一种含有层状液晶的人工皮肤膜及其制备方法和应用

本发明属于仿生生物医用材料
技术领域：
，具体涉及一种含有层状液晶的人工皮肤膜及其制备方法和应用。
背景技术：
：体外渗透试验是研究经皮制剂和化妆品等的活性成分渗透特性，从而预测活性成分经过人体皮肤渗透特性的重要手段。体外渗透试验研究过程中，渗透膜的选择是恰当反应活性成分经皮渗透特性的关键。国内外研究报道的渗透膜有动物皮肤、离体人体皮肤、组织工程人工皮肤和合成型人工膜。由于动物皮肤及人体皮肤试验涉及伦理学和来源问题，组织工程人工皮肤难以制备及存储，因此，采用合成型人工皮肤膜进行体外渗透试验被广泛关注和应用。角质层是由角质细胞和细胞间脂质形成似“砖块-水泥”的致密板层结构，以防止体液流失的皮肤屏障，同时也是活性物质经皮渗透吸收的最大限速障碍。活性药物成分主要通过角质细胞间连续分布的细胞间脂质渗透进入真皮进而被毛细血管吸收至人体血液循环。角质细胞间脂质呈现有序的双分子层排列并有一定的周期性，长周期约为13nm，短周期约为6.8nm。分子动力学模拟研究表明细胞间脂质呈现凝胶相的层状双层和/或三层结构。因此，模拟活性成分经过角质层的渗透行为成为研究和预测活性成分经皮渗透的关键。目前已报道的人工皮肤有平行人工膜渗透性测定模型(pampa)，磷脂囊泡模型(pvpa)，角质层取代物(scs)，strat-m人工膜，硅氧烷膜等。us20070181490a1公开了一种pampa模型的制备方法。该发明使用易挥发的溶剂，选取血脑屏障脂质和支撑层制备模型，所采用的脂质成本较高。cn201510818671.3公开了一种脂质体人工皮肤膜，其主要成分为卵磷脂，制备过程包括脂质体制备、多孔膜与嵌套底部密封、脂质体与多孔膜结合、冻融循环等步骤，制备过程较复杂。cn200980152302.8公开了一种利用神经酰胺、棕榈酸和胆固醇制备的皮肤角质层细胞间脂质模拟基板，形成于基板上的脂质膜与角质层的脂质层状结构类似，但其未用于活性物质渗透预测研究。us10473574公开了一种脂质仿生屏障permeapadtm的制备方法，该仿生屏障由2-4层磷脂和添加剂的混合物和水合纤维支撑层构成，模型药物经过该脂质仿生屏障模型的渗透系数与caco-2模型以及pampa模型的渗透系数有较好的相关性，但该脂质仿生屏障permeapadtm更适宜模拟体内吸收的过程。现有的皮肤模型因不能完全模拟人体皮肤角质层结构而限制了其在体外渗透试验中的广泛应用。技术实现要素：本发明的目的是，提供一种含有层状液晶的人工皮肤膜，以代替动物皮肤或人体皮肤用于经皮制剂体外渗透试验研究，为经皮制剂、化妆品等体外渗透试验提供渗透膜。本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：一种含有层状液晶的人工皮肤膜，该人工皮肤膜包括基底材料和溶致液晶组分，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷和壳聚糖形成的网络结构，所述溶致液晶组分在人工皮肤膜中的质量百分比为3-8％。作为优选实施方式，所述溶致液晶组分选自糖苷类液晶组分、蔗糖酯类液晶组分、卵磷脂类液晶组分、磷酸酯类液晶组分、硬脂酰类液晶组分、脂肪酸酯类液晶组分中的一种或多种。作为优选实施方式，所述溶致液晶组分选自糖苷类液晶组分、蔗糖酯类液晶组分、卵磷脂类液晶组分、磷酸酯类液晶组分。作为优选实施方式，所述溶致液晶组分选自糖苷类液晶组分，糖苷类液晶组分的质量百分比为4-6％。作为优选实施方式，所述人工皮肤膜还包括溶剂辛烷、固化剂和水。对于采用的溶剂，实验过程中研究过二甲基亚砜、二甲基亚酰胺等溶剂，最终发现烷烃类溶剂溶解性更好。在烷烃溶剂中，研究过比辛烷碳数更少的正己烷等，但是由于这类溶剂沸点较低，在加热制备过程挥发较多，体系粘度增大，并不利于进一步的成膜过程；最终发现采用溶剂辛烷的效果最好。作为优选实施方式，所述人工皮肤膜的各组分按质量配比的组成为：35-45份的聚二甲基硅氧烷，15-25份的辛烷，12-18份的壳聚糖水凝胶，3-8份的层状液晶，3-5份的固化剂，13-18份的水；其中壳聚糖水凝胶中壳聚糖的质量分数为20％。