可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架，該支架由聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米纖維膜和聚丙烯輔助支撐兩部分組成。所述納米纖維膜利用靜電紡絲技術(shù)制備而成，通過控制過程參數(shù)和使用不同接收裝置獲得纖維排列有序或無序等不同結(jié)構(gòu)，再通過加熱與輔助支撐粘合在一起。所得納米纖維支架可以懸浮于培養(yǎng)液表面，能夠長時(shí)間保持平直性和完整性，可以仿生皮膚細(xì)胞生長環(huán)境，有利于皮膚細(xì)胞的粘附、生長、遷移、增殖和分化，最終形成組織工程真皮；本實(shí)用新型制備工藝簡單，成本較低，易于廣泛的應(yīng)用。
【專利說明】可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及組織工程和微納制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
【背景技術(shù)】
[0002]皮膚是人體的重要器官之一，在60天內(nèi)即可完全更新一次。皮膚不僅能使人體免受污物或細(xì)菌的侵襲，也能保持人體內(nèi)的水分不致流失。當(dāng)大面積的皮膚受到嚴(yán)重的燒傷或損害，醫(yī)生必須立即輸入液體并保護(hù)傷口，如果僅是皮膚的淺層受損，新皮膚會(huì)再生。如果病人受到了嚴(yán)重的燒傷，皮膚就不能靠自己修復(fù)。長期以來，人們對(duì)嚴(yán)重的皮膚缺損創(chuàng)面，只能靠切取自體正常部位的皮膚移植修復(fù)，盡管能治愈創(chuàng)面，但在取皮部位卻留下了新的創(chuàng)傷，常常導(dǎo)致疤痕增生，甚至因取皮過深，供皮區(qū)難以自愈，形成水皰，反復(fù)潰瘍。遇到大面積嚴(yán)重?zé)齻牟∪?，如果其正常皮膚所剩無幾，缺乏自體皮源及時(shí)封閉創(chuàng)面，常常引起創(chuàng)面及全身嚴(yán)重的感染等一系列并發(fā)癥，有可能危機(jī)生命。因此，國際醫(yī)學(xué)界一直試圖在體外制造一種皮膚代用品，用來更換人體損壞的皮膚組織。
[0003]組織工程作為一個(gè)新興的邊緣學(xué)科為燒傷科和整形美容科急需的理想皮膚替代物提供一個(gè)很好的解決辦法。其核心就是建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織，用以對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的重建并達(dá)到永久性替代。組織工程的基本原理和方法是將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞，吸附于一種生物相容性良好并可被機(jī)體吸收的三維支架上形成復(fù)合物，將細(xì)胞-三維支架復(fù)合物植入機(jī)體組織、器官的病損部分，細(xì)胞在三維支架逐漸被機(jī)體降解吸收的過程中形成在形態(tài)和功能方面與相應(yīng)器官、組織相一致的新的組織，而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。
[0004]因此組織工程皮膚應(yīng)運(yùn)而生，成為組織工程中進(jìn)展很快的學(xué)科，并且發(fā)展出成熟的產(chǎn)品。組織工程皮膚是由細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)或由兩者共同結(jié)合組成的皮膚產(chǎn)品，是應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理與技術(shù)將種子細(xì)胞與適當(dāng)?shù)闹Ъ懿牧舷嘟Y(jié)合構(gòu)建出的用于修復(fù)、維護(hù)和改善損傷皮膚組織功能和形態(tài)的生物替代物。
[0005]皮膚組織工程研究分為三個(gè)環(huán)節(jié):種子細(xì)胞、支架材料和體外重?cái)U(kuò)建技術(shù)。支架材料是皮膚組織工程的關(guān)鍵要素，是細(xì)胞獲取營養(yǎng)、氣體交換、廢物排泄和生長代謝的場所，是新的具有形態(tài)和功能的皮膚組織基礎(chǔ)。其主要功能包括以下兩點(diǎn):1、為體外構(gòu)建工程皮膚器官提供三維的細(xì)胞生長支架，使細(xì)胞間形成適宜的空間分布和細(xì)胞聯(lián)系；2、提供特殊的生長和分化信號(hào)，誘導(dǎo)細(xì)胞的定向分化和維持細(xì)胞分化。皮膚組織工程支架必須具有良好的生物兼容性、良好的生物降解性、較大的孔隙率和比表面積以及足夠的力學(xué)性能。
[0006]皮膚組織工程支架材料的研究及其優(yōu)選是人工皮膚的重要研究內(nèi)容之一，按化學(xué)性質(zhì)可將其分為生物類與合成類。生物類皮膚組織工程支架材料主要有膠原和脫細(xì)胞真皮基質(zhì)，前者是經(jīng)典的人工皮膚支架材料，但它的缺點(diǎn)就是力學(xué)性能差，不易于手術(shù)操作；后者是目前研究的熱點(diǎn)，美國已用脫細(xì)胞尸體皮或豬皮為支架材料制備了人工皮膚，它的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)性能好，抗原性低，缺點(diǎn)是材料來源非常有限且有傳染某些疾病的危險(xiǎn)，限制了其應(yīng)用。合成類皮膚組織工程支架材料主要是聚交酯、聚內(nèi)酯、聚羥基烷酸酯、聚碳酸酯類，但其最大的缺點(diǎn)是缺乏細(xì)胞識(shí)別信號(hào)，不利于細(xì)胞粘附及特異基因的激活。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有良好的生物相容性和生物可降解性，較高的孔隙率和較好的力學(xué)性能，可以仿生細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境，并且可以懸浮于培養(yǎng)液表面，能夠長時(shí)間保持平直性和完整性，可以仿生皮膚細(xì)胞生長環(huán)境，有利于皮膚細(xì)胞的粘附、生長、遷移、增殖和分化的皮膚組織工程納米纖維支架。
