TWM541839U - 多孔性人造皮膚及製造設備 - Google Patents

Description

多孔性人造皮膚及製造設備

本創作係有關於人造皮膚，特別是指一種無交鏈劑、無毒性、且能在重建後直接同化吸收的多孔性人造皮膚及其製造設備。

近十年來，對於燒傷的治療有很大的進展，主要是於臨床運用了能同化於人體的材料與方法，其係在皮膚缺損部分清創後，覆蓋自體的薄皮膚或透過細胞培養的方法擴大皮膚的面積，來增加大面積燒傷(指佔體表面積百分之六十以上)病患的存活率。

正常的皮膚可以分為表皮及真皮，其除了是人體最大的免疫器官外，更具有保護身體、防止細菌侵入、調節體溫及防止體內主要體液流失等功用。皮膚的再生能力，主要是依靠表皮上的基底層細胞，以及在較深層的附屬器官，諸如皮脂腺、汗腺及毛囊的細胞再生來修補受傷的皮膚；對於急性燒傷的病患，最主要的兩大問題：一是水分的流失，當然包括體內的電解質及蛋白質；二是因缺乏了皮膚的屏障，傷口容易招致外來的細菌侵入，因而造成敗血症。這兩大迫在眉睫的問題，可藉由人造皮膚或重建手術來解決。

對於人造皮膚的歷史，最早必須溯及1980年由波士頓(麻薩 諸州)的哈佛大學二位教授Yarnas及Burke發展出二層結構的皮膚結構，其上層是由矽膠層所組成，類似人體的上皮，而下層則是由多孔狀的類真皮結構，其主要成分為小牛的膠原蛋白及鯊魚的軟骨素二者交聯形成。而此種人工皮膚，現已由Marion Merell Dow公司生產，正式商品名為Integra，在1996年經美國藥物食品管理局(FDA)正式核准並可運用於大面積燒傷的傷口在切除後之手術覆蓋。因其本身為小牛膠原蛋白及鯊魚軟骨二者交聯沉澱而成，其重要的設計在於下層的類真皮部分，有小洞形成，其大小在20-125mm，相當適合患者本身的血管內皮細胞及纖維母細胞進入，進而提供良好的血管供應及最後形成患者本身的新"真皮"，取代了原有的人工真皮。至此，其上皮，就是矽膠層，可以很輕易的撕去，留下新上皮，再用取皮機在病患身上取下相當薄的皮膚(0.002-0.004英吋)來作為新上皮的覆蓋：在取皮區，可以在4至6天即可癒合，比起一般0.013英吋的取皮區可以快上一倍，並且留下瘢痕的比例降低。最大的臨床試驗是由Heimbach教授所主導的，在106位病患總計194個部位上，以人工真皮的方式治療急性燒傷並且獲得很好的癒後。不管在病患的存活率，或是燒傷後瘢痕攣縮方面，皆可獲得令人滿意的結果。

目前市面上的人造皮膚，其結構及成分如上所述，包括膠原蛋白、矽膠、糖胺聚糖、彈性蛋白等成分，而為了彌補組織強度上的不足，應用了具毒性的交鏈劑(如戊二醛Glutaraldehyde等)來提高人造皮膚的硬度，或用加熱方式雖可交鏈，但將使膠原蛋白失去三次元結構，也相對失去誘導組織生長的蛋白質結構。現階段的重建技術，是利用材料本身，與傷口作用，部分產生肉芽組織，來增加彼此間的交聯，但卻無法被正常皮 膚取代，因此必須加以手術移去，再使用本身的皮膚植皮，以達到傷口癒合的目的；對此，不可避免的會對傷口造成二次傷害，因此，開發對人體無害或是能直接同化吸收的人造皮膚係此領域有待提升的課題。

再者，因人造真皮現階段係人類生化科技的一大進步，在材料與設備上亦有極高的要求，生產成本極為不斐，一片10 x 25平方公分的人工真皮，價格接近五萬元，並非是一般民眾所能承擔的範圍；因此，如何降低成本提高產量來增加普及率，亦是技術上需克服的問題。

