一種用于人工皮膚的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】，
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于人工皮膚的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜及其制備方法，屬于 生物工程材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 皮膚是人體最大的器官，是保護(hù)人體的天然屏障。對(duì)人體起著感知、體溫調(diào)節(jié)、分 泌、排泄、吸收的作用，更是人體免疫系統(tǒng)的第一道防線。當(dāng)皮膚受到嚴(yán)重的創(chuàng)傷或燒傷時(shí)， 可能導(dǎo)致水電解質(zhì)失衡、休克、感染一系列嚴(yán)重問(wèn)題，此時(shí)急需自體皮膚來(lái)覆蓋創(chuàng)傷面。然 而自體皮源有限，因此用一種具有一定力學(xué)強(qiáng)度、韌性，防水透氣，接近人真實(shí)皮膚的人工 皮膚來(lái)暫時(shí)替代真皮顯得尤為重要，能在一定程度上減少病人的痛苦，挽救患者的生命。
[0003] 醫(yī)用聚氨酯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，耐水性?xún)?yōu)良，同時(shí)，其具有良好的生物相容性、 抗凝血性、無(wú)毒、無(wú)致畸作用。另一方面聚氨酯易加工，具有較大的分子設(shè)計(jì)自由度。目前 其被廣泛應(yīng)用于人工血管、人工軟骨、人工心臟血泵、手術(shù)縫合線和醫(yī)用敷料醫(yī)療制品的制 備。
[0004] 人工皮膚是近年來(lái)許多國(guó)家研宄的熱點(diǎn)。世界上第一個(gè)商品化的人工皮膚叫 Integra，是異種來(lái)源的真皮替代物，由Burke和Yannas等人開(kāi)發(fā)，具有雙層結(jié)構(gòu)。下層由 萃取牛的I型膠原蛋白（肌腱）和氨基多糖（硫酸軟骨素）交聯(lián)形成具有一定孔洞的支 架，孔徑在30?120ym之間，孔隙率可達(dá)98%，可以允許多種組織細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴球 及血小管的生成，與人體無(wú)免疫排斥反應(yīng)，不降解；上層為無(wú)毒的硅橡膠薄膜，能夠抵御外 界細(xì)菌的侵入，控制傷口水分蒸發(fā)。但是，該人工皮膚在臨床使用上還存在一些缺點(diǎn)：不能 長(zhǎng)期使用，對(duì)創(chuàng)面要求較高，需二次植皮才能覆蓋創(chuàng)面。另外，其力學(xué)強(qiáng)度較差。上層硅橡 膠致密，透氣性差。并且價(jià)格昂貴，成本較高。
[0005] Biobrane是一種雙層人工皮膚，上層為硅膠薄膜，下層為尼龍纖維網(wǎng)，網(wǎng)孔中填充 萃取自豬皮的膠原蛋白。其具有良好的柔性、無(wú)毒性及無(wú)菌性。但其不能用于深I(lǐng)II度燒傷， 不能永久使用；同時(shí)其力學(xué)強(qiáng)度低，上層膜較為致密，透氣性差。美國(guó)專(zhuān)利US2009/0232878， Woodroof等人描述了一種類(lèi)似于Biobrane的雙層人工皮膚。下層為具有均勾分布空洞的 針織尼龍網(wǎng)；上層為一層很薄的硅橡膠薄膜，孔徑在0. 75?1. 05mm。雖然其能給予傷口較 好的保護(hù)，但其依然不適用于深I(lǐng)II度燒傷，同時(shí)上層硅橡膠孔徑過(guò)大，難以抵御外界細(xì)菌入 侵，也達(dá)不到防水的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種用于人工皮膚的梯度孔結(jié)構(gòu) 多孔聚氨酯薄膜及其制備方法。其特點(diǎn)是結(jié)合了相分離法中的浸沒(méi)沉淀法和致孔劑濾瀝 法，將聚氨酯溶解在溶劑中后加入致孔劑，形成懸浮液，在模具上流延成膜，在無(wú)水乙醇中 相分離過(guò)程中固化，形成小孔，在去離子水中濾去致孔劑，形成大孔，分步成孔，最后烘干得 到梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜。該方法制得梯度孔結(jié)構(gòu)的聚氨酯多孔膜，孔徑具有從上 到下逐漸增大。
[0007] 本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為質(zhì)量 濃度。
[0008] 用于人工皮膚的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜及其制備方法包括以下步驟：
