一种具有防水透气功能的仿生人工皮肤及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于组织工程生物医用材料和医疗器械领域，涉及一种具有防水透气功能的仿生人工皮肤及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前的人工真皮替代材料有异种脱细胞真皮基质、不含细胞的细胞外基质真皮替代物、含异体细胞的真皮替代物。临床应用中都各有优缺点，异种脱细胞真皮基质是异种来源的永久性真皮替代物开发最早，要缺点在于缺乏活的成纤维细胞，胶原可能引起免疫反应，且有传播病毒的危险，含异体细胞的真皮替代物材料存在保存困难、应用成本高等缺点，不含细胞的细胞外基质真皮替代物是最常用的人工皮肤替代材料。
[0003]美国已经开发了多款细胞外基质真皮替代物，比如Integra开发了一种不含细胞的细胞外基质真皮替代物，它是由戊二醛交联的牛I型胶原与6-硫酸软骨素及氨基葡萄糖构成“真皮”，“表皮”为硅橡胶薄膜。将这种双层膜状物质放在创面上，14?46d后撕去硅胶膜，植上薄的网状皮片，这种人工皮肤能诱发成纤维细胞长入及血管长入。Integra有利于创面组织的浸润生长，易于血管化且不易降解，在治疗大面积烧伤创面有着明显的优势，但是应用的最大缺点是不如自体移植的皮肤具有弹性和柔软度，且需要二次植皮操作。B1brane也开发了一款人工皮肤，为双层膜状物，外层是硅胶薄膜，内层为部分埋入其中的尼龙纤维网，网孔中充满胶原。B1brane特殊结构使它可以有效的减少换药次数，避免伤口过于频繁的暴露于外界而致感染，为表皮化修复提供了稳定的环境，但同样需要二次植皮操作。
[0004]我国在皮肤缺损治疗领域的发展较晚，2009年佘振定开发了一款生物因子缓释型双层人工皮肤(专利公开号CN101716376A)，具有表皮层和真皮层结构，表皮层由与空气接触的上层和与真皮接触的下层的微孔半渗透性双层薄膜，真皮层为胶原蛋白，多糖和载生长因子微球构成。但是该皮肤存在真皮层未经过交联操作易于溶解，支架作用不明显，厚度只有0.17mm以下，而且表皮层为了增加力学强度而使用的丝素蛋白降解缓慢，使用时甚至还需要剥离表皮层，影响了皮肤的愈合效果。
[0005]为了克服现有人工皮肤的缺点，本发明提供了一种具有防水透气功能的仿生人工皮肤及其制备方法，具有保护层、表皮层和真皮层三层结构，每层结构提供不同的功能，克服了现有皮肤的缺陷和不足。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有产品的缺陷和不足，目的在于提供一种具有防水透气功能的仿生人工皮肤及其制备方法，该人工皮肤具有保护层、表皮层和真皮层三层结构，保护层提供了防水和保护功能，为表皮层和真皮层提供生长的微环境，也避免了暴漏外界导致的感染，表皮层更接近与人体皮肤结构和材料，可以减少植皮操作，真皮层的交联结构为皮肤再生提供了良好的支架。本发明所构建的人工皮肤既可以缝合，表皮层和真皮层紧密连接，又具有很好的柔韧性和机械强度，移植到创面后很快基于创面良好帖附，使用的胶原蛋白安全不待病毒，表皮层和真皮层成分能够降解，由于成分接近自体皮肤，降解产物有助于促进表皮细胞和成纤维细胞的再生，有利于自体皮肤的增殖和分化，形成更接近于生理的永久性皮肤替代物。真皮层的支架作用明显，还可以作为载药和干细胞领域的支架载体。
[0007]—种仿生人工皮肤，包括保护层、表皮层和真皮层，其特征在于:保护层为含微孔的不可降解或降解较慢的高分子薄膜组成，表皮层由含微孔结构的可降解吸收的生物高分子组成，真皮层由可降解吸收的生物高分子海绵组成。
