CN115444974B - 一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片及其制备方法和应用，涉及化学复合材料技术领域。具体包括：以聚偏氟乙烯‑六氟丙烯为基底，在基底上复合生物活性功能水凝胶，通过表面引发聚合技术，制备得到电活性复合贴片。其中，聚偏氟乙烯‑六氟丙烯作为发电元件，通过感知细微机械运动产生电信号，促进药物分子释放和皮肤伤口的恢复；而水凝胶可为伤口提供潮湿环境同时为药物分子提供存储空间。该方法制备工艺简单，周期短，重复性强，生物相容性好；制备所使用的原料易获得、成本低；所获得的电活性复合贴片具有自粘附性、药物负载与释放和促进创面恢复的功能，在组织工程、药物释放中有极其广泛的应用前景。

Description

一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于化学复合材料技术领域，具体涉及一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技水平的高速发展，人类对自身健康的关注度也相应增加，对研发出有效且经济适用的生物医疗设备不断提出新要求。烫伤、烧伤等小范围的组织缺损影响了人们的健康，人体组织虽然具有一定的修复能力，但这种能力易受到外界或自身因素影响(如温度、干燥或潮湿环境、人体活动等)，可能会造成二次伤害，需要更多的时间进行修复。因此，人工合成组织修复材料已逐渐成为组织修复的主要材料。
目前现有技术中，已经设计了众多的组织修复或体内外修复替代品，但由于缺乏完全匹配的生物相容性导致大多数的设计都无法实现与体内目标组织的功能特性匹配。将生物材料表面物理化学特征与体内生化信号实现完全匹配仍然存在差距，这可能是目前对生化信号通路的了解不足、缺乏可靠的先进技术设计特异性的生物材料，或者是植入后生物材料与微环境无法稳定共存等原因造成的。
为了解决这些问题，研究人员致力于可以实现仿生的材料，能够调控细胞粘附、增殖与分化进而调控组织和功能的快速修复。利用电活性材料模仿自然生物电对细胞进行刺激并传递电信号，从而诱导细胞有效增殖分化和组织进一步修复被认为是一种有前途的智能生物材料。其中，压电活性材料不需要外部装置即可实现电信号的传递，有效增强生理电环境刺激组织修复。近年来，压电活性材料的研究越来越广泛，可以预见电信号-生物电系统在组织工程和仿生应用等领域将会不断开拓发展新应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，采用表面引发聚合技术，将自供电柔性薄膜与自粘性水凝胶涂层结合，制备得到的电活性贴片具有良好的生物相容性和药物控释功能。该方法制备工艺简单，周期短，环保无污染，可重复性强，所得电活性复合贴片稳定，可实现大批量工业化生产。
为实现上述目的，本发明提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，采用表面引发聚合技术，实现压电薄膜与功能水凝胶的结合，得到表面具有三维孔状结构的电活性贴片；其中，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯-六氟丙烯多孔薄膜，所述水凝胶为N,N-二甲基丙烯酰胺水凝胶和/或聚丙烯酰胺水凝胶。
在一优选的实施方式中，所述用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)以N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂与聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液；
(2)将步骤(1)得到的偏氟乙烯-六氟丙烯溶液倒入玻璃模具中，静置，加入去离子水，将得到的偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜从模具中剥离、清洗，烘干；
(3)使用异丙醇和去离子水依次清洗步骤(2)烘干的薄膜，氮气吹干；
(4)将步骤(3)得到的薄膜等离子处理；
(5)将步骤(4)处理后的薄膜完全浸入二苯甲酮溶液中，用异丙醇漂洗，氮气吹干；
(6)将步骤(5)得到的薄膜完全浸入水凝胶单体溶液中，紫外光照射，再用去离子水漂洗，即得电活性复合贴片。
在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液浓度为0.1-0.15g/ml。
在一优选的实施方式中，步骤(5)中，所述二苯甲酮溶液的溶剂为异丙醇，所述二苯甲酮溶液的质量分数为8-12wt％。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述水凝胶单体溶液中，水凝胶单体包括N,N-二甲基丙烯酰胺和/或丙烯酰胺，溶剂为含有光引发剂的去离子水；所述水凝胶单体溶液的质量分数为15-40wt％；更优选的，所述光引发剂占溶剂的质量分数为0.5-1.5wt％，所述光引发剂包括I-2959和/或过硫酸铵引发剂。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述紫外光波长254-365nm，所述紫外光照射时间为20-30min。
本发明的另一目的在于提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片，在自供电柔性薄膜正反表面均分布自粘性水凝胶涂层，使得电活性贴片表面呈三维孔状结构，有利于药物的储存及释放。