有鑑於上述問題，本創作提供了一種無交鏈劑的多孔性人造皮膚，其係以生物可降解材料，如PLLA(聚左旋乳酸)，來作為膠原蛋白支架，無須化學交鏈；藉此構成無毒性組織結構，僅需一階段程序進行重建，聚乳酸骨架將在真皮重建後吸收，無須二次手術取出。

本創作主要係藉由電紡方法或化學混練方法，增加其強度，將膠原蛋白與PLLA依據濃度梯度等比例交錯疊層，在膠原蛋白中加入PLLA，使得越外面的PLLA較接近傷口創面的為多，如此就可以形成一個柔軟度逐漸增加的人造皮膚。

本創作之多孔性人造皮膚，其主要成分包含膠原蛋白及PLLA(聚左旋乳酸)，且係透過靜電紡絲製成的奈米纖維多孔膜，該多孔膜之孔隙係由一表側至另一表側逐漸縮小，其主要結構至少可分成一外層及一內層，內層的孔隙普遍係介於10~125μm之間，厚度約為2mm，以利於人體組織的生長與同化，而外層表面(遠離內層之一側表面)的孔隙係小 於2μm，厚度約為0.2mm，如同人體皮膚表面，能具有阻止細菌入侵、防止組織及器官水分蒸發等效果，藉以增加重建的效果。

本創作之多孔性人造皮膚能永久性的覆蓋且被人體同化吸收，其具有以下優點：(1)與傷口可以緊密的結合，並且維持正常水分及熱的傳導；(2)本身是無毒、無菌、無發炎性，不會造成過敏，並且可以對於細菌提供人體的一個屏障；(3)可以參與個體正常的防衛及修復機轉；(4)提供永久的表皮且與個體同時增長；(5)維持長期的彈性及堅韌性；(6)可維持長期的機械性及美觀的功能，並減輕瘢痕的攣縮；(7)與正常的人體組織融合。

本創作另提供了一種多孔性人造皮膚製造設備，係透過多元同軸並聯之電紡噴嘴及PID監控系統、圖像化人機介面共同組成全自動回饋方式控制，達到PID對位精度±0.5mm、人機操作面板一式及交錯疊層式電紡量產設備，能大幅度增加產能。

本創作之多孔性人造皮膚製造設備，其係預設有一輸送路徑，於該輸送路徑上依序包括一底材供應裝置、一靜電紡絲裝置、一風乾裝置、一滾壓裝置及一收料裝置；該底材供應裝置係供底材置放，讓底材能沿該輸送路徑前進；該靜電紡絲裝置係用電紡噴嘴將供應的膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料依濃度梯度等比例交錯疊層的方式噴灑於底材上，經由電紡在底材上形成孔隙由小漸大的奈米纖維多孔膜，其中，該多孔膜靠近底材的一側為外層，且其與底材接觸的表面孔隙小於2μm，該多孔膜遠離底材的一側為內層，且該內層的孔隙普遍係介於10~125μm之間；該風乾裝置係供應有熱風，用以對電紡後的多孔膜進行熱風乾燥處理； 該滾壓裝置係對經過的多孔膜及底材進行表面滾壓處理；該收料裝置係用於收集完成的成品。

較佳者，其中該靜電紡絲裝置包含分別噴灑膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴，該各電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，且分別連接於一溶解有膠原蛋白的溶液槽及一能熔融PLLA的熔融裝置。

較佳者，其中該靜電紡絲裝置包含分別噴灑膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴，該各電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，且分別連接於一溶解有膠原蛋白的溶液槽及另一溶解有PLLA的溶液槽。

較佳者，其中該靜電紡絲裝置之電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，並連接於一溶解有膠原蛋白及PLLA的溶液槽。

