专利名称：一种人工皮肤及制备方法
技术领域：
本发明属于生物活性材料领域，尤其是指一种具备压电传导性能的人工皮肤及其制备方法。
背景技术：
生物电是生物体内的一种普遍现象，生物体内的各种生命活动都伴随着电现象， 并与机体的新陈代谢密切相关。生物体内电现象的产生是由于跨细胞的离子流动能够产生跨细胞电势，当细胞层出现缺损，或细胞间紧密连接阻力降低时，细胞电势便驱动电流从这些区域流出，形成电场，这是细胞生命活动的基本特征。目前研究表明多种细胞能够对内源或外加的电场产生反应，研究表明在组织损伤区附近存在内源性电场，且细胞可在电场作用下发生移行等生物学变化。生物体内的电场在细胞增殖、分化和迁移，尤其是促进组织的再生修复过程中起着重要的作用。随着研究的逐步深入，人们在骨、血管、肌肉等组织中都发现了压电效应， Peterlin等在1967年研究发现聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜具有压电性能强、柔性好、精确度高、频响宽、反应速度快、弹性能量密度高、不易疲劳而性能稳定，易加工制备等良好的综合性能。特别是其声阻抗与空气、水和生物组织很接近。因此PVDF及其共聚物PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)在许多技术领域都有广泛的应用。重要的是该类材料有很好的耐水性能，吸水率低，无毒，植入动物体中未发现有任何不良反应，与人体内的各种生物压电效应比较接近。皮肤作为人体器官，具有保持水分、透气和防止细菌侵袭等功能。当皮肤受到外伤、烧伤、炎症等损害，尤其是当大面积的皮肤受到严重损害时，伤口应该立即被保护起来。 如果仅是皮肤的浅层或是小面积受损，新皮肤会自体得以再生。如果深层的大面积皮肤受到创伤，皮肤就不能实现自修复，通常须进行自体皮肤移植，如邮票植皮、网状植皮、嵌皮等方法。因此，在临床上如何实现皮肤诱导再生，还存在很大挑战。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具备压电传导性能的双层人工皮肤，解决现有技术中皮肤的修复效果和皮肤组织的再生等技术问题。本发明采取如下的技术方案一种人工皮肤，包括具有压电传导性能的微孔膜状表皮层复合天然高分子仿生真皮层形成；所述微孔膜状表皮层主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯组成。所述真皮层为胶原膜。所述微孔膜状表皮层厚度为50 500 μ m,微孔尺寸范围为0. 05、. 45 μ m,能够有效的控制水分的蒸发、防止细菌的侵入和感染。所述胶原膜中的胶原是I型胶原蛋白，或I型胶原蛋白中混合有少量的选自III 型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中一种或多种组分混合形成的胶原复合物。本发明人工皮肤的制备方法包括以下步骤步骤1，制备微孔膜状表皮层； 步骤2，进行表皮层的极化处理；
步骤3，复合形成双层人工皮肤将步骤2制备的表皮层放入模具中，在膜表面上涂覆一层预先准备的天然高分子溶液，然后冷冻干燥、交联，清洗、即在微孔膜状表皮层上形成作为真皮支架作用的天然高分子仿生真皮层，从而复合形成双层人工皮肤。所述第1步骤中，使用一定的有机溶剂溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，密闭在充满保护性气体的容器内，置于一定温度的烘箱内充分溶解、然后将高温溶液倒出，置于薄板上、自然降温或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE能与溶剂发生相分离、结晶、成膜；然后对膜进行反复清洗除去有机溶剂，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。所用有机溶剂选自二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种构成的复合溶剂；PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解后的质量体积比浓度为5 40%;惰性气体可选自氮气、氩气和氦气中一种；烘箱温度可为 18(T250°C。所述步骤2中，是将步骤1制备得到的微孔膜状表皮层放入在一定温度的硅油中， 表皮层的上下两面覆上电极，进行极化处理，极化处理后清洗除去硅油，经干燥制备得到微孔膜状表皮层；硅油温度在10(T13(TC的范围内，极化电压为5 20 MV/m。