250nm。

进一步的，所述的亲水/疏水胶体微球模板的直径为200-500μm。

进一步的，所述光聚合聚氨酯溶液的固化方法为向聚氨酯溶液中加入质量百分比为1-2％的2-羟基-2-甲基苯丙酮，紫外光照聚合。

步骤(2)中，所述亲水/疏水胶体微球模板的去除方法为加热至40℃使其溶解。

步骤(2)所述的亲水/疏水胶体微球模板中，亲水胶体微球模板排列成3层，疏水胶体微球模板排列成1层，共4层胶体微球模板。

进一步的，所制备的具有各向异性浸润性的生物补片具有3层亲水的孔洞结构和1层疏水的孔洞结构。

本发明还保护了所述的具有各向异性浸润性的生物补片在制备促进创面修复的药物中的应用。其中，具有各向异性浸润性的生物补片的疏水侧直接贴附在创面上，由于孔洞之间的连通性，生物积液可直接通过疏水侧被亲水侧吸附，在防止组织粘连的同时去除生物积液，从而加速创面的愈合。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的具有各向异性浸润性的生物补片的制备方法，通过微流控乳液模板和表面改性的方法，制备得到表面包覆有亲水/疏水纳米粒子的胶体微球模板，制备方法简单可靠，重复性良好，且可实时调节胶体微球模板的直径，从而很容易地制备不同尺寸的胶体微球模板满足不同的需求；

2)本发明提供的生物补片具有各向异性浸润性，在实际应用中，疏水侧直接贴附在创面上，由于孔洞之间的连通性，生物积液可直接通过疏水侧被亲水侧吸附，在防止组织粘连的同时去除生物积液，从而加速创面的愈合；

3)本发明提供的具有各向异性浸润性的生物补片具有有序并连通的孔洞结构，有利于水分和营养物质的交换，解决了传统生物补片结构单一、孔洞连通差的问题，且该各向异性浸润性的生物补片具有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附和增殖，作为理想的生物补片具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明具有各向异性浸润性的生物补片的制备示意图；其中，图a为微流控单乳液装置和胶体微球模板生成的示意图，图b为具有各向异性浸润性的生物补片制备示意图。

图2为本发明的亲水/疏水胶体微球的光镜图和电镜图；其中，图a为胶体微球的光镜图，图b为胶体微球的电镜图。

图3为本发明的具有各向异性浸润性的生物补片的亲水侧和疏水侧电镜图；其中，图a为亲水侧电镜图，图b为疏水侧电镜图。

图4为本发明实施例具有各向异性浸润性的生物补片应用于创面修复；其中，a为实验组HE染色结果，b为对照组HE染色结果。

具体实施方式

为了使本领域技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。

本发明提供了具有各向异性浸润性的生物补片的制备方法，通过微流控乳液模板和表面改性的方法，制备得到表面包覆有亲水/疏水纳米粒子的胶体微球模板，制备方法简单可靠，重复性良好，且可实时调节胶体微球模板的直径，从而很容易地制备不同尺寸的胶体微球模板满足不同的需求。

本发明具有各向异性浸润性生物补片在实际应用中疏水侧直接贴附在创面上，由于孔洞之间的连通性，生物积液可直接通过疏水侧被亲水侧吸附，在防止组织粘连的同时去除生物积液，从而加速创面的愈合。同时，该具有各向异性浸润性的生物补片具有有序并连通的孔洞结构，有利于水分和营养物质的交换，解决了传统生物补片结构单一、孔洞连通差的问题，且该各向异性浸润性的生物补片具有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附和增殖，可作为理想的生物补片用于创面修复。

以下为实施例：

实施例1

一种以明胶微球为模板的具有各向异性浸润性的生物补片，按照如下方法制备：

(1)微流控单乳液装置的搭建

使用毛细管拉制仪将一跟外径为1000μm，内径为580μm的玻璃毛细管一端拉成尖头结构，然后用煅针仪将该尖端的内径调整为200μm，作为内相管；再取一根同样尺寸的玻璃毛细管，将其一端打磨平滑，作为外相管，两根管子浸泡在酒精中超声清洗5min，取出毛细管自然风干后，将这两根毛细管在载玻片上组装，内相管插入外相管中，且两根毛细管的中线对齐，之后用AB胶将毛细管固定，两根管子的接口处用平头针头连接，并用AB胶密封，待胶干后使用。

(2)单乳液胶体微球模板的制备

配制20％的明胶溶液，作为内相。配置含6％疏水聚苯乙烯纳米粒子(m/v)的甲基硅油(50cs)，作为外相溶液1。然后将亲水二氧化硅纳米粒子分散在无水乙醇溶液中，基于此溶液配置含4％亲水二氧化硅纳米粒子(m/v)的甲基硅油(50cs)，作为外相溶液2。分别用10mL注射器吸取上述3种溶液并固定在注射泵上，使用PE管分别连接2个微流控装置。通过调节内相和外相溶液的流速制备不同尺寸的胶体液滴，待内相的明胶液滴凝固后，形成胶体微球模板。

(3)具有各向异性浸润性的生物补片的制备

待上一步中制备的胶体微球模板有序排列后，灌入光聚合聚氨酯溶液(含1％的2-羟基-2-甲基苯丙酮)，其中疏水胶体微球模板1层，亲水胶体微球模板3层，然后用紫外光照射50s将其固化，之后用热台加热至60℃，直至明胶完全溶解，去除明胶微球，获得具有各向异性浸润性的生物补片。

(4)具有各向异性浸润性的生物补片的表征

利用普通光学显微镜和扫描电子显微镜对具有各向异性浸润性的生物补片进行结构表征，测得具有各向异性浸润性的生物补片的亲水侧和疏水侧的孔洞直径均为300μm左右，孔洞之间具有良好的连通性。