[0009] 1)將聚氨酯加入溶劑當(dāng)中，在溫度20?70°C進(jìn)行攪拌溶解完全，得到濃度為 50?200g/L的聚氨酯溶液，然后加入粒徑為20?250ym，濃度為50?750g/L的致孔劑， 攪拌后得到懸浮液；
[0010] 2)將上述懸浮液在室溫、真空度0. 06?0. 08MPa下脫泡10?60min;
[0011] 3)將上述脫泡后的懸浮液倒入模具中，流延成薄膜，涂膜厚度為0. 5?4mm;
[0012] 4)將上述薄膜放入溫度為20?50°C的無(wú)水乙醇中，進(jìn)行相分離交換，使其固化成 膜；
[0013] 5)將上述固化的薄膜放入溫度為5?95°C的去離子水中，濾去致孔劑；
[0014] 6)將上述薄膜進(jìn)行干燥，得到梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜，聚氨酯多孔膜孔徑 從上至下逐漸增大。
[0015] 所述溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)或四氫呋喃中的任一種。
[0016] 所述模具為玻璃、聚四氟乙烯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯 腈或聚砜中的任一種。
[0017] 所述致孔劑為氯化鈉、氯化鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀中的任 一種。
[0018] 梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜的制備方法制備得到梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄 膜。
[0019] 梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜用于治療人和其它哺乳動(dòng)物的皮膚缺損的人工皮 膚。
[0020] 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試：
[0021] 1)利用掃描電子顯微鏡觀察梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜的上表面、下表面、斷 面的孔隙結(jié)構(gòu)。
[0022] 由實(shí)施例1按配方25g聚氨酯、200mLN，N-二甲基甲酰胺和80g檸檬酸鈉和實(shí) 施例2制備的樣本經(jīng)掃描電子顯微鏡觀察其各部分形貌，具體步驟如下：剪取一段lcm長(zhǎng)、 0. 5cm寬樣品，放入液氮中進(jìn)行脆斷得到斷面。剪取0. 5cmX0. 5cm的樣品，用于上下表面的 觀察。對(duì)要觀察面進(jìn)行噴金處理后可進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察，結(jié)果詳見(jiàn)圖1至圖6所示。
[0023] 2)采用Image-Pro軟件計(jì)算梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜上表面、下表面、斷面的 孔徑大小。
[0024] 結(jié)果顯示，實(shí)施例1得到的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜上表面有較多的小孔，平 均孔徑大小為1. 69ym;下表面的大孔平均孔徑大小為87. 5ym;斷面同時(shí)存在大孔和小孔 結(jié)構(gòu)，大孔平均孔徑為143. 5ym，小孔平均孔徑為21. 6ym。
[0025] 3)對(duì)梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜進(jìn)行拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量起拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂 伸長(zhǎng)率。
[0026] 用裁刀將實(shí)施例1制備的樣品裁成拉伸樣條，試樣拉伸試驗(yàn)部分長(zhǎng)30mm，寬 3. 7mm。用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，結(jié)果如表1所示。
[0027] 結(jié)果表明：該發(fā)明所制備的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能，拉 伸斷裂強(qiáng)度可達(dá)2. 17MPa，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)424%。該力學(xué)性能已能夠滿足人工皮膚的使用 需求。