表皮层的上下两面所覆电极为银电极，极化处理完后再保持电压直到室温。所述步骤3中预先制备的天然高分子溶液为胶原溶液，是由胶原溶质溶解于稀醋酸或溶解于水中形成的，胶原溶质的质量体积比浓度为0. Γ2% ；所述胶原溶质是指I型胶原蛋白，或者是I型胶原蛋白与少量(占溶质总质量比含量为0飞％)的选自III型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中一种或多种混合形成的胶原溶质；所述冷冻干燥的温度范围为-6(r-40°C ；交联方法为化学交联，交联剂选自戊二醛、京尼平、碳化二亚胺中的一种或多种，交联剂在交联体系中的质量体积比浓度为0.广1%。交联时间12 24h。所用模具为不锈钢板加工而成，板中央为凹槽、凹槽的长宽分别在l(T50cm的范围内。本发明的有益效果是本发明是基于生物电促进组织的再生修复过程中起着重要作用、以及PVDF和PVDF-TrFE压电效应基础上开发的一种具备压电传导效应的双层人工皮肤。经实践证明，人工皮肤在使用的过程中，受到的包扎挤压、可产生类似生物电强度的电刺激，从而促进皮肤伤口的愈合。同时，该人工皮肤的表皮层呈微孔结构，孔结构的尺寸小于病菌的尺寸、能有效隔离病菌、防止感染；而且能有效控制伤口水分的蒸发，具备良好的透气性和柔顺性。
具体实施例方式本发明的双层人工皮肤，包括由聚偏氟乙烯(PVDF)或其共聚物PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)制备的表皮层，以及由天然高分子制成的仿生真皮层。是一种具备压电传导性能的双层人工皮肤，能有效地改善和提高皮肤的修复效果，尤其是诱导皮肤组织的再生。该微孔膜状表皮层厚度为5(Γ500 μ m,微孔尺寸范围为0. 05、. 45 μ m,能够有效的控制水分的蒸发、防止细菌的侵入和感染。该天然高分子的仿生真皮层是胶原膜。所述胶原是指I型胶原蛋白，或I型胶原蛋白与少量(如，在胶原总质量中含量低于5%)的III 型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中的一种或多种混合形成的胶原复合物。本发明具备压电传导性能的双层人工皮肤的制备方法，主要包括以下步骤 步骤1，制备微孔膜状表皮层使用一定的有机溶剂溶解PVDF、PVDF和/或PVDF-TrFE，
密闭在充满保护性气体的容器内，置于一定温度的烘箱内充分溶解、然后将高温溶液倒出， 置于同样高温的不锈钢金属薄板或玻璃薄板上、自然降温或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE能与溶剂发生相分离、结晶、成膜；然后对膜进行反复清洗除去有机溶剂，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。步骤2，进行表皮层的极化处理将步骤1制备得到的微孔膜状表皮层放入在一定温度的硅油中，表皮层的上下两面覆上银电极，进行极化处理，再保持电压直到室温。然后用硅油清洗剂和乙醇对膜进行反复清洗除去硅油，经干燥制备得到具备压电传导性能的微孔膜状表皮层。步骤3 在表皮层上复合一层天然高分子制成的仿生真皮层，制备双层人工皮肤 将步骤2制备的表皮层放入专用或非专用模具中，在膜表面上涂覆一层预先准备的天然高分子溶液，然后冷冻干燥、交联，清洗、即在微孔膜状表皮层上形成真皮支架(亦为天然高分子制成的仿生真皮层)，从而制备得到双层人工皮肤。该第1步骤中，有机溶剂选自二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、 N, N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种构成的复合溶剂，且按溶剂与溶质体积比例为(8 10) 1进行溶解。PVDF或PVDF-TrFE，或PVDF和PVDF-TrFE 二者溶解后的质量体积比浓度为5 40%。惰性气体选自氮气、氩气和氦气中一种；烘箱温度为18(T250°C，清洗时先用乙醚清洗、然后再用乙醇清洗；制备得到微孔膜状表皮层厚度为 5(Γ500 μ m,微孔尺寸范围为0. 05、. 45 μ m,能够有效的控制水分的蒸发、防止细菌的侵入和感染。所述步骤2中，硅油温度在10(Tl30°C的范围内，极化电压为5 20 MV/m。所述步骤3中，专用模具为5mm厚的医用级不锈钢板加工而成，板中央为凹槽、且凹槽的深度为3mm，凹槽的长宽分别在l(T50cm的范围内；天然高分子溶液为胶原溶液，溶质为胶原，溶剂为稀醋酸或水。