本发明的另一目的在于提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片在组织工程和/或药物释放领域的应用。其作用原理在于：使用聚偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜作为发电元件，使用水凝胶作为药物的存储单元；以压电薄膜产生的电信号作为药物释放的开关，同时作为外源性电场促进烫伤皮肤伤口的恢复进程；自粘性水凝胶层为皮肤伤口处保持相当潮湿的环境，促进潮湿环境中的肉芽组织和上皮生长，同时为药物分子提供存储空间。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
1.本发明所制备的电活性复合贴片不涉及其他电路元件，具有良好的粘附性，可以贴附在皮肤上且在撕脱过程中不会对创面造成二次伤害。
2.本发明所制备的电活性复合贴片具有良好的生物相容性，体外细胞培养的良性结果表现出其在组织工程应用中的潜力。
3.本发明所制备的电活性贴片能够输出电信号、释放药物，有效促进创面恢复。
4.本发明所提供的制备方法采用表面引发聚合方法制备具有良好生物相容性的电活性复合贴片，是一种将疏水性聚合物基底和亲水性水凝胶涂层复合的方法，其制备工艺简单，周期短，具有广泛的应用前景。
5.本发明所提供的制备方法具有灵活性，可以与其他生物活性功能水凝胶复合，能对水凝胶功能进行选择，可以得到一系列特性优异的功能贴片。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为实施例1中制备得到的电活性贴片的表面的扫描电子显微镜图像；
图2为实施例1中制备得到的电活性贴片的横截面的扫描电子显微镜图像；
图3为实施例1中制备得到的电活性贴片的粘附性能结果图；
图4为实施例1中制备得到的电活性贴片的模拟药物分子(罗丹明b)释放图；
图5为实施例1中制备得到的电活性贴片用于体外细胞培养的检测结果图。
图6为实施例1中制备得到的电活性贴片用于浅II度小鼠烫伤实验的实验结果图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明实施例通过提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片及其制备方法和应用，解决现有技术中，电活性贴片中电路元件对生物组织不友好的问题。本发明中，将自供电柔性薄膜与自粘性水凝胶涂层结合，制备得到具有良好的生物相容性和药物控释功能的电活性贴片。其中，自供电薄膜通过感知细微机械运动产生电信号，促进药物分子释放和皮肤伤口的恢复；自粘性水凝胶为伤口提供潮湿环境同时为药物分子提供存储空间。
本发明中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
本发明提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，采用表面引发聚合技术，实现压电薄膜与功能水凝胶的结合，得到表面具有三维孔状结构的电活性贴片；其中，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯-六氟丙烯多孔薄膜，所述水凝胶为N,N-二甲基丙烯酰胺水凝胶和/或聚丙烯酰胺水凝胶。
在一优选的实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)以N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂与聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液；
(2)将步骤(1)得到的偏氟乙烯-六氟丙烯溶液倒入玻璃模具中，静置，加入去离子水，将得到的偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜从模具中剥离、清洗，烘干；
(3)使用异丙醇和去离子水依次清洗步骤(2)烘干的薄膜，氮气吹干；
(4)将步骤(3)得到的薄膜等离子处理；
(5)将步骤(4)处理后的薄膜完全浸入二苯甲酮溶液中，用异丙醇漂洗，氮气吹干；
(6)将步骤(5)得到的薄膜完全浸入水凝胶单体溶液中，紫外光照射，再用去离子水漂洗，即得电活性复合贴片。
在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液浓度为0.1-0.15g/ml，优选的，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液浓度为0.13g/ml。
在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述玻璃作为聚偏氟乙烯-六氟丙烯制备过程的基底材料，促进压电相β相的形成，本发明实施例所用玻璃模具的尺寸为5×5×1cm。
在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述静置是为了去除聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液内的气泡，优选的，静置时间为3-5min。
在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述清洗目的是以去离子水去除N,N-二甲基甲酰胺，所述烘干目的是使残留的N,N-二甲基甲酰胺挥发，因此所述烘干方式以本领域技术人员所知的任意方式均可，优选的，在烘箱中以50-60℃，烘干0.5-1h。
在一优选的实施方式中，步骤(3)中，所述使用异丙醇和去离子水依次清洗是为了提高薄膜的润湿性，利于后续反应进行；因此所述清洗方式及次数以本领域技术人员所知的任意方式均可，优选的，依次以异丙醇和去离子水各清洗1次。
