CN113398313B - 一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法，所述复合敷料包括四层结构，敷料由外至内分别为透气隔菌层、水凝胶层、液体扩散调控层和生物活性层；所述透气隔菌层为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述水凝胶层为具有多孔网格结构的水凝胶膜层，所述液体扩散调控层为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述生物活性层为亲水性的丝素蛋白/明胶纳米纤维薄膜。本发明通过将几种具有不同功能特性的材料层从内至外有序组装，使复合敷料在具有促进创面愈合的生物活性的同时，具有优良的力学性能、黏附性与吸液能力。

Description

一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法
技术领域
本发明涉及分层结构敷料的制备领域，更具体的说是涉及一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，其作用在于提供人体与外部环境之间的屏障，抑制外部毒素和病原体的皮肤渗透，减轻外部环境对人体组织的伤害并保持体内环境的湿润。然而，各类外伤或疾病引起的皮肤损伤严重威胁人类的生存健康。在全球，烧伤每年造成3500万例受伤，其中290万例住院治疗和238,000例死亡。皮肤损伤是对公共卫生和经济重大且迅速增长的威胁。
医用敷料在创面的治疗中具有极为重要的作用，通过构建有利于创面组织修复与再生的微环境，能够促进并加速创面的愈合。理想的创面敷料应该具备有多种功能：1)具有良好的柔韧性、弹性、较好的黏附性，满足皮肤的屏障功能；2)与创面良好的贴合性，能够保持适宜的湿润微环境；3)良好的生物相容性，模仿天然细胞外基质的生物学功能，支持细胞活动；4)不与伤口渗出物粘连，减少换药时对新生肉芽组织的损伤，减轻疼痛感；5)无致敏性和毒性；6)良好的抗菌性；7)载药与持续释放性能；8)可控的生物降解性。然而单一的敷料比如纱布、聚合物敷料、泡沫状敷料、水凝胶敷料、水胶体敷料等难以实现上述创面修复所需的多种功能。
因此，提供一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种作用创面的多层结构复合敷料，包括四层结构，敷料由外至内分别为透气隔菌层、水凝胶层、液体扩散调控层和生物活性层；所述透气隔菌层为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述水凝胶层为具有多孔网格结构的水凝胶膜层，所述液体扩散调控层为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述生物活性层为亲水性的丝素蛋白/明胶纳米纤维薄膜。
一种作用创面的多层结构复合敷料的制备方法，具体步骤如下：
S1，制备透气隔菌层(1)：将配置完成的疏水性高分子溶液加入到注射器中，连接注射器针头与静电高压电源正极，设置电压为8-12KV，收集平台连接静电高压电源的接地极，设置静电高压电源电压以及微量注射泵的进给量，设置进给量为0.5-2mL/h，调节针头与收集平台的间距为10-14cm，使针头在注射泵推进力与高压电场的作用下喷射出纳米级纤维丝，从而在收集平台上形成一层疏水性高分子纳米纤维薄膜,完成透气隔菌层(1)的制备；
S2，制备水凝胶层(2)：配置水凝胶溶液，将上述溶液加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为5-30mm/s，气源的挤出压力设置为400-600kPa，通过在透气隔菌层表面按设计路径或图案进行水凝胶材料的打印，在透气隔菌层(1)上形成具有多孔网格结构的水凝胶层(2)；
S3，制备液体扩散调控层(3)：将配置完成的疏水性高分子溶液加入到注射器中，连接注射器针头与静电高压电源正极，设置电压为8-12KV，收集平台连接静电高压电源的接地极，设置静电高压电源电压以及微量注射泵的进给量，设置进给量为0.5-2mL/h，调节针头与收集平台的间距为10-14cm，使针头在注射泵推进力与高压电场的作用下喷射出纳米级纤维丝，通过静电纺丝法在水凝胶层(2)上形成液体扩散调控层(3)；
S4，制备生物活性层(4)：将具有生物活性成分的材料作为纺丝材料，其中，纺丝的电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为0.5-1mL/h，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成生物活性层(4)；
S5，将生物活性层(4)平整贴附在液体扩散调控层(3)的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
优选的，所述步骤S1、S3、S4的针头选用的规格均为21G。