所述胶原溶质为I型胶原蛋白，或I型胶原蛋白与少量的 (如，胶原中所占质量百分含量少于5%)III型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中一种或多种混合形成胶原复合物。胶原溶液中，胶原溶质的质量体积比浓度为0.广2%。冷冻干燥的温度范围为-6(T-40°C ；交联方法为化学交联，交联剂选自戊二醛、京尼平、碳化二亚胺中的一种。在交联剂与双层膜构成的交联体系中，交联剂的质量体积比浓度为0. Γ %,交联时间12 24h。可以理解，步骤3中所指专用模具，也可根据具体需要进行结构设计或调整， 也可选择使用现有技术的其它模具。下面结合实例进一步说明本发明的双层人工皮肤，但不作为本发明的限制。实例1
所述的具备压电传导性能的双层人工皮肤，具体包括以下步骤 (1) 使用二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯复合溶剂(体积比8 1)溶解PVDF，溶解后的质量体积比浓度为40%，密闭在充满氦气的容器内，置于200°C烘箱内充分溶解，、然后将高温溶液倒出，置于同样高温的不锈钢金属薄板、淬冷、PVDF与溶剂发生相分离、结晶、成膜；然后对膜进行反复清洗除去有机溶剂，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。然后先用乙醚清洗、再用乙醇清洗进行反复清洗除去有机溶剂，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。(2) 进行表皮层的极化处理，即将步骤(1)制备得到的微孔膜状表皮层放入在 120°C的硅油中，表皮层的上下两面覆上银电极，进行极化处理，极化电压为5 20 MV/m，保持电压直到室温。然后用硅油清洗剂和乙醇对膜进行反复清洗除去硅油，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。(3) 然后将步骤(2)制备的表皮层放入专用模具中，在膜表面上涂覆一层预先准备的质量体积比浓度为1%胶原溶液，然后在-40°C条件下冷冻干燥、加入质量体积比浓度为0. 1%京尼平进行交联Mh，然后去离子水反复清洗、即在微孔膜状表皮层上形成真皮支架，制备得到双层人工皮肤。实例2
所述的具备压电传导性能的双层人工皮肤，具体包括以下步骤 (1) 使用二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯复合溶剂(9:1)溶解PVDF和PVDF-TrFE (质量比4:1)，溶解后溶质的质量体积比浓度为30%，密闭在充满氦气的容器内，置于烘箱内充分溶解，、然后将高温溶液倒出，置于同样高温的不锈钢金属薄板、淬冷、溶质PVDF 和PVDF-TrFE与溶剂发生相分离、结晶、成膜；然后对膜进行反复清洗除去有机溶剂，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。然后先用乙醚清洗、再用乙醇清洗进行反复清洗除去有机溶齐IJ，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。(2) 然后进行表皮层的极化处理，即将步骤(1)制备得到的微孔膜状表皮层放入在130°C的硅油中，表皮层的上下两面覆上银电极，进行极化处理，极化电压为5 20 MV/ m，保持电压直到室温。然后用硅油清洗剂和乙醇对膜进行反复清洗除去硅油，经干燥制备得到微孔膜状表皮层。(3) 将步骤(2)制备的表皮层放入专用模具中，在膜表面上涂覆一层预先准备的质量体积比浓度为1%胶原溶液，然后在-40°C条件下冷冻干燥、加入质量体积比浓度为 1%戊二醛进行交联12h，再以去离子水反复清洗、即在微孔膜状表皮层上形成真皮支架，制备得到双层人工皮肤。本发明的专利是基于生物电促进组织的再生修复过程中起着重要的作用、以及 PVDF和PVDF-TrFE压电效应基础上开发的一种具备压电传导效应的双层人工皮肤。经实践证明，人工皮肤在使用的过程中，受到包扎挤压可产生类似生物电强度的电刺激，从而促进皮肤伤口的愈合。同时，该人工皮肤的表皮层呈微孔结构，孔结构的尺寸小于病菌的尺寸、 能有效隔离病菌、防止感染；同时，能有效控制伤口水分的蒸发，具备良好的透气性和柔顺性。
权利要求
1.一种人工皮肤，包括具有压电传导性能的微孔膜状表皮层以及一层天然高分子仿生真皮层；所述微孔膜状表皮层主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯组成，所述天然高分子仿生真皮层是胶原膜层。