在一优选的实施方式中，步骤(4)中，所述等离子处理可使薄膜表面带羟基，改善薄膜的疏水性；因此所述处理方式以本领域技术人员所知的任意方式均可，优选的，使用等离子清洗机在薄膜每面各处理5分钟。
在一优选的实施方式中，步骤(5)中，所述二苯甲酮溶液的溶剂为异丙醇，所述二苯甲酮溶液的质量分数为8-12wt％，优选的，所述二苯甲酮溶液的质量分数为10wt％。此步骤目的是使二苯甲酮通过溶胀驱动吸附在薄膜表面，浸入时间为3-5min，异丙醇漂洗1次即可。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述水凝胶单体溶液中，水凝胶单体包括N,N-二甲基丙烯酰胺和/或丙烯酰胺，溶剂为含有光引发剂的去离子水；所述水凝胶单体溶液的质量分数为15-40wt％，优选的，所述水凝胶单体溶液的质量分数为30wt％。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述光引发剂占溶剂的质量分数为0.5-1.5wt％，所述光引发剂包括I-2959和/或过硫酸铵引发剂，优选的，所述光引发剂占溶剂的质量分数为1wt％，所述光引发剂为I-2959。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，根据步骤(5)得到的薄膜尺寸设计水凝胶单体溶液用量，优选的，1×1cm的薄膜与0.5-2ml的水凝胶单体溶液反应，更优选的，1×1cm的薄膜与1ml的水凝胶单体溶液反应。
在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述浸入时间为3-5min，所述紫外光波长254-365nm，所述紫外光照射时间为20-30min。
本发明的另一目的在于提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片，在自供电柔性薄膜正反表面均分布自粘性水凝胶涂层，使得电活性贴片表面呈三维孔状结构，有利于药物的储存及释放。
本发明的另一目的在于提供一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片在组织工程和/或药物释放领域的应用。其作用原理在于：使用聚偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜作为发电元件，使用水凝胶作为药物的存储单元；以压电薄膜产生的电信号作为药物释放的开关，同时作为外源性电场促进烫伤皮肤伤口的恢复进程；自粘性水凝胶层为皮肤伤口处保持相当潮湿的环境，促进潮湿环境中的肉芽组织和上皮生长，同时为药物分子提供存储空间。
下面通过具体实施例详细说明本申请的技术方案：
若未特别指明，本发明中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，本发明中所用的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明所用试剂如无特殊说明均为分析纯。
实施例1
一种电活性复合贴片的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择玻璃模具，模具的尺寸为5×5×1cm；
(2)称取0.75g的聚偏氟乙烯-六氟丙烯颗粒和7.5ml的N,N-二甲基甲酰胺，配置0.1g/ml的聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液；
(3)将步骤(2)中的聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液滴至步骤(1)制备的模具中，然后静置3-5分钟以除去气泡；
(4)使用喷壶向步骤(3)准备的玻璃模具中的溶液加入去离子水，然后将得到的薄膜从模具上剥离；
(5)将步骤(4)得到的薄膜在水中充分冲洗，然后烘箱烘干，烘箱温度设置为60℃，烘干时间为1h；
(6)配置质量分数为10wt％的二苯甲酮溶液，异丙醇作为溶剂；
(7)分别配置质量分数为15wt％、20wt％、25wt％、30wt％的、35wt％和40wt％的N,N-二甲基丙烯酰胺溶液，去离子水作为溶剂，而且溶剂中还含有溶剂质量分数为1wt％的I-2959光引发剂；
(8)依次使用异丙醇和去离子水清洗步骤(5)得到的薄膜各1次，然后在氮气下干燥；
(9)将步骤(8)得到的薄膜在等离子清洗机中处理，薄膜每面的处理时间为5分钟；
(10)将步骤(9)得到的薄膜完全浸入在步骤(6)得到的溶液中5分钟，然后用异丙醇轻轻漂洗1次，氮气气流干燥；
(11)将步骤(10)得到的薄膜完全浸入步骤(7)得到的溶液中5分钟，然后在波长为365nm的紫外光下照射30分钟；
(12)将步骤(11)得到的复合贴片用去离子水彻底漂洗，得到电活性复合贴片。
效果例
(1)将不同质量分数的电活性复合贴片冻干，条件为以-50℃冻干10h，以便进行扫描电子显微镜观察测试，结果如图1-2所示；
(2)将不同质量分数的电活性复合贴片进行粘附性能测试，结果如图3所示；
(3)将不同质量分数的电活性复合贴片进行模拟药物分子释放测试，具体方法为：
a)在实施例1步骤(7)中，用0.1mg/ml的罗丹明b溶液代替去离子水，模拟药物负载，其余步骤与实施例1完全一致。
b)将制备好的平行样品分别置于3ml的PBS溶液中，通过静置和振动器振动分别模拟无电场和高电场输出场景，间隔一定时间测试PBS溶液的吸光度，结果如图4所示；
(4)将制备的电活性复合贴片进行细胞相容性检测，具体方法为：