較佳者，其中該些電紡噴嘴係為高壓氣體噴嘴。

較佳者，其中該靜電紡絲裝置進一步電連結一監控系統，且該些電紡噴嘴係由該監控系統以PID全自動回饋方式控制。

較佳者，其中該滾壓裝置與該收料裝置間進一步包括一裁切裝置，其用於一併裁切電紡後的多孔膜及底材。

為使本創作的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的瞭解，茲依下列附圖說明如下：

1‧‧‧多孔性人造皮膚

11‧‧‧外層

12‧‧‧內層

2‧‧‧底材供應裝置

20‧‧‧底材

3‧‧‧原料供應裝置

31‧‧‧熔融裝置

32、33、34‧‧‧溶液槽

35‧‧‧緩衝液

4‧‧‧靜電紡絲裝置

41、42、43‧‧‧電紡噴嘴

44‧‧‧電紡成網區

5‧‧‧風乾裝置

6‧‧‧滾壓裝置

7‧‧‧裁切裝置

8‧‧‧收料裝置

9‧‧‧監控系統

P‧‧‧輸送路徑

S11‧‧‧底材供應

S12‧‧‧原料供應

S2‧‧‧靜電紡絲

S23‧‧‧廢棄處理

S3‧‧‧熱風乾襙

S4‧‧‧表面滾壓

S5‧‧‧裁切

S6‧‧‧收料

第1圖係本創作製造設備之示意圖。

第2圖係本創作多孔性人造皮膚之結構示意圖。

第3圖係本創作製造設備設有裁切裝置之示意圖。

第4圖係本創作製造設備之系統態樣示意圖。

第5圖係本創作製造流程示意圖。

第6圖係本創作靜電紡絲一可行實施例之示意圖。

第7圖係本創作靜電紡絲另一可行實施例之示意圖。

第8圖係本創作靜電紡絲再一可行實施例之示意圖。

請參第1及2圖所示，本創作之多孔性人造皮膚1係透過一靜電紡絲的製造設備所製成，主要原料為膠原蛋白及PLLA(聚左旋乳酸)，係經過靜電紡絲依濃度梯度等比例交錯疊層形成的奈米纖維多孔膜，其孔隙係可由一側至另一側呈現大到小、疏到密的型態，而根據其疊層的結構，主要可劃分成一外層11及一內層12；外層11的厚度約為0.2mm，孔隙大於內層12的孔隙，且外層11在遠離內層之一側表面的孔隙小於2μm；內層12的厚度約為2mm，孔隙普遍介於10~125μm之間。

本實施例多孔性人造皮膚1的生產製造主要是利用靜電紡絲將原料成型於一底材20上，在其疊層的成型過程中，透過濃度梯度的控制讓靠近底材20的疊層有較小較密集的孔隙的，而遠離底材20的疊層孔隙則逐漸增大，也較疏；藉此，在實際使用時，能直接以孔隙較大的一側(即內層12)朝傷口覆蓋，讓人體再生的組織能順利的從大孔隙向內生長，而小孔隙的外層11亦可防止細菌侵入傷口，以及避免傷口水分、組織的流失，能加速達到重建的效果，再者，利用多孔性人造皮膚之PLLA(聚左旋乳酸) 成分能取代含毒性的交鏈劑，作為膠原蛋白支架，構成足夠的組織強度，且PLLA能完全的被人體吸收同化，留存的膠原蛋白骨架可吸引血管內皮細胞及纖維母細胞進入，使表皮組織逐步達到真皮化與上皮化，可縮短傷口癒合時間，僅需一次重建手術即可到位，無需再次手術增加傷口的負擔。

再請一併參見第3及4圖，製造設備的總成包括有一底材供應裝置2、一原料供應裝置3、一靜電紡絲裝置4、一風乾裝置5、一滾壓裝置6、一收料裝置8及一監控系統9，而底材供應裝置2、靜電紡絲裝置4、風乾裝置5、滾壓裝置6及收料裝置8係依序設置於一輸送路徑P上。