2.如权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于所述微孔膜状表皮层厚度为 5(Γ500 μ m,微孔尺寸范围为0. 05、. 45 μ m,能够有效的控制水分的蒸发、防止细菌的侵入和感染。
3.如权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于所述胶原膜中的胶原是I型胶原蛋白， 或I型胶原蛋白中混合有少量的选自III型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中一种或多种组分混合形成的胶原复合物。
4.如权利要求1一 3中任一项所述的人工皮肤，其制备方法包括以下步骤步骤1，制备微孔膜状表皮层；步骤2，进行表皮层的极化处理；步骤3，复合形成双层人工皮肤将步骤2制备的表皮层放入模具中，在膜表面上涂覆一层预先准备的天然高分子溶液，然后冷冻干燥、交联，清洗，从而在微孔膜状表皮层上形成作为真皮支架功能的天然高分子仿生真皮层。
5.如权利要求4所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于所述第1步骤中，用有机溶剂溶解PVDF和/或PVDF-TrFE，密闭在充满保护性气体的容器内，置于一定温度的烘箱内充分溶解、然后将高温溶液倒出，置于薄板上、自然降温或淬冷、PVDF和/或PVDF-TrFE与溶剂发生相分离、结晶、成膜；然后对膜进行清洗除去有机溶剂，经干燥制得到微孔膜状表皮层。
6.如权利要求5所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于所述第1步骤中，有机溶剂选自二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种组成的复合溶剂；PVDF和/或PVDF-TrFE溶解后的质量体积比浓度为5 40%。
7.如权利要求4所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于所述步骤2中，是将步骤 1制备得到的微孔膜状表皮层放入在一定温度的硅油中，表皮层的上下两面覆上电极，进行极化处理，极化处理后清洗除去硅油，经干燥制备得到具有压电传导性能的微孔膜状表皮层。
8.如权利要求7所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于所述步骤2中，硅油温度在 10(T13(TC的范围内，极化电压为5 20 MV/m ；表皮层的上下两面所覆电极为银电极，极化处理完后再保持电压直到室温。
9.如权利要求4所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于所述步骤3中预先制备的天然高分子溶液为胶原溶液，是由胶原溶质溶解于稀醋酸或溶解于水中形成的，胶原溶质的质量体积比浓度为0. Γ2% ；所述胶原溶质是指I型胶原蛋白，或者是I型胶原蛋白与占胶原溶质质量比含量为(Γ5%的选自III型胶原、硫酸软骨素、透明质酸、糖胺聚糖中一种或多种混合形成的胶原溶质；所述冷冻干燥的温度范围为-6(T-4(TC ；交联方法为化学交联， 交联剂选自戊二醛、京尼平、碳化二亚胺中的一种或多种，交联剂在交联体系中的质量体积比浓度为0.广1%。
10.如权利要求4一 9中任一项所述的人工皮肤的制备方法，所用模具是由不锈钢板加工而成，板中央为凹槽、凹槽的长宽分别在l(T50cm的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种人工皮肤，包括具有压电传导性能的微孔膜状表皮层和一层天然高分子仿生真皮层复合形成。该微孔膜状表皮层主要由聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯组成，该真皮层是胶原膜。其制备方法主要包括制备微孔膜状表皮层；进行表皮层的极化处理；复合真皮支架，制备双层人工皮肤。本发明人工皮肤在使用过程中，受到包扎挤压后可产生类似生物电强度的电刺激，从而促进皮肤伤口的愈合。同时，该人工皮肤的表皮层呈微孔结构，孔结构的尺寸小于病菌的尺寸、能有效隔离病菌、防止感染；同时，能有效控制伤口水分的蒸发，具备良好的透气性和柔顺性。
文档编号A61L27/60GK102526808SQ20111045881
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者佘振定, 刘伟强, 张文强, 李丽花, 王明波, 谭荣伟 申请人:深圳清华大学研究院