经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种作用创面的多层结构复合敷料及其制备方法。该敷料具有四层结构，其中，生物活性层具有生物相容性好、免疫原性低、透气性好、炎症反应小、可降解等优点，能够促进细胞的增殖，加速创面的愈合，该生物活性层的亲水性强，能够在创面与水凝胶层之间传递药物及组织渗出液，其含有较强的粘附性也保证了敷料与创面之间具有必要的结合力；液体扩散调控层能通过孔隙率的变化调节生物活性层与水凝胶层之间的液体交换速度，并为生物活性层提供力学支撑；水凝胶层通过生物3D打印技术得到具有多孔网格结构的水凝胶膜层，能为创面提供湿润的微环境并吸取创面的渗出液，该层可以通过加载具有止血、抑菌、促血管化的药物加速创面的修复；透气隔菌层具有防水、透气、隔菌的功能，并可以为复合敷料提供力学强度。
1)本发明制备的复合敷料具有多层复合结构，通过将几种具有不同功能特性的材料层从内至外有序组装，使复合敷料在具有促进创面愈合的生物活性的同时，具有优良的力学性能、黏附性与吸液能力；
2)生物3D打印通过逐层图案化的材料沉积，能够对不同材料在三维空间中进行精确排列和可控沉积，实现具有空间异质结构体的制备，本发明基于生物3D打印的复合敷料的制备方法可以实现具有多材料多层结构特征的复合敷料的制备，并能实现对敷料的厚度以及微结构进行精确控制，根据电压、接受距离、进给量等工艺参数的不同，采用静电纺丝技术可以形成具有异质微观特征的层结构，此外，电纺工作时间的差异，以可对层厚进行直接控制进而可以对敷料的每层结构进行个性化定制，从而使敷料满足不同程度以及阶段创面治疗的需求；
3)复合敷料的部分膜层使用静电纺丝法制备，电纺纤维的直径在数百纳米至数微米纸件，这种直径的纤维丝能够高度模拟天然细胞外基质中的纤维结构，此外，静电纺丝制备的纤维薄膜具有高比表面积以及高孔隙率，有利于药物、氧气与营养物质等传输以及细胞的黏附与生长；
4)在生物活性层与水凝胶层之间加入液体扩散调控层，通过改变液体扩散调控层的孔隙率及厚度，能够调节液体在敷料中的扩散速度，从而实现对敷料吸液能力和载药水凝胶层中药物释放速度的调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明作用创面的多层结构复合敷料的结构示意图；
图2附图为本发明作用创面的多层结构复合敷料的制备流程图；
图3附图为本发明的敷料效果图，其中图3(a)为水凝胶层的网格间距对敷料液体吸收性能的影响图；图3(b)为不同静电纺丝时长条件下制备的液体扩散调控层对释放率的影响(使用墨水作为药物替代)；
图中：1-透气隔菌层、2-水凝胶层、3-液体扩散调控层、4-生物活性层。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
实施例1提供了一种作用创面的多层结构复合敷料，如图1所示，包括四层结构，敷料由外至内分别为透气隔菌层1、水凝胶层2、液体扩散调控层3和生物活性层4；所述透气隔菌层1为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述水凝胶层2为具有多孔网格结构的水凝胶膜层，所述液体扩散调控层3为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述生物活性层4为亲水性的丝素蛋白/明胶纳米纤维薄膜。
该作用创面的多层结构复合敷料的制备方法，具体步骤如下：
实施例1
S1，制备透气隔菌层1：将聚氨酯(TPU)溶解在四氢呋喃(THF)与二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液中，THF:DMF＝3:2，在室温下搅拌12h，配制成22～25％(W/V)的TPU溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为室温，相对湿度为40～60％，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1～2mL/h，针头选用的规格为22G，针头与平台的间距为10-14cm，通过静电纺丝法制成透气隔菌层1；
S2，制备水凝胶层2：将海藻酸钠溶解在含有0.3％氯化钙的去离子水中，室温下搅拌至海藻酸钠溶解完全，配制成质量浓度为6％的预交联的海藻酸钙溶液并加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为30mm/s，气源的挤出压力设置为400kPa，针头规格为21G，通过在透气隔菌层上进行海藻酸钙的沉积，在透气隔菌层1上形成具有多孔网格结构的水凝胶层2；
S3，制备液体扩散调控层3：将聚氨酯(TPU)溶解在四氢呋喃(THF)与二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液中，THF:DMF＝3:2，在室温下搅拌12h，配制成22～25％(W/V)的TPU溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为室温，相对湿度为40～60％，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1～2mL/h，针头选用的规格为22G，针头与水凝胶层的间距为10-14cm，，通过静电纺丝法在水凝胶层2上形成液体扩散调控层3；