底材供應裝置2主要係能供成捲的底材20置放，並讓底材20能沿該輸送路徑P前進；原料供應裝置3則係能將調配完成的原料供應至靜電紡絲裝置4；靜電紡絲裝置4係將原料噴灑於底材20上，透過靜電紡絲形成奈米纖維多孔膜(多孔性人造皮膚1)；風乾裝置5主要係供應熱風，以對電紡後的多孔膜(多孔性人造皮膚1)進行熱風乾燥處理；滾壓裝置6係能對經過的多孔膜(多孔性人造皮膚1)與底材20進行表面滾壓處理；收料裝置8主要為成品的收集，可以是能捲收的收捲機構(如第1圖所示)，或是平面收放的收集機構(如第3圖所示)；監控系統9係電訊連接前述的各裝置，能利用PID監控及圖像化人機介面進行全自動回饋方式控制。

依據實際的需求，收料裝置8前可配設有一裁切裝置7，藉以在生產完成後直接裁切成片或成捲並收集；當然，收料裝置8的前或後另可依需求增設檢驗、包裝等機構。

可配合參見第5及6圖，製造設備的運行流程係先有底材供應S11及原料供應S12的程序，底材供應S11係讓底材供應裝置2的底材20沿輸 送路徑P供應至靜電紡絲裝置4，而原料供應S12係讓原料供應裝置3將膠原蛋白原料、PLLA(聚左旋乳酸)原料供應至靜電紡絲裝置4的電紡噴嘴41、42(如第6圖所示)；之後進行靜電紡絲S2的程序，透過電紡噴嘴41、42在底材20上形成交錯疊層形成的奈米纖維多孔膜；隨後進行熱風乾燥S3的程序，利用風乾裝置5吹送熱風進行熱風乾燥的處理；在進行靜電紡絲S2及熱風乾燥S3的程序時，也同時進行有廢氣處理S23的程序，其係將廢氣集中後作VOC的減廢處理；再之後則依序利用滾壓裝置6進行表面滾壓S4、材切裝置進行裁切S5、及收料裝置8進行收料S6等的程序。

本創作中靜電紡絲的生成技術可有多種實施型態：如第6圖所示，其包含有用以噴灑PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴41以及用以噴灑膠原蛋白原料的電紡噴嘴42，且分別連結至原料供應裝置3的熔融裝置31及溶液槽32，該熔融裝置31用以熔融固態的PLLA並供應至電紡噴嘴41，而該溶液槽32係有用緩衝液35溶解膠原蛋白的膠原蛋白溶液，並能供應至電紡噴嘴42，透過二電紡噴嘴41、42於底材20上的電紡成網區44進行交錯疊層的噴灑，形成孔隙由小漸大的奈米纖維多孔膜(多孔性人造皮膚1)。其中，該緩衝液35係採用能溶解膠原蛋白與PLLA的溶劑，如THF(tetrahydrofuran)等溶劑。

再如第7圖所示，其係包含用以噴灑PLLA(聚左旋乳酸)及膠原蛋白混合原料的電紡噴嘴43，該電紡噴嘴43連結至原料供應裝置3的溶液槽33，該溶液槽33係有用緩衝液35(如THF等溶劑)溶解PLLA及膠原蛋白的混合液，並能供應至電紡噴嘴43，透過於底材20上的電紡成網區44進行交錯疊層的噴灑，形成孔隙由小漸大的奈米纖維多孔膜(多孔性人造皮 膚1)。

又如第8圖所示，其包含有用以噴灑PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴41以及用以噴灑膠原蛋白原料的電紡噴嘴42，且分別連結至原料供應裝置3的溶液槽34、32，其一溶液槽34係有用緩衝液35(如THF等溶劑)溶解PLLA的PLLA溶液，且能供應至電紡噴嘴41，另一溶液槽32係有用緩衝液35(如THF等溶劑)溶解膠原蛋白的膠原蛋白溶液，且能供應至電紡噴嘴42，透過二電紡噴嘴41、42於底材20上的電紡成網區44進行交錯疊層的噴灑，形成孔隙由小漸大的奈米纖維多孔膜(多孔性人造皮膚1)。

