一种皮肤组织工程双层膜材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种皮肤组织工程双层膜材料及其制备方法，该方法采用生物相容性较好的可降解材料壳聚糖和魔芋葡甘聚糖作为原材料，二者分别制成混合溶液，通过流延法各自成膜，然后采用一定浓度的魔芋葡甘聚糖溶液作为粘接剂将两层膜粘接在一起，从而制备出壳聚糖/魔芋葡甘聚糖双层膜材料。该材料具有制备工艺简单、成本低廉、降解速率可调、生物相容性优良等优势，前期细胞实验和动物实验表明，该双层膜材料可以适用于生物体，是一种促进皮肤修复的，可降解的多功能复合材料。
【专利说明】
一种皮肤组织工程双层膜材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种皮肤组织工程双层膜材料及其制备方法，属于生物医用材料领域。
【背景技术】
[0002]皮肤是人体最大的器官，是人体与外界环境相接触的屏障，具有排泄、感觉、防止水分蒸发，调节体温，免疫等重要的功能。皮肤对人体的重要性不言而喻，然而在现实生活中，常会因为烧伤、创伤、糖尿病慢性溃疡等原因造成皮肤的缺损。任何直径大于4cm的全层皮肤缺损，人体将无法通过自身来完全愈合。在这些情况下，就需要有一种合适的创面修复材料来促进伤口的愈合。组织工程皮肤在临床上已经使用了 25年，为大面积皮肤损伤患者的康复带来了诸多益处，可以从根本上解决皮肤修复的问题，因而具有良好的发展前景。
[0003]组织工程皮肤以三维支架为载体，通过将细胞种植在支架上而获得。理想的人工皮肤支架应该同时满足材料和结构的要求。在材料上:(I)允许细胞在其表面粘附，促进细胞增殖，保留分化细胞的功能；(2)具备降解性，材料及降解产物均无细胞毒性，不会引起炎症；(3)具有良好的生物相容性；(4)来源广泛，价格低廉，无疾病传播风险等特点。在结构上:(I)具备高孔隙率从而为细胞粘附、细胞外基质的再生及细胞扩散提供足够的空间，孔隙结构可以允许细胞在整个支架上分布，从而促进均质组织形成；(2)应具有三维支架结构，为特定细胞提供结构支撑作用和模板作用，引导组织再生和控制组织结构。
[0004]现今有多种支架材料被用于皮肤组织工程，按其来源不同大体可分为天然和人工合成两种。目前用于皮肤组织工程的天然支架材料主要有:甲壳素、胶原、海藻酸钠、壳聚糖、魔芋葡甘聚糖、透明质酸、琼脂等。因为其本身具有相同或类似于细胞外基质的结构，可以促进细胞的黏附，增殖和分化。目前来看，天然材料来源较为广泛，制作简单，且价格低廉。但它也存在力学性能较差，抗原性消除不确定，降解速率不宜控制等问题。人工合成材料主要有:聚乳酸、聚氨酯、聚环氧乙烷和有机硅氧膜等。随着组织工程学的迅猛发展，皮肤组织工程支架的研究也大大推动了皮肤组织工程向临床进行发展。尽管目前已经有皮肤组织工程产品应用于临床，并取得了良好的成效，但由于存在着不同程度的生物相容性、生物降解性及免疫原性等问题，至今还没有一种完美的皮肤支架材料获得学术界的认可。一方面是目前在皮肤组织工程支架材料上进行的皮肤培养缺少血管、毛囊等结构，不能做到真正的仿真，无法实现正常皮肤的所有功能；另一方面，虽然在皮肤组织工程支架上种植培养的皮肤细胞已经有应用于临床的实例，但在愈合后易发生收缩，形成瘢痕。综合分析研究着研究成果表明，皮肤支架材料的研究与选取，仍是皮肤组织工程学科研究的重点与难点方向。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是现有皮肤组织工程支架材料性能不理想，成本高等问题。
[0006]本发明的目的在于提供一种皮肤组织工程双层膜材料的制备方法，按如下步骤进行:
(1)按甘油、冰乙酸、蒸馏水体积比为0.5-1:1-5:20?200的比例将甘油、冰乙酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液A，按1?30g/L的比例将壳聚糖加入混合溶液A中搅拌使其充分溶解得到混合溶液B;
(2)将步骤(I)制得的混合溶液B进行过滤，滤液进行负压下脱泡，然后制成膜，将该膜在交联液中交联I?5小时，然后用蒸馏水漂洗、冷冻干燥得到壳聚糖膜；
(3 )按甘油、乳酸、蒸馏水体积比为0.5?1.5:1?3:50?200的比例将甘油、乳酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液C，按10?20g/L的比例将魔芋葡甘聚糖加入混合溶液C中搅拌使其充分溶解得到混合溶液D;
(4)将步骤(3)制得的混合溶液D进行过滤，滤液进行负压下脱泡，然后制成膜，将该膜在交联液中交联2?6小时，然后用蒸馏水漂洗、冷冻干燥得到魔芋葡甘聚糖膜；