S4，制备生物活性层4：将冻干丝素蛋白加入到无水甲酸中，在室温下搅拌2h后加入明胶继续搅拌2h，配制成丝素蛋白质量百分数为14％、明胶质量百分数为10％的混合溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为0.5-1mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成生物活性层4；
S5，丝素蛋白/明胶具有良好的黏附性能，将生物活性层4平整黏附在液体扩散调控层3的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
实施例2
S1，制备透气隔菌层1：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成透气隔菌层1；
S2，制备水凝胶层2：将海藻酸钠溶解在含有0.3％氯化钙的去离子水中，室温下搅拌至海藻酸钠溶解完全，配制成质量浓度为6％的预交联的海藻酸钙溶液并加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为30mm/s，气源的挤出压力设置为400kPa，针头规格为21G，通过在透气隔菌层上进行海藻酸钙的沉积，在透气隔菌层1上形成具有多孔网格结构的水凝胶层2；
S3，制备液体扩散调控层3：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与水凝胶层的间距为12-16cm，通过静电纺丝法在水凝胶层2上形成液体扩散调控层3；
S4，制备生物活性层4：将PCL溶于三氟乙醇，配置成8％(W/V)溶液，在室温下搅拌2～3小时。待PCL完全溶解，在PCL溶液中加入明胶，明胶与PCL的质量比为2:8，在37℃下搅拌2～3小时，在明胶完全溶解后，继续在溶液中加入Lγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，其与明胶的配比为190μL/g，继续在在37℃下搅拌2～3小时，获得PCL/明胶溶液作为纺丝溶液待用。设定电纺的电压为3-5kV，溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用规格为22G，针头与平台间距为8-10cm，通过静电纺丝法制成生物活性层4；
S5，将生物活性层4平整黏附在液体扩散调控层3的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
实施例3
S1，制备透气隔菌层1：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成透气隔菌层1；
S2，制备水凝胶层2：将海藻酸钠溶解在含有0.3％氯化钙的去离子水中，室温下搅拌至海藻酸钠溶解完全，配制成质量浓度为6％的预交联的海藻酸钙溶液并加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为30mm/s，气源的挤出压力设置为400kPa，针头规格为21G，通过在透气隔菌层上进行海藻酸钙的沉积，在透气隔菌层1上形成具有多孔网格结构的水凝胶层2；
S3，制备液体扩散调控层3：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与水凝胶层的间距为12-16cm，通过静电纺丝法在水凝胶层2上形成液体扩散调控层3；
S4，制备生物活性层4：将明胶溶于六氟异丙醇，配置成8％(W/V)溶液，在室温下搅拌12小时以上。待明胶完全溶解，在明胶完全溶解后，继续在溶液中加入Lγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，其与明胶的配比为190μL/g，继续在在室温下搅拌12小时，获得明胶溶液作为纺丝溶液待用。设定电纺的电压为8-10kV，溶液的进给量为1-1.5mL/h，针头选用规格为23G，针头与平台间距为8-12cm，通过静电纺丝法制成生物活性层4；
S5，将生物活性层4平整黏附在液体扩散调控层3的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
实施例4
S1，制备透气隔菌层1：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成透气隔菌层1；
S2，制备水凝胶层2：将明胶、海藻酸钠溶解在去离子水中，其中明胶浓度为7-10％(W/V)，海藻酸钠的浓度为2-6％，在37℃下搅拌至明胶、海藻酸钠溶解完全，加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为5-30mm/s，气源的挤出压力设置为400-800kPa，针头规格为21G，通过在透气隔菌层上进行明胶-海藻酸钙的沉积，在透气隔菌层1上形成具有多孔网格结构的水凝胶层2；
S3，制备液体扩散调控层3：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与水凝胶层的间距为12-16cm，通过静电纺丝法在水凝胶层2上形成液体扩散调控层3；
S4，制备生物活性层4：将冻干丝素蛋白加入到无水甲酸中，在室温下搅拌2h后加入明胶继续搅拌2h，配制成丝素蛋白质量百分数为14％、明胶质量百分数为10％的混合溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为，相对湿度为，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为0.5-1mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成生物活性层4；