实施例2

一种以琼脂糖微球为模板的具有各向异性浸润性的生物补片，按照如下方法制备：

(1)微流控单乳液装置的搭建

使用毛细管拉制仪将一跟外径为1000μm，内径为580μm的玻璃毛细管一端拉成尖头结构，然后用煅针仪将该尖端的内径调整为180μm，作为内相管；再取一根同样尺寸的玻璃毛细管，将其一端打磨平滑，作为外相管，两根管子浸泡在酒精中超声清洗5min，取出毛细管自然风干后，将这两根毛细管在载玻片上组装，内相管插入外相管中，且两根毛细管的中线对齐，之后用AB胶将毛细管固定，两根管子的接口处用平头针头连接，并用AB胶密封，待胶干后使用。

(2)单乳液胶体微球模板的制备

配制10％的琼脂糖溶液，作为内相。配置含6％疏水聚苯乙烯纳米粒子(m/v)的甲基硅油(50cs)，作为外相溶液1。然后将亲水二氧化硅纳米粒子分散在无水乙醇溶液中，基于此溶液配置含4％亲水二氧化硅纳米粒子(m/v)的甲基硅油(50cs)，作为外相溶液2。分别用10mL注射器吸取上述3种溶液并固定在注射泵上，使用PE管分别连接2个微流控装置。通过调节内相和外相溶液的流速制备不同尺寸的胶体液滴，待内相的琼脂糖液滴凝固后，形成胶体微球模板。

(3)具有各向异性浸润性的生物补片的制备

待上一步中制备的胶体微球模板有序排列后，灌入光聚合聚氨酯溶液(含1％的2-羟基-2-甲基苯丙酮)，其中疏水胶体微球模板1层，亲水胶体微球模板3层，然后用紫外光照射50s将其固化，之后用热台加热至100℃，直至琼脂糖完全溶解，去除琼脂糖微球，获得具有各向异性浸润性的生物补片。

(4)具有各向异性浸润性的生物补片的表征

利用普通光学显微镜和扫描电子显微镜对具有各向异性浸润性的生物补片进行结构表征，测得具有各向异性浸润性的生物补片的亲水侧和疏水侧的孔洞直径均为280μm左右，且孔洞之间具有良好的连通性。

实施例3

具有各向异性浸润性的生物补片用于大鼠创面模型：

以实施例1制备的具有各向异性浸润性的生物补片为例，选取8只重量在220g左右的雄性SD大鼠，腹腔注射10％(w/v)的水合氯醛溶液将其麻醉，在其背部建立1cm直径的全缺损创面模型；

将上述的8只模型鼠分成2组，分别为对照组和实验组，每组4只：对照组：不接受任何治疗措施；实验组：将具有各向异性浸润性的生物补片的疏水侧对着大鼠背部创面贴附，然后用胶带固定补片，连续贴附7天，之后从大鼠背部创面取样，进行HE染色；

染色结果如图4所示，对照组创面面积显著大于实验组，创面修复速度缓慢，而且几乎没有明显的上皮化现象，说明创面愈合不良；相反，实验组创面面积明显减小，而且上皮大量增殖再生，创面伤口基本恢复，说明具有各向异性浸润性的生物补片能够有效的促进创面愈合，其中疏水侧能够有效的防止伤口粘连造成的二次伤害，而亲水侧在能够吸附大量生物积液的同时还有利于细胞的粘附和增殖，且该生物补片具有有序连通的孔洞结构，有利于营养物质和氧气等的运输和交换，也有利于细胞废物的排出，能够在很大程度上避免细胞坏死。以上优势使得该具有各向异性浸润性的生物补片具有良好的促进创面修复的能力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：

（1）制备胶体微球模板：利用微流控单乳液装置制备表面包覆有亲水/疏水纳米粒子的胶体微球，其中外相为分散有纳米粒子的油相，内相为水凝胶溶液，生成的液滴固化形成亲水/疏水胶体微球模板；

（2）制备具有各向异性浸润性的生物补片：将步骤（1）制备的亲水/疏水胶体微球模板作为正模板，向其缝隙中灌入光聚合聚氨酯溶液，通过紫外光固化后，去除亲水/疏水胶体微球模板，获得具有各向异性浸润性的生物补片；

步骤（2）中，所述亲水/疏水胶体微球模板的去除方法为加热至40℃使其溶解；

步骤（2）所述的亲水/疏水胶体微球模板中，亲水胶体微球模板排列成3层，疏水胶体微球模板排列成1层，共4层胶体微球模板；

所制备的具有各向异性浸润性的生物补片具有3层亲水的孔洞结构和1层疏水的孔洞结构。

2.根据权利要求1所述的具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：所述亲水/疏水胶体微球模板的外相溶液为分散有亲水二氧化硅纳米粒子的甲基硅油和分散有疏水聚苯乙烯纳米粒子的甲基硅油；所述亲水/疏水胶体微球模板的内相为明胶溶液。

3.根据权利要求1所述的具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：所述的光聚合聚氨酯溶液在光聚合前需要避光处理。

4.根据权利要求2所述的具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：所述的亲水二氧化硅纳米粒子粒径在200-230 nm；所述的疏水聚苯乙烯纳米粒子粒径在220-250 nm。

5.根据权利要求1所述的具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：所述的亲水/疏水胶体微球模板的直径为200-500 μm。

6.根据权利要求1所述的具有各向异性浸润性的生物补片，其特征在于：所述光聚合聚氨酯溶液的固化方法为向聚氨酯溶液中加入质量百分比为1-2%的2-羟基-2-甲基苯丙酮，紫外光照聚合。

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