(5)将壳聚糖膜作为第二层，魔芋葡甘聚糖膜作为第一层，采用质量百分比浓度为1~5%的魔芋葡甘聚糖溶液将二者粘连，将该双层膜置于氨水中交联0.5?lh，再用蒸馏水漂洗10?12次，冷冻干燥得到所述双层膜。
[0007]优选的，本发明步骤(2)中的交联液为质量百分比浓度为2~8%的NaOH溶液。
[0008]优选的，本发明步骤(4)中的交联液由质量百分比为10?20%氨水和质量百分比浓度为75?99.7%乙醇按体积比为1:6-1:24的比例混合得到。
[0009]优选的，本发明步骤(2)和(4)中所述负压下脱泡过程为:在400?760毫米汞柱的负压下脱泡30?50小时。
[0010]本发明采用生物相容性好的可降解生物材料魔芋葡甘聚糖与壳聚糖为基本原料，制备出一种用于皮肤修复的魔芋葡甘聚糖/壳聚糖双层膜支架，为皮肤组织工程领域的发展提供了一种新的极具应用前景的选择，魔芋葡甘聚糖与壳聚糖都具有较好的生物相容性和生物活性，且二者的价格都较为便宜，能有效降低材料成本，对材料的后续应用提供低成本基础。另外，采用流延法制备的膜材料，其方法简单，易于成型;魔芋葡甘聚糖通过脱乙酰基作用形成交联的三维网状结构，在交联剂中交联的时间越长，交联的程度越大，材料的降解就越慢，所以通过和魔芋葡甘聚糖复合成膜可以通过控制魔芋葡甘聚糖的交联程度来控制膜材料的降解速率，其降解时间在I?3个月内可调。
[0011]本发明的有益效果:
(I)双层膜材料采用流延法成型，该方法操作简单且容易成型，并且材料的孔隙大小为5?500μπι，孔隙率为40%?90%，适合营养物质的运输与细胞的长入，复合皮肤组织工程的要求。
[0012](2)利用浓度为I?5 wt%的魔芋葡甘聚糖溶液作为粘接剂，因其与其中一层膜原料相同，故具有较好的过渡作用，且不破坏材料的生物相容性。
[0013](3)通过控制魔芋葡甘聚糖的交联程度来控制膜材料的降解速率，可使材料的降解速率在卜3个月内可调。
[0014](4)该双层膜材料制备方法简单，对设备要求低，其原材料价格低廉，可应用与大规模工业化生产。
【具体实施方式】
[0015]下面通过实施例对本发明方法作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
[0016]实施例1
(1)按甘油、冰乙酸、蒸馏水体积比为0.5:1:25的比例将甘油、冰乙酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液A，按12g/L的比例将壳聚糖加入混合溶液A中搅拌使其充分溶解得到混合溶液B;
(2)将步骤(I)制得的混合溶液B进行过滤，滤液在400毫米汞柱的负压下脱泡35小时，然后采用流延法制成膜，将该膜在质量百分比浓度为2.5%的NaOH溶液的交联液中交联2小时，然后用蒸馏水漂洗6次，冷冻干燥得到壳聚糖膜；
(3)按甘油、乳酸、蒸馏水体积比为0.5:1.6:50的比例将甘油、乳酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液C，按按10g/L的比例将魔芋葡甘聚糖加入混合溶液C中搅拌使其充分溶解得到混合溶液D;
(4)将步骤(3)制得的混合溶液D进行过滤，滤液在400毫米汞柱的负压下脱泡35小时，然后采用采用流延法制成膜，将该膜在交联液中交联2小时，其中，交联液由质量百分比为12%氨水和质量百分比浓度为75%乙醇按体积比为1:6的比例混合得到，然后用蒸馏水漂洗6次、冷冻干燥得到魔芋葡甘聚糖膜；
(5)将壳聚糖膜作为第二层，魔芋葡甘聚糖膜作为第一层，采用质量百分比浓度为1.5%的魔芋葡甘聚糖溶液将二者粘连，将该双层膜置于氨水中交联0.5h，再用蒸馏水漂洗10次，冷冻干燥得到所述双层膜。
[0017]本实施例得到的双层膜材料孔隙大小为25?330μπι，孔隙率为75.6%，降解周期为50天，材料性能良好。
[0018]实施例2
(1)按甘油、冰乙酸、蒸馏水体积比为0.7:3:100的比例将甘油、冰乙酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液Α，按23g/L的比例将壳聚糖加入混合溶液A中搅拌使其充分溶解得到混合溶液B;
(2)将步骤(I)制得的混合溶液B进行过滤，滤液在500毫米汞柱的负压下脱泡50小时，然后采用流延法制成膜，将该膜在质量百分比浓度为5%的NaOH溶液的交联液中交联5小时，然后用蒸馏水漂洗7次，冷冻干燥得到壳聚糖膜；
(3)按甘油、乳酸、蒸馏水体积比为1.0:1:100的比例将甘油、乳酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液C，按按15g/L的比例将魔芋葡甘聚糖加入混合溶液C中搅拌使其充分溶解得到混合溶液D;