S5，将生物活性层4平整粘附在液体扩散调控层3的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
实施例5
S1，制备透气隔菌层1：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为15-25℃，相对湿度为40-60％，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成透气隔菌层1；
S2，制备水凝胶层2：将海藻酸钠溶解在含有0.3％氯化钙的去离子水中，室温下搅拌至海藻酸钠溶解完全，配制成质量浓度为6％的预交联的海藻酸钙溶液并加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为30mm/s，气源的挤出压力设置为400kPa，针头规格为21G，通过在透气隔菌层上进行海藻酸钙的沉积，采用3D打印的方式，将材料按需堆积在预设的网格路径上，即可在透气隔菌层1上形成具有多孔网格结构的水凝胶层2；
S3，制备液体扩散调控层3：将PCL溶解在二氯甲烷溶液中，在室温下搅拌2h，配制成质量浓度为10％的PCL溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为15-25℃，相对湿度为40-60％，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为1-2mL/h，针头选用的规格为21G，针头与水凝胶层的间距为12-16cm，通过静电纺丝法在水凝胶层2上形成液体扩散调控层3；
S4，制备生物活性层4：将冻干丝素蛋白加入到无水甲酸中，在室温下搅拌2h后加入明胶继续搅拌2h，配制成丝素蛋白质量百分数为14％、明胶质量百分数为10％的混合溶液作为纺丝溶液，其中，纺丝条件的温度为15-25℃，相对湿度为40-60％，电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为0.5-1mL/h，针头选用的规格为21G，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成生物活性层4；
S5，将生物活性层4平整粘附在液体扩散调控层3的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
表1不同时间节点小鼠深二度烧伤创面面积统计表
Figure BDA0003106124410000101
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种作用创面的多层结构复合敷料，其特征在于，包括四层结构，敷料由外至内分别为透气隔菌层(1)、水凝胶层(2)、液体扩散调控层(3)和生物活性层(4)；所述透气隔菌层(1)为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述水凝胶层(2)为具有多孔网格结构的水凝胶膜层，所述液体扩散调控层(3)为疏水性高分子材料的纳米纤维薄膜，所述生物活性层(4)为亲水性的丝素蛋白/明胶纳米纤维薄膜；
其中，所述作用创面的多层结构复合敷料的制备方法，具体步骤如下：
S1，制备透气隔菌层(1)：将配置完成的疏水性高分子溶液加入到注射器中，连接注射器针头与静电高压电源正极，设置电压为8-12KV，收集平台连接静电高压电源的接地极，设置静电高压电源电压以及微量注射泵的进给量，设置进给量为0.5-2mL/h，调节针头与收集平台的间距为10-14cm，使针头在注射泵推进力与高压电场的作用下喷射出纳米级纤维丝，从而在收集平台上形成一层疏水性高分子纳米纤维薄膜,完成透气隔菌层(1)的制备；
S2，制备水凝胶层(2)：配置水凝胶溶液，将上述溶液加入到生物3D打印机的注射器中，设置打印喷头的移动速度为5-30mm/s，气源的挤出压力设置为400-600kPa，通过在透气隔菌层表面按设计路径或图案进行水凝胶材料的打印，在透气隔菌层(1)上形成具有多孔网格结构的水凝胶层(2)；
S3，制备液体扩散调控层(3)：将配置完成的疏水性高分子溶液加入到注射器中，连接注射器针头与静电高压电源正极，设置电压为8-12KV，收集平台连接静电高压电源的接地极，设置静电高压电源电压以及微量注射泵的进给量，设置进给量为0.5-2mL/h，调节针头与收集平台的间距为10-14cm，使针头在注射泵推进力与高压电场的作用下喷射出纳米级纤维丝，通过静电纺丝法在水凝胶层(2)上形成液体扩散调控层(3)；
S4，制备生物活性层(4)：将具有生物活性成分的材料作为纺丝材料，其中，纺丝的电压为8-12kV，纺丝溶液的进给量为0.5-1mL/h，针头与平台的间距为12-16cm，通过静电纺丝法制成生物活性层(4)；
S5，将生物活性层(4)平整贴附在液体扩散调控层(3)的表面，得到作用创面的多层结构复合敷料。
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