专利名称：一种生物可吸收的高分子人工敷料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种生物可吸收的高分子人工敷料及制备方法。
背景技术：
目前，临床上治疗皮肤损伤的最普遍、最成功的方法包括自体皮 肤移植、同种异体皮肤移植和异种皮移植，但这几种方法受供体来源、 免疫排斥反应的限制，因而影响了其在临床上的广泛应用。敷料是能 够起到暂时保护伤口、防止感染和促进愈合的医用材料。
人工敷料大致可分三大类传统敷料、合成敷料和生物敷料。传 统敷料是临床上使用的主要敷料，其缺点在于:①无法保持创面湿润， 创面愈合延迟；②敷料纤维易脱落，造成异物反应；③肉芽组织易长 入敷料网眼中致粘连结痂，换药时导致新生组织损伤；④敷料渗透时 易导致外源性感染；⑤换药工作量大。合成敷料常用聚乙烯醇、聚氨 酯、丙烯酰胺和羧甲基纤维等材料制成。目前没有一种敷料能够达到 理想敷料的要求。其不足之处主要有易碎、机械性能太差和水蒸气透 过率太低而大量保持液体，易导致膜下积液加重感染。
生物敷料是一种接近于理想要求的敷料，主要分为天然生物敷 料、人工生物敷料和组织工程覆盖物。天然生物敷料包括自体皮、同 种异体皮和异种皮，是早期处理大面积烧伤的创面覆盖物之一。申请 号为200310124306. X的发明专利"生物性创伤敷料"公开了一种获 自经过处理的动物性材料。采用高分子材料与生物材料加工而成的人工生物敷料，能有效吸收创面渗液，维持局部湿润环境，有利于伤口 肉芽组织生长和上皮细胞再生，加速创面愈合。申请号为
200810039461的发明专利公开了一类明胶/生物活性玻璃复合海绵敷 料；申请号为200710040131的发明专利公开了一类羟乙基甲壳素为 原料的敷料。
尽管目前开发的生物敷料在功能上不断完善，但都存在缺陷，无 法真正满足临床需要。随着医学及相关学科如组织学、材料学、生物 工程学等学科的发展，研制出形态、功能与正常人体皮肤相似的敷料 前景是可观的。
另一方面，因含有对水解不稳定的官能团，大部分生物可吸收性 高分子材料置入生理环境时，水会渗透进材料，使酯基断链产生水解， 进一步从材料表面扩散进入附近组织由人体代谢，此即生物可吸收 性。在生物医用高分子材料领域，生物可吸收高分子的研究越来越引 起人们的重视，在人体骨折内固定、骨缺损修复、肌腱修补及组织缝 合和药物释放等方面，迫切需要医用高分子材料除具有一定的强度、 刚度、韧性及生物学相容性外，还必须具有一定的降解性，以便被生物 体吸收或排泄，以免除患者的二次手术痛苦。目前，生物可吸收高分子 在医学上得到了广泛的应用，具有不同力学性能、降解性能以及可加 工性等的新材料正不断涌现，并已显示出巨大的发展前途和经济效 益。大量商业用的人造敷料由胶原蛋白、甲壳素等酶催化生物降解材 料。在这些材料中加入抗菌消炎药物，不仅能有效控制创面感染，还 能促进伤口愈合。静电纺丝是一种简单、有效而又成本低廉的高聚物处理方法。由 此得到的纤维膜具有很大的比表面积和很小的孔径。静电纺丝纤维直
径在30 1000nm，可以为细胞粘附、增殖及迁移提供一个适当的环境， 其效果与天然细胞外基质相近。因此，虽然比天然胶原纤维大，但很 多静电纺丝制备的生物可吸收纳米纤维可作为暂时支架用于组织重 建。申请号为200710171324的发明专利公开了一类用于医用敷料的含
纳米银明胶/壳聚糖复合纳米纤维毡的静电纺丝制备方法。申请号为 200610114312的发明专利公开了一类可生物降解及吸收的纤维素类
生物高分子无纺布材料的静电纺丝制备方法。
静电纺丝技术应用到创伤修复中，因为纤维轻薄、柔软且孔隙率 高，能与创面充分弥合， 一方面减轻外界环境对创面组织的剌激，保 护创口液体不至于蒸发散失，同时保证创面能接触到新鲜的氧气，利 于细胞的生长修复；另一方面，在气溶胶微粒捕捉机制的作用下，电 纺丝纳米纤维可以滤去空气中的几乎所有的细菌和微尘，避免伤口出 现感染。还可增强人工敷料的力学性能。构建的人工敷料，其表面的 纤维层可以保护组织在受到冲击、挤压和磨擦时不至于被破坏，因而 较适合于皮肤组织的再生修复。