所述固化剂为购买的商品聚二甲基硅氧烷的配套制剂，商品名为sylgard184。作为优选实施方式，所述人工皮肤膜的各组分按质量配比的组成为：40份的聚二甲基硅氧烷，20份的辛烷，15份的壳聚糖水凝胶，3-8份的层状液晶，4份的固化剂，13-18份的水；其中壳聚糖水凝胶中壳聚糖的质量分数为20％。本发明还提供所述含有层状液晶的人工皮肤膜的制备方法，包括如下步骤：(1)称取壳聚糖放入烧杯，加入去离子水搅拌，制备壳聚糖水凝胶；(2)将聚二甲基硅氧烷和辛烷混合后搅拌加热至70-80℃，加入层状液晶组分，混合均匀；然后加入壳聚糖水凝胶和水，混合、自然冷却；最后加入固化剂，得到人工膜基础液；(3)将基础液倒在玻璃平板上，用刮膜刀推开成薄膜；薄膜消泡、干燥后制得所述人工皮肤膜。作为优选实施方式，所述步骤(3)中薄膜干燥的方式为：将薄膜放置于60℃条件下，保持5h。本发明还提供所述的人工皮肤膜在经皮制剂或化妆品的体外渗透试验研究中的应用。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1，本发明基于角质层细胞间脂质分子排列的特点，将能形成有序结构的层状液晶引入到人工皮肤中，以模拟角质层细胞间脂质结构，目的在于能够研制出稳定、模拟角质层结构的人工皮肤膜用于经皮制剂、化妆品等的研发。2，体外渗透试验研究表明，模型化合物利多卡因和氨基比林在人工皮肤膜的累积渗透量各有差异。通过人体皮肤体外渗透试验对比分析发现，不含液晶结构的人工皮肤膜与人体皮肤试验差异较大，相关性线性拟合斜率为1.275。在人工皮肤膜体系中引入层状溶致液晶后，化合物利多卡因和氨基比林经过人工皮肤膜的渗透试验结果与人体皮肤试验相关性有较大提高。其中含有糖苷类液晶组分的人工皮肤膜相关性较好，其线性拟合斜率为1.078；其次是含有卵磷脂类、蔗糖酯类和磷酸酯类组分的人工皮肤膜，相关性线性拟合斜率分别为0.870，0.842，1.131。因此，含有液晶结构的人工皮肤膜很有潜力代替动物皮肤或人体皮肤用于体外渗透试验研究。附图说明图1是本发明实施例1的人工皮肤膜基础液的偏振光显微镜观察图片。图2是本发明实施例1-7的人工皮肤膜的热重分析曲线。图3是本发明中模型化合物利多卡因经过实施例1-7的人工皮肤膜的渗透曲线。图4是本发明中模型化合物氨基比林经过实施例1-7的人工皮肤膜的渗透曲线。图5是本发明中模型化合物经过实施例1-7的人工皮肤膜的渗透系数与人体皮肤试验相关性分析曲线。具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例1：含有糖苷类组分的液晶型人工皮肤膜的制备具体按如下步骤进行：(1)称取壳聚糖，加入适量去离子水搅拌，配成20wt％壳聚糖水凝胶。称取40份pdms倒入烧杯，加入20份辛烷，搅拌加热至75℃；接着，加入5份糖苷类液晶化合物。在机械搅拌450rpm下，将15份壳聚糖水凝胶和16份去离子水加入pdms中，10min后自然冷却；加入4份固化剂，得到人工皮肤膜基础液。参见图1，为人工皮肤膜基础液的偏振光显微镜观察图片。通常偏振光视野为暗场，在该视野下能观察到的亮场即为含有液晶结构。通过像素分析可知，在实施例1人工皮肤膜中含有20％-30％的溶致液晶。(2)成膜：将步骤(1)所得基础液倒在玻璃平板上，用刮膜刀推压使基础液展开成薄膜。(3)消泡：将步骤(2)所得薄膜置于真空烘箱内，抽真空至气泡消除。(4)固化：将玻璃平板置于烘箱中，设置60℃，保持5h，得到人工皮肤膜。实施例2：不含液晶结构的人工皮肤膜的制备制备过程同实施例1，不同的是，步骤(1)不添加液晶组分化合物。实施例3：含有卵磷脂组分的液晶型人工皮肤膜的制备与实施例1不同的是，步骤(1)中所使用的液晶组分为卵磷脂类液晶组分化合物。实施例4：含有蔗糖酯组分的液晶人工皮肤膜的制备制备过程同实施例1，不同的是步骤(1)中所使用的液晶组分为蔗糖酯类液晶组分。