[0008]所述的保护层的薄膜由不可降解或降解较慢的高分子薄膜组成，不可降解的高分子材料为硅胶和聚酰胺，降解较慢的高分子材料可选自聚氨酯、聚乙烯醇、聚己内酯、对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸丁二酯的一种或多种，高分子薄膜具有微孔结构和半渗透性，可以透过湿气又可以防水，薄膜的厚度为0.01~0.1mm;表皮层由胶原蛋白或胶原蛋白和壳聚糖、羧甲基纤维素的共混材料组成，其中胶原蛋白为I型胶原蛋白、III型胶原蛋白或两种的混合物；真皮层由胶原蛋白、壳聚糖或透明质酸钠中一种或者两者混合制备而成海绵组成，其中胶原蛋白为I型胶原蛋白、III型胶原蛋白或两种的混合物。
[0009]所述的表皮层是分子取向的。
[0010]所述的表皮层能够接受手术中的缝合操作，厚度为0.05~lmm。
[0011]其中，组成真皮层的海绵具有经交联的三维多孔支架结构。
[0012]其中，真皮层空隙率为70~99%，厚度为1.5~8mm0
[0013]其中，真皮层三位多孔支架结构，其特征在于:所述的交联结构，是海绵通过物理方法、化学方法或两者结合的方法进行交联后形成的。
[0014]同时，本发明还提供了该人工皮肤的制备方法，制备方法包括以下步骤:
步骤1:以弱酸为溶质，配置胶原或胶原复合溶液，浓度为0.1-2 Wt %，装入透析袋中透析2~11天，形成溶液I ;
步骤2:以弱酸为溶质，配置胶原或胶原复合溶液，浓度为0.1-2 Wt %，形成溶液II ;步骤3:将溶液2注入一定深度的模具中，在_80~-20°C下冷冻干燥成海绵，然后使用物理方法、化学方法或两者结合的方法进行交联，得到经交联的三维多孔支架海绵，为真皮层；
步骤4:取高分子薄膜铺到一定深度的模具的底部，压平整，将溶液I注入模具的高分子薄膜表面中，流平后，将步骤3所得到的交联后的海绵支架，平整的铺在溶液I表面，在0~80°C下通风干燥，从而形成具保护层、表皮层和真皮层至少三层结构的人工皮肤。
[0015]其中，步骤I中，所述的胶原或胶原复合溶液，浓度为0.1-3 wt %，若为胶原复合溶液，其中材料为胶原蛋白和壳聚糖、羧甲基纤维素的共混材料，共混材料中胶原的含量为50-99 wt %;步骤2中，所述的浓度较低的胶原或胶原复合溶液，浓度为0.1~3 wt %，若为胶原复合溶液，其中材料为胶原与壳聚糖或透明质酸的共混材料，共混材料中胶原的含量为20~99 wt %;步骤I和步骤2中，所述的弱酸为稀盐酸、醋酸、甲酸、丙酸、丁酸或乳酸中的一种或多种；步骤I中所述的透析，透析介质为弱酸溶液或水或两者交替进行。
[0016]其中，步骤3中，所述的交联方法中，物理方法有紫外辐照、热脱氢法、辐照灭菌法；化学交联方法有使用碳化二亚胺、二胺、环氧化合物、羟基琥珀酰亚胺、二苯基磷酸盐(DPPA)、戊二醛、甲醛、乙醛酸或京尼平进行交联，使用化学交联剂后，需要经过洗脱程序去除交联剂的残留，然后再次冷冻干燥。
[0017]其中，步骤4中，所述的高分子薄膜，分为不可降解和降解较慢的两种高分子材料，不可降解高分子材料为硅胶和聚酰胺，降解较慢的高分子材料可选自聚氨酯、聚乙烯醇、聚己内酯、对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和聚丁二酸丁二酯中的一种或多种；高分子薄膜具有微孔结构和半渗透性，可透过透气又可防水，薄膜的厚度为0.01 ?0.1mm0
[0018]其中，步骤I和步骤2中，所述的胶原蛋白为I型胶原蛋白、III型胶原蛋白或两种的混合物，若为I型和III型胶原的混合物时，I型胶原在胶原蛋白中的含量为90~99 wt%。
[0019]其中，所述的胶原蛋白是通过牛跟腱、鱼皮、哺乳动物真皮，通过脱脂、酶解、盐析、透析和冻干工艺制成的去端肽I型胶原、或I型胶原和III型胶原混合物。
[0020]本发明所具有的优点有:
1.增加防水透气的保护层，既可以为细胞生长提供潮湿的微环境，有利于皮肤组织的再生，又可以提供防水的物理屏障，在皮肤组织再生过程中保护表皮和真皮组织不受感染和损伤；
2.保护层和表皮层均具有适当的力学强度，表皮层的力学强度接近于自体皮肤，可以耐受手术中的缝合操作；
3.表皮层通过溶解挥发法制得，材料与人体表皮相同，具有微孔结构