二甲基砜，中文别名甲磺酰甲烷，是二甲基亚砜的主要氧化产物， 它是一种有机硫化物。在人的皮肤、头发、指甲、骨骼、肌肉和各器 官中都含有二甲基砜，人体中的硫元素有85%都是二甲基砜供给的， 其有增强体内产生胰岛素的能力和对糖类的代谢起促进作用，是人体 合成胶原蛋白的必要物质。二甲基砜担载于高分子材料中，能使营养物质自由出入细胞，促进废物和毒物的清除；能促进伤口愈合，能快
速而有效地减缓疼痛症状而且几乎没有任何副作用。
总体来说，社会对高性能的新型医用敷料的要求正在不断地增 长。随着人们对伤口和伤口复愈过程的不断了解，以及材料科学的不 断发展,越来越多的新型医用敷料将会以更优良的性能去取代传统的 治伤材料。而这给医用敷料行业向高科技发展提供了一个良好的科研 和商业机会。
发明内容
本发明提供了 一种生物可吸收的高分子人工敷料及制备方法。 一种生物可吸收的高分子人工敷料，其特征在于，它是一种纳米 纤维膜，由二甲基砜与可吸收的高分子生物材料聚丙交酯-乙交酯共
聚物混合，然后通过静电纺丝的方法制备而成；
所述的二甲基砜占聚丙交酯-乙交酯共聚物的质量百分比为
0. 01% 10%;
所述的聚丙交酯-乙交酯共聚物中，丙交酯与乙交酯的质量比为
80'.20，聚丙交酯-乙交酯共聚物的分子量为70000。
一种生物可吸收的高分子人工敷料的制备方法的步骤和条件如
下
(1) 将聚丙交酯-乙交酯溶解于溶剂一蒸氯仿，配制成浓度为质量体 积比为10%mg/ml的溶液；
(2) 将二甲基砜溶解于溶剂丙酮中，配制成浓度为质量体积比为 125mg/ml的溶液；(3) 然后在步骤(1)的溶液中加入步骤(2)的溶液，使二甲基砜占聚
丙交酉旨-乙交酯的质量百分比为0. 01% 10%;
(4) 将步骤(3)的溶液置于磁力搅拌器上搅拌；
(5) 在冰浴中采用10， 000rpm乳化15min;
(6) 将经过步骤(5)处理的溶液倒入洁净的注射器中，注射器推杆和 套筒接合处用硅脂涂抹密封，进行静电纺丝；
(7) 静电纺丝过程中所涉及到的操作参数如下喷丝口的直径为 0.4mm，所施加的静电场强度为4kv/cm，喷丝口和收集屏之间的距离 为20cm，溶液流速为2 2. 5ml/h，控制纺丝的温度为20 25°C ，最 终在收集屏上得到了干燥的、担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电 纺丝纤维膜；
(8)将步骤(7)所制备的纤维膜避光放于真空干燥机中干燥，脱去 纤维中残余的溶剂一蒸氯仿和丙酮，得到一种生物可吸收的高分子人 工敷料。
有益效果本发明选择合适的载体共聚物聚丙交酯-乙交酯，利 用静电纺丝珠术，制备了担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜， 二甲基砜被完全包裹并均匀分布在聚丙交酯-乙交酯纤维中。静电纺 丝过程没有造成二甲基砜的损失。随着二甲基砜加载量的增加，纤维 膜的力学性能得到增强。二甲基砜的释放与时间成线性关系，随时间 的增加释放量增加。在整个释放过程中，开始的24小时，释放量比 较大，在释放的第4天释放达到最大值。细胞学实验表明，二甲基砜 的混入可以提高聚丙交酯-乙交酯的细胞粘附能力，并对软骨细胞的增殖分化具有调控作用。RT-PCR实验表明，二甲基砜可以促进软骨 细胞II型胶原基因的表达。动物皮肤缺损修复实验表明，担载二甲基 砜的聚丙交酯-乙交酯人工敷料能有效提高皮肤创伤修复效果。
图1是未担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜扫描电镜图。
图2是担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜扫描电镜图。