a)L929细胞在添加10％胎牛血清和含100U mL-1青霉素和100U mL-1硫酸链霉素的抗真菌抗生素溶液的高葡萄糖培养基(DMEM)中培养。培养条件为37℃，CO2浓度为5％。细胞密度为1×105/孔。
b)培养5天后，观察细胞数量和形态。其结果如图5所示。
(5)制备水凝胶质量分数为30wt％的电活性复合贴片进行浅II度小鼠烫伤实验测试，结果如图6所示。
实验结果及讨论：
结合图1可知，通过表面引发聚合法制备的电活性贴片表面具有典型的三维孔状结构，并且水凝胶孔径大小随水凝胶质量分数的增加而减小；
结合图2可知，电活性贴片的水凝胶部分与多孔聚偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜形成清晰的固体无孔界面，水凝胶不会通过进入界面区域下方的孔隙进入聚偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜；
结合图3可知，水凝胶质量分数为30wt％～40wt％的电活性复合贴片具有优异的粘附性能，可以随皮肤拉伸和弯曲而不会脱落；
结合图4可知，电活性复合贴片在不同机械刺激下对两性离子罗丹明b的释放情况不同，在模拟压电场产生的条件下可以实现促进罗丹明b释放的效果，PVDF/PDMAA30复合贴片、PVDF/PDMAA35复合贴片和PVDF/PDMAA40复合贴片的释放效果分别提高了60.06％、98.70％和85.10％；
结合图5可知，PVDF/PDMAA30电活性复合贴片表现出良好的生物相容性，细胞可正常生长。
结合图6可知，负载药物的电活性复合贴片能够促进浅II度小鼠烫伤创面的愈合。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例中与实施例1不同的是：步骤(7)中，聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液的浓度为0.15g/ml；其它部分与实施例1完全一致。本实施例中所得复合贴片具有更高的压电输出性能。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例中与实施例1不同的是：步骤(7)中，N,N-二甲基丙烯酰胺溶液换为丙烯酰胺溶液；其它部分与实施例1完全一致。得到了与实施例1性能一致、兼顾良好的生物相容性和药物控释功能的电活性复合贴片。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例中与实施例1不同的是：步骤(2)中，I-2959光引发剂换为过硫酸铵引发剂；其它部分与实施例1完全一致。
得到了与实施例1性能一致、兼顾良好的生物相容性和药物控释功能的电活性复合贴片。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，采用表面引发聚合技术，实现压电薄膜与功能水凝胶的结合，得到表面具有三维孔状结构的电活性贴片；其中，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯-六氟丙烯多孔薄膜，所述水凝胶为N,N-二甲基丙烯酰胺水凝胶和/或聚丙烯酰胺水凝胶；
具体包括以下步骤：
（1）以N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂与聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合，得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液；
（2）将步骤（1）得到的偏氟乙烯-六氟丙烯溶液倒入玻璃模具中，静置，加入去离子水，将得到的偏氟乙烯-六氟丙烯薄膜从模具中剥离、清洗，烘干；
（3）使用异丙醇和去离子水依次清洗步骤（2）烘干的薄膜，氮气吹干；
（4）将步骤（3）得到的薄膜等离子处理；
（5）将步骤（4）处理后的薄膜完全浸入二苯甲酮溶液中，用异丙醇漂洗，氮气吹干；
（6）将步骤（5）得到的薄膜完全浸入水凝胶单体溶液中，紫外光照射，再用去离子水漂洗，即得电活性复合贴片。
2. 如权利要求1所述的用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液浓度为0.1-0.15 g/mL。
3. 如权利要求1所述的用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述二苯甲酮溶液的溶剂为异丙醇，所述二苯甲酮溶液的质量分数为8-12 wt%。
4. 如权利要求1所述的用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述水凝胶单体溶液中，水凝胶单体包括N,N-二甲基丙烯酰胺和/或丙烯酰胺，溶剂为含有光引发剂的去离子水；所述水凝胶单体溶液的质量分数为15-40 wt%。
5. 如权利要求4所述的用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，所述光引发剂占溶剂的质量分数为0.5-1.5 wt%，所述光引发剂包括I-2959和/或过硫酸铵引发剂。
6. 如权利要求1所述的用于烫伤治疗的电活性复合贴片的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述紫外光波长254-365 nm，所述紫外光照射时间为20-30 min。
7.如权利要求1-6任意一项方法制备得到的电活性复合贴片。
8.如权利要求7所述的电活性复合贴片在制备组织工程和/或药物释放材料领域的应用。
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