实施例5：含有磷酸酯成分的晶人工皮肤膜的制备制备过程同实施例1，不同的是步骤(1)中所使用的液晶组分为磷酸酯类液晶组分。实施例6：含硬脂酰组分的液晶型人工皮肤膜的制备制备过程同实施例1，不同的是步骤(1)中所使用的液晶组分为硬脂酰类液晶组分，且添加量3份。实施例7：含脂肪酸酯组分的液晶型人工皮肤膜的制备制备过程同实施例1，不同的是步骤(1)中所使用的液晶组分为脂肪酸酯类液晶组分，且添加量为8份。采用tga55热重分析仪对所制备的人工皮肤膜的热稳定性进行了分析。实验步骤：称取4-6mg的人工皮肤膜样品，放置在铝盘中，在空气氛围中以5℃/min的加热速度从室温加热到750℃，接着保持3min。实施例1-7分别制备的人工皮肤膜热重分析曲线如图2所示，通过图2可以看出：样品重量在150℃下几乎不发生变化，表明人工皮肤膜具有良好的热稳定性。模型化合物经过人工皮肤膜的体外透皮试验过程如下：(1)采用franz扩散池(上海锴凯公司tk-12d型透皮扩散试验仪)进行透皮扩散实验，有效扩散面积为1.766cm2。(2)模型药物化合物选择：本发明体外渗透试验中选用了两种不同亲脂性的药物化合物利多卡因，氨基比林。将模型药物化合物溶于去离子水中，配置化合物的过饱和悬浮溶液。两种模型药物化合物性质如表1所示。接收液为去离子水。表1模型药物化合物的性质(3)渗透试验：将模拟人体皮肤角质层结构的人工皮肤膜夹紧在franz扩散池接收池和供给池之间。加入8ml的接收液，将扩散池放置在37℃循环水浴中平衡30min。在供给池中加入2ml模型药物化合物的过饱和溶液，用铝箔纸将供给池和接收池封好。开始试验，分别于1，2，4，6，8，10，12h试验时间点从接收池取样200μl试样，同时补充相同体积同温度的新鲜的接收液。用紫外可见分光光度计uv-vis测定试样溶液中药物化合物的浓度，计算各个时间点单位渗透面积的渗透量和渗透系数。两种模型化合物利多卡因、氨基比林经过实施例1-7人工皮肤膜的渗透曲线如图3和图4所示，曲线横坐标为渗透试验时间，纵坐标为化合物的累积渗透量。从图3中可以看出：对于利多卡因，在实验初期，其在实施例3人工皮肤膜的累积渗透量较高，在8h实验后，各组人工皮肤膜的累积渗透量差异则不明显。对于氨基比林试验，渗透性质则有些不同。从图4中可以看出：在实验4h内，氨基比林的渗透量都较低；在实验6h后，其累积渗透量的差异逐渐明显；其中，氨基比林在实施例3人工皮肤的累积渗透量是最高，其次是实施例4、实施例5人工皮肤膜试验。以利多卡伊和氨基比林的人体皮肤试验渗透系数为横坐标，以实施例1-7人工皮肤膜试验渗透系数为纵坐标作图，如图5所示。将两种模型化合物经过各实施例人工皮肤膜的渗透系数值进行线性拟合分析求线性斜率。当斜率越接近1，则说明人工皮肤膜试验与人体皮肤试验越相关。将实施例1-7拟合斜率汇总如表2所示。表2人工皮肤膜斜率实施例11.087实施例21.275实施例30.870实施例40.842实施例51.131实施例61.245实施例71.246由表2数据可以看到：不含液晶结构的实施例2人工皮肤膜的斜率为1.275，与人体皮肤试验差异较大，说明其不适宜用于体外渗透实验研究。实施例6、7的试验拟合结果斜率分别为1.245，1.246，尽管与人体皮肤试验差异仍较大，但相对于不含液晶结构的人工皮肤膜有一定的改善。其中，实施例1、实施例3、实施例4、实施例5人工皮肤膜试验拟合结果的斜率与1最接近。其中含有糖苷类液晶组分的人工皮肤膜相关性较好，其线性拟合斜率为1.078；其次是含有卵磷脂类、蔗糖酯类和磷酸酯类组分的人工皮肤膜，相关性线性拟合斜率分别为0.870，0.842，1.131。因此，本发明制备的人工皮肤膜有潜力替代人体皮肤或动物皮肤，作为经皮制剂体外渗透试验研究的渗透膜。在应用过程中，人工皮肤膜试验结果可一定程度反映人体皮肤试验结果，因而可以进一步用于筛选药物或优化经皮制剂配方。上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。当前第1页12