图3是未担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜断面扫描电镜图。
图4是担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜断面扫描电镜图。
图5是聚丙交酯-乙交酯纤维膜的力学性能测试图。
图6是担载二甲基砜前、后聚丙交酯-乙交酯纤维膜的差示扫描量热曲线图。
图7是担载二甲基砜前后聚丙交酯-乙交酯纤维膜的热重分析曲线图。 图8是担载质量百分比为10%二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜的 释放曲线图
图9是细胞在担载二甲基砜聚丙交酯-乙交酯纤维膜上的增殖图
图10是生长在担载二甲基砜聚丙交酯-乙交酯纤维膜上细胞的II型胶
原合成电泳图。
图11是担载质量百分比1%二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯人工敷料修 复皮肤缺损术后4周组织学观察
对所制备的纤维膜进行表征如下。
(1)扫描电子显微镜结构观察如图1、 2，未担载二甲基砜的 聚丙交酯-乙交酯纤维均匀，表面光滑，纤维间粘连较少；担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维粗细不均，纤维间粘连较好，随着二甲
基砜所占比例的增加，出现"锤体"样纤维。如图3、 4，通过对担 载二甲基砜前后的聚丙交酯-乙交酯纤维的断面观察，发现担载二甲 基砜并未对聚丙交酯-乙交酯的断层结构造成改变。
(2) 力学性能测试如图5，担载不同比例二甲基砜的聚丙交酯-
乙交酯纤维膜的拉伸强度均好于未担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交 酯。说明担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜的力学强度得到增 强。其中a为未担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜，b、 c、 d 和e分别为担载质量百分比0.01%、 0.1%、 1%、 10%二甲基砜的聚丙 交酯-乙交酯纤维膜。
(3) 热性能、失重情况检测如图6，从差示扫描量热曲线可以 观察到，担载二甲基砜前后的聚丙交酯-乙交酯纤维膜的熔融温度几 乎无变化。说明担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯性质没有改变，还 在一定程度上增加了稳定性。其中a为未担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜，b为担载质量百分比10%二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯 纤维膜。
如图7，从热失重分析曲线可见，聚丙交酯-乙交酯和二甲基砜混合 后，聚丙交酯-乙交酯的热分解温度平均升高l(TC,说明二甲基砜增 加了聚丙交酯-乙交酯的热稳定性。其中a为未担载二甲基砜的聚丙 交酯-乙交酯纤维膜，b为担载质量百分比0. 01%二甲基砜的聚丙交酯 -乙交酯纤维膜。
如表1，通过计算热分解过程中担载二甲基砜前后聚丙交酯-乙交酯纤维膜的失重，计算出二甲基砜含量与实验设计含量基本相符，说
明静电纺丝过程中，没有出现二甲基砜的损失。 __
样品_玻璃化温度rc)_失重(%)
隨 57.94 97.65
PLGA/0.0讓SM 57.38 97.51
表l担载二甲基砜前后聚丙交酯-乙交酯纤维膜的玻璃化温度和热失重
具体实施例方式
实施例1:用一种以10%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺丝纤维膜，其制备方法的步骤和条件如下