(4)将步骤(3)制得的混合溶液D进行过滤，滤液在600毫米汞柱的负压下脱泡45小时，然后采用采用流延法制成膜，将该膜在交联液中交联6小时，其中，交联液由质量百分比为16%氨水和质量百分比浓度为85%乙醇按体积比为1:18的比例混合得到，然后用蒸馏水漂洗7次、冷冻干燥得到魔芋葡甘聚糖膜；
(5)将壳聚糖膜作为第二层，魔芋葡甘聚糖膜作为第一层，采用质量百分比浓度为3%的魔芋葡甘聚糖溶液将二者粘连，将该双层膜置于氨水中交联0.8h，再用蒸馏水漂洗11次，冷冻干燥得到所述双层膜。
[0019]本实施例得到的双层膜材料孔隙大小为15?400μπι，孔隙率为71.8%，降解周期为62天，材料性能良好。
[0020]实施例3
(1)按甘油、冰乙酸、蒸馏水体积比为1:5:200的比例将甘油、冰乙酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液Α，按30g/L的比例将壳聚糖加入混合溶液A中搅拌使其充分溶解得到混合溶液B;
(2)将步骤(I)制得的混合溶液B进行过滤，滤液在760毫米汞柱的负压下脱泡30小时，然后采用流延法制成膜，将该膜在质量百分比浓度为8%的NaOH溶液的交联液中交联3小时，然后用蒸馏水漂洗8次，冷冻干燥得到壳聚糖膜；
(3)按甘油、乳酸、蒸馏水体积比为1.5:3:160的比例将甘油、乳酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液C，按按20g/L的比例将魔芋葡甘聚糖加入混合溶液C中搅拌使其充分溶解得到混合溶液D;
(4)将步骤(3)制得的混合溶液D进行过滤，滤液在760毫米汞柱的负压下脱泡50小时，然后采用采用流延法制成膜，将该膜在交联液中交联4小时，其中，交联液由质量百分比为20%氨水和质量百分比浓度为99.7%乙醇按体积比为1: 24的比例混合得到，然后用蒸馏水漂洗8次、冷冻干燥得到魔芋葡甘聚糖膜；
(5)将壳聚糖膜作为第二层，魔芋葡甘聚糖膜作为第一层，采用质量百分比浓度为5%的魔芋葡甘聚糖溶液将二者粘连，将该双层膜置于氨水中交联lh，再用蒸馏水漂洗12次，冷冻干燥得到所述双层膜。
[0021]本实施例得到的双层膜材料孔隙大小为50?350μπι，孔隙率为75%，降解周期为45天，材料性能良好。
[0022]本实施例得到的双层膜材料孔隙大小为60?430μπι，孔隙率为82.0%，降解周期为69
天，材料性能良好。
【主权项】
1.一种皮肤组织工程双层膜材料的制备方法，其特征在于:按如下步骤进行: (1)按甘油、冰乙酸、蒸馏水体积比为0.5-1:1-5:20-200的比例将甘油、冰乙酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液A，按1?30g/L的比例将壳聚糖加入混合溶液A中搅拌使其充分溶解得到混合溶液B; (2)将步骤(I)制得的混合溶液B进行过滤，滤液进行负压下脱泡，然后制成膜，将该膜在交联液中交联I?5小时，然后用蒸馏水漂洗、冷冻干燥得到壳聚糖膜； (3)按甘油、乳酸、蒸馏水体积比为0.5-1.5:1-3:50?200的比例将甘油、乳酸、蒸馏水混合均匀得到混合溶液C，按10?20g/L的比例将魔芋葡甘聚糖加入混合溶液C中搅拌使其充分溶解得到混合溶液D; (4)将步骤(3)制得的混合溶液D进行过滤，滤液进行负压下脱泡，然后制成膜，将该膜在交联液中交联2?6小时，然后用蒸馏水漂洗、冷冻干燥得到魔芋葡甘聚糖膜； (5)将壳聚糖膜作为第二层，魔芋葡甘聚糖膜作为第一层，采用质量百分比浓度为1~5%的魔芋葡甘聚糖溶液将二者粘连，然后将该双层膜置于氨水中交联0.5?lh，再用蒸馏水漂洗10?12次，冷冻干燥得到所述双层膜。2.根据权利要求1所述皮肤组织工程双层膜材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)中的交联液为质量百分比浓度为2~8%的NaOH溶液。3.根据权利要求1所述皮肤组织工程双层膜材料的制备方法，其特征在于:步骤(4)中交联液由质量百分比为10?20%氨水和质量百分比浓度为75?99.7%乙醇按体积比为1:6?1:24的比例混合得到。4.根据权利要求1所述皮肤组织工程双层膜材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)和(4)中所述负压下脱泡过程为:在400?760毫米汞柱的负压下脱泡30?50小时。
【文档编号】A61L27/58GK106075573SQ201610442673
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】陈庆华, 雷云, 冷崇燕, 汪虹, 黄洁
【申请人】昆明理工大学