[0028] 4)測(cè)量梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜的水蒸氣透過(guò)性能。
[0029] 將實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的樣品裁剪成33cm2的圓形膜片，置于水蒸氣透過(guò)率 測(cè)試儀中進(jìn)行測(cè)試，每組測(cè)試3個(gè)平行樣，測(cè)試溫度為37. 5°C，測(cè)試濕度為90%RH，結(jié)果如 表2和表3所不。
[0030] 結(jié)果表明：隨著致孔劑用量的增加，試樣的水蒸氣透過(guò)率隨之增大，從數(shù)據(jù)上可以 看出該梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜水蒸氣透過(guò)性能可調(diào)度較大；涂膜次數(shù)從一次增加到 三次，水蒸氣透過(guò)性能大大增強(qiáng)，這主要是因?yàn)榉执瓮磕ぜ涌炝讼嘟粨Q速度，形成的小孔孔 徑較大，孔與孔之間的貫穿性更好的原因。
[0031] 5)測(cè)量梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜的吸水率和孔隙率。
[0032] 將實(shí)施例1制備的試樣裁剪成邊長(zhǎng)為0. 5cm的方形樣品測(cè)量其干重，浸沒(méi)在去離 子水中，72h候測(cè)量其濕重，由此計(jì)算試樣的吸水性和孔隙率，結(jié)果如表4所示。
[0033] 結(jié)果表明：該發(fā)明制備的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜吸水率可以達(dá)到467%，孔 隙率達(dá)83%，說(shuō)明該多孔膜可以有效的吸收皮膚滲析液，為傷口愈合保證一個(gè)濕潤(rùn)的環(huán) 境。
[0034] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] 1)上表面孔徑小，孔徑僅為1?2ym，能有效抵御外界細(xì)菌；
[0036] 2)斷面孔徑呈梯度分布，由上表面至下表面（與模具接觸面）孔徑逐漸增大，厚度 可根據(jù)具體需要調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)可有效吸收受損皮膚滲析液，同時(shí)保持良好的透氣性能。單 層的梯度孔結(jié)構(gòu)多孔聚氨酯薄膜具有雙層人工皮膚的抵御外界細(xì)菌和吸收滲析液的雙重 功能；
[0037] 3)斷面孔結(jié)構(gòu)可分為大孔和小孔，大孔由致孔劑濾去形成，小孔由相分離機(jī)制形 成，該結(jié)構(gòu)有利于保證了較好的水透性能，同時(shí)又能保持傷口濕潤(rùn)；
[0038] 4)具有優(yōu)異的力學(xué)性能，拉伸斷裂強(qiáng)度可達(dá)2MPa以上，同時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)400% 以上；
[0039] 5)具有平整的外觀，舒適的手感，下表面相對(duì)于上表面孔隙大，因而手感更加柔 軟；
[0040] 6)本發(fā)明制備工藝十分簡(jiǎn)單，能耗低，多孔膜的性能易控制；
[0041] 7)本發(fā)明制備過(guò)程中的溶劑、凝固浴溶劑均可回收利用，不產(chǎn)生廢氣廢液，對(duì)環(huán)境 友好；
[0042] 8)本發(fā)明制得的成品安全性能優(yōu)異，對(duì)動(dòng)物體沒(méi)有毒副作用。
【附圖說(shuō)明】
[0043] 圖1為實(shí)施例1的梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜斷面在100倍下的掃描電鏡圖像
[0044] 圖2為實(shí)施例4的梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜在100倍下的掃描電鏡圖像
[0045] 圖3為圖1上部矩形框內(nèi)在2000倍率下的掃描電鏡圖像
[0046] 圖4為圖1中部矩形框內(nèi)在2000倍率下的掃描電鏡圖像
[0047] 圖5為實(shí)施例1的梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜上表面在1000倍下的掃描電鏡 圖像
[0048] 圖6為實(shí)施例1的梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯薄膜下表面在1000倍下的掃描電鏡 圖像
【具體實(shí)施方式】
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