(1) 将聚丙交酯-乙交酯溶解于一蒸氯仿，配制成质量体积比为10% 的溶液；
(2) 将二甲基砜溶解于丙酮中，配制成质量体积比为125mg/ml的溶 液；
(3) 然后在步骤(1)的溶液中加入步骤(2)的溶液，使二甲基砜占聚 丙交酯-乙交酯的质量百分比为10%;
(4) 将步骤(3)的溶液置于磁力搅拌器上搅拌；
(5) 在冰浴中采用10， 000rpm乳化15rain;
(6) 将经过步骤(5)处理的溶液倒入洁净的注射器中，注射器推杆和 套筒接合处用硅脂涂抹密封，进行静电纺丝；
(7) 静电纺丝过程中所涉及到的操作参数如下喷丝口的直径为 0.4,，所施加的静电场强度为4kv/cni，喷丝口和收集屏之间的距离 为20cm，溶液流速为2ml/h，控制纺丝的温度为25°C，最终在收集屏上得到了干燥的、担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺丝纤维
膜；
(8)将步骤(7)所制备的纤维膜避光放于真空干燥机中干燥，脱去纤 维中残余的溶剂一蒸氯仿和丙酮，得到一种生物可吸收的高分子人工 敷料。
这种以10%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电 纺丝纤维膜，进行材料释放实验。从图8可以看出，在整个释放过程 中，二甲基砜的释放量随着时间的延续而增加。
实施例2: —组以0. 01%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺丝纤维膜，其制备方法的步骤和条件步骤(3) 二甲 基砜占聚丙交酯-乙交酯的质量百分比为0.01%，步骤(7)溶液流速 为2.2ml/h，控制纺丝的温度为24。C，其他步骤同实施例1。
这种以0.01%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静 电纺丝纤维膜，进行细胞增殖实验。以四唑盐比色法检测细胞增殖情 况。如图9，细胞增殖检测结果显示，当二甲基砜的质量百分比为 0.01%时，细胞在纤维膜表面的增殖率增高，说明担载质量百分比为 0. 01%二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜能促进细胞增殖。
实施例3 —组以0. 1%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺丝纤维膜，其制备方法的步骤和条件步骤(3) 二甲 基砜占聚丙交酯-乙交酯的质量百分比为0. 1%，步骤(7)溶液流速为 2.3ml/h，控制纺丝的温度为22。C，其他步骤同实施例1。
这种以1%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺丝纤维膜，以RT-PCR方法进行基因表达检测。从图10可见，以1%
的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维膜的n型胶原表
达明显。表明担载1%的质量百分比二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯纤维 膜能有效促进细胞II型胶原合成。
实施例4 一组以1%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙 交酯静电纺丝纤维膜，其制备方法的步骤和条件步骤G) 二甲基 砜占聚丙交酯-乙交酯的质量百分比为1%，步骤(7)溶液流速为 2.5ml/h，控制纺丝的温度为2(TC，其他步骤同实施例1。
这种以1%的质量百分比担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电纺 丝纤维膜，作为人工敷料，用于动物皮肤缺损修复实验。