於可行的實施例中，底材20的材料可選用不織布，而靜電紡絲裝置中的電紡噴嘴41、42、43係為高壓氣體噴嘴；又，該各用以噴灑膠原蛋白原料或PLLA原料的電紡噴嘴41、42、43能為複數且同軸並聯，例如由複數同軸並聯的電紡噴嘴41與複數同軸並聯的電紡噴嘴42，一併於電紡成網區44噴灑PLLA原料與膠原蛋白原料進行交錯疊層的電紡工序，能於單一產線上提升數倍至數十倍的產能，於實際應用中，電紡噴嘴41、42、43同軸並聯的數量可依產線的規格而定，較佳者為2~50個；另外，再配合監控系統9達到PID監控、圖像化人機介面共同組成全自動回饋方式控制，達到PID對位精度±0.5mm、人機操作面板一式及交錯疊層式電紡量產設備，能配合提升生產的效能，大幅度增加產能。

綜合以上所述，本創作之多孔性人造皮膚及製造設備確能改善習見技術上的缺點，並提高產能，實為一具新穎性及進步性之創作，爰依法提出申請新型專利；惟上述說明之內容，僅為本創作之較佳實施例說明，舉凡依本創作之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置 換者，亦皆應落入本創作之專利申請範圍內。

2‧‧‧底材供應裝置

4‧‧‧靜電紡絲裝置

5‧‧‧風乾裝置

6‧‧‧滾壓裝置

8‧‧‧收料裝置

P‧‧‧輸送路徑

Claims (10)

1. 一種多孔性人造皮膚，其係用膠原蛋白及PLLA(聚左旋乳酸)經靜電紡絲製成的奈米纖維多孔膜，該多孔膜至少形成有一外層及一內層，且該多孔膜之孔隙係由一表側至另一表側逐漸縮小，其中，該內層的孔隙普遍係介於10~125μm之間，而該外層遠離內層之一側表面的孔隙係小於2μm。
2. 如請求項1所述之多孔性人造皮膚，其中該多孔膜係依膠原蛋白及PLLA(聚左旋乳酸)的濃度梯度等比例交錯疊層而成。
3. 如請求項1所述之多孔性人造皮膚，其中該外層之厚度約為0.2mm，該內層之厚度約為2mm。
4. 一種多孔性人造皮膚製造設備，其預設有一輸送路徑，於該輸送路徑上依序包括：一底材供應裝置，其係供底材置放，讓底材能沿該輸送路徑前進；一靜電紡絲裝置，其係用電紡噴嘴將供應的膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料依濃度梯度等比例交錯疊層的方式噴灑於底材上，經由電紡在底材上形成孔隙由小漸大的奈米纖維多孔膜，其中，該多孔膜靠近底材的一側為外層，且其與底材接觸的表面孔隙小於2μm，該多孔膜遠離底材的一側為內層，且該內層的孔隙普遍係介於10~125μm之間；一風乾裝置，其係供應熱風，用以對電紡後的多孔膜進行熱風乾燥處理；一滾壓裝置，其係對經過的多孔膜及底材進行表面滾壓處理；以及，一收料裝置，其用於收集完成的成品。
5. 如請求項4所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該靜電紡絲裝置包含分別噴灑膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴，該各 電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，且分別連接於一溶解有膠原蛋白的溶液槽及一能熔融PLLA的熔融裝置。
6. 如請求項4所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該靜電紡絲裝置包含分別噴灑膠原蛋白原料及PLLA(聚左旋乳酸)原料的電紡噴嘴，該各電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，且分別連接於一溶解有膠原蛋白的溶液槽及另一溶解有PLLA的溶液槽。
7. 如請求項4所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該靜電紡絲裝置之電紡噴嘴係為複數且同軸並聯，並連接於一溶解有膠原蛋白及PLLA的溶液槽。
8. 如請求項5至7任一項所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該些電紡噴嘴係為高壓氣體噴嘴。
9. 如請求項8所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該靜電紡絲裝置進一步電連結一監控系統，且該些電紡噴嘴係由該監控系統以PID全自動回饋方式控制。
10. 如請求項9所述之多孔性人造皮膚製造設備，其中該滾壓裝置與該收料裝置間進一步包括一裁切裝置，其用於一併裁切電紡後的多孔膜及底材。