将人工敷料移植于成年豚鼠背部皮肤缺损处，术后1周 4周取 出，观察人工敷料在体内的生长变化。实验动物豚鼠(清洁级，由吉 林大学实验动物中心提供)36只雌雄各半。按观察时间共分三组，即 l周 4周，随机分组。每组雌雄各半，互为对照。术前2天移植部 位脱毛。豚鼠麻醉后，于背部皮肤双侧做直径为15mm的全层皮肤缺 损，建成全层皮肤缺损动物模型。将人工敷料覆盖于缺损处，四周缝 合。术后观察豚鼠皮肤修复情况，于1周 4周处死豚鼠，取移植物 和周围正常皮肤，将标本固定后做石蜡切片，做HE染色观察组织修 复。
(1)创面观察
担载质量百分比1%二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯人工敷料修复 皮肤缺损，移植后1周，人工敷料边缘与正常皮肤融合较好，创面开始收縮，有结痂存在。移植后4周，人工敷料移植处创面恢复较好颜 色同正常皮肤表面平坦光滑，表面有毛发长出。
(2)组织学观察
如图ll，担载质量百分比1% 二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯人工 敷料修复皮肤缺损，移植后4周，人工敷料修复组织与正常皮肤交界 处可见逐渐增厚的表皮层，与正常皮肤基本融为一体，表皮结构较均 匀，层次减少。表明担载1%质量百分比二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯 人工敷料具有促进创面修复的功能。
权利要求
1. 一种生物可吸收的高分子人工敷料，其特征在于，它是一种纳米纤维膜，由二甲基砜与可吸收高分子生物材料聚丙交酯-乙交酯共聚物混合，然后通过静电纺丝的方法制备而成；所述的二甲基砜占聚丙交酯-乙交酯共聚物的质量百分比为0.01％～10％；所述的聚丙交酯-乙交酯共聚物中，丙交酯与乙交酯的质量比为80∶20，聚丙交酯-乙交酯共聚物的分子量为70000。
2.根据权利要求1所述的一种生物可吸收的高分子人工敷料的制 备方法，其特征在于步骤和条件如下(l)将聚丙交酯-乙交酯溶解于溶剂一蒸氯仿，配制成浓度为质量体积比为10%mg/ml的溶液；(2) 将二甲基砜溶解于溶剂丙酮中，配制成浓度为质量体积比为 125mg/ml的溶液；(3) 然后在歩骤(1)的溶液中加入步骤(2)的溶液，使二甲基砜占聚 丙交酯-乙交酯的质量百分比为0. 01% 10%;(4) 将步骤(3)的溶液置于磁力搅拌器上搅拌；(5) 在冰浴中采用10， 000rpm乳化15min;(6) 将经过步骤(5)处理的溶液倒入洁净的注射器中，注射器推杆和 套筒接合处用硅脂涂抹密封，进行静电纺丝；(7) 静电纺丝过程中所涉及到的操作参数如下喷丝口的直径为 0.4mm，所施加的静电场强度为4kv/cm，喷丝口和收集屏之间的距离 为20cm，溶液流速为2 2.5ml/h，控制纺丝的温度为20 25°C，最 终在收集屏上得到了干燥的、担载二甲基砜的聚丙交酯-乙交酯静电 纺丝纤维膜；(8)将步骤(7)所制备的纤维膜避光放于真空干燥机中干燥，脱去 纤维中残余的溶剂一蒸氯仿和丙酮，得到一种生物可吸收的高分子人工敷料。
全文摘要
本发明涉及一种生物可吸收的高分子人工敷料及制备方法。该敷料是一种纳米纤维膜，由二甲基砜与可吸收的高分子生物材料聚丙交酯-乙交酯混合，然后通过静电纺丝的方法制备而成。聚丙交酯-乙交酯纤维将二甲基砜完全包裹在内，二者完全共混，呈匀质状态；二甲基砜的混入能增强聚丙交酯-乙交酯的力学性能，使其力学强度提高，聚丙交酯-乙交酯纤维膜能缓慢地将二甲基砜释放出来。本发明所涉及的生物可吸收的高分子人工敷料可用于烧伤、切割伤等创面的覆盖物，敷料内担载的二甲基砜具有促进创面修复的功能。
文档编号D01F1/10GK101439200SQ20081005166
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者孙传永, 崔立国, 洋 徐, 宇 王, 王宗良, 章培标, 陈学思 申请人:中国科学院长春应用化学研究所