[0008]具體的，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0009]本實(shí)用新型的可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架由納米纖維膜和輔助支撐兩部分粘合在一起組成，所述的纖維膜材料為聚乳酸-羥基乙酸共聚物(簡稱PLGA)，所述的輔助支撐材料為聚丙烯(簡稱PP)。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中纖維膜材料選用的聚乳酸-羥基乙酸共聚物，具有良好的生物相容性、無毒、良好的成囊和成膜的性能，被廣泛應(yīng)用于制藥、醫(yī)用工程材料領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)證明聚乳酸-羥基乙酸共聚物靜電紡絲性能較好，便于通過靜電紡絲制備納米纖維。該共聚物由兩種單體乳酸和羥基乙酸聚合而成，通過調(diào)整單體比例可以改變聚乳酸-羥基乙酸共聚物的降解時(shí)間，實(shí)現(xiàn)可控降解。該材料具有良好的力學(xué)性能，所得纖維膜抗拉強(qiáng)度較大，便于進(jìn)行各種操作。
[0011]本實(shí)用新型的技術(shù)方案中輔助支撐材料選用的聚丙烯，該材料無毒無味，除能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外，對(duì)其他各種化學(xué)試劑都比較穩(wěn)定，適合于醫(yī)藥領(lǐng)域。聚丙烯密度小，是最輕的通用塑料，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能，強(qiáng)度和硬度較高。利用該材料作為輔助支撐可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:實(shí)現(xiàn)納米纖維支架可懸浮于液面；防止纖維膜變形，實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間纖維膜的平直性和完整性。
[0012]本實(shí)用新型的可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架可滿足皮膚細(xì)胞直接通過培養(yǎng)液獲得所需營養(yǎng)，同時(shí)還可以接觸空氣，能夠仿生皮膚細(xì)胞天熱生長環(huán)境。
[0013]本實(shí)用新型也提供了一種制備上述可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架的方法，該方法基于靜電紡絲原理，通過控制靜電紡絲參數(shù)和選擇不同接收裝置來獲得不同結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，最后利用加熱方法將纖維膜和輔助支架粘合在一起得到纖維支架，所用靜電紡絲設(shè)備主要由供液裝置、噴射裝置、接收裝置和高壓電源四部分組成，具體的包括下述步驟:
[0014](I)配備溶質(zhì)為聚乳酸-羥基乙酸共聚物的靜電紡絲溶液，待溶劑溶解均勻后將其注入注射器，擠壓排除其中殘留的氣體，直到噴頭出現(xiàn)液滴；
[0015](2)將注射器安裝在微量注射泵之上，調(diào)整推進(jìn)擋板位置壓緊注射器，設(shè)定參數(shù):電極間距10?20cm、電壓值4?10KV、接收裝置轉(zhuǎn)速1000?2000r/min后開始供液；
[0016](3)打開電源開關(guān)，升高電壓并觀察噴頭尖端液滴的變化，當(dāng)液滴開始發(fā)生形變時(shí)，緩慢增加電壓值直到形成穩(wěn)定噴射流；
[0017](4)紡絲過程結(jié)束之后，將接收裝置接地，消除殘留靜電電荷；
[0018](5)除去接收裝置上多余物質(zhì)，然后把所需部分取下，得到納米纖維膜；
[0019](6)將所得納米纖維膜裁剪成所需形狀，聚丙烯輔助支撐放置在納米纖維膜之上，沿著外圈進(jìn)行加熱，把納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終獲得可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0020]步驟(I)中，所述靜電紡絲溶液的溶劑選用體積比為4: I的四氫呋喃和乙酸混合液。
[0021]優(yōu)選的，所述靜電紡絲溶液的濃度為0.2g/ml?0.4g/ml。
[0022]步驟(2)中，供液裝置實(shí)現(xiàn)靜電紡絲溶液的精確供給，供液流量為20μ Ι/h?
60 μ 1/ho
[0023]所述的接收裝置為平板、轉(zhuǎn)軸或旋轉(zhuǎn)碟片。
[0024]優(yōu)選的，通過平板接收裝置來獲得排列無序的納米纖維膜，轉(zhuǎn)軸接收裝置和旋轉(zhuǎn)碟片接收裝置來獲得有序的納米纖維膜。
[0025]優(yōu)選的，所述的噴射裝置噴頭內(nèi)徑為80μπι、110μπι或160 μ m。
[0026]過程參數(shù)和外界環(huán)境對(duì)靜電紡絲影響較大，為了獲得穩(wěn)定的紡絲過程，步驟(3)需要多次進(jìn)行，多次重復(fù)步驟(3)來確定合適的噴頭內(nèi)徑、電極間距和電壓值。參數(shù)的選擇可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，靜電紡絲時(shí)間在I小時(shí)以上。
[0027]步驟(4)用來消除納米纖維膜上靜電電荷，由于靜電紡絲需要高壓電場，纖維在靜電紡絲過程中會(huì)積累大量靜電荷，最終形成的纖維膜不方便操作，將接收裝置接地，用于消除靜電電荷。
[0028]接收裝置中間區(qū)域所得纖維膜結(jié)構(gòu)最優(yōu)，邊緣會(huì)出現(xiàn)凌亂纖維束，這些結(jié)構(gòu)在將纖維膜從接收裝置取下的過程中會(huì)吸附在纖維膜表面，因此需要通過步驟(5)來去除，以防影響纖維膜結(jié)構(gòu)。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0030]1、所得的納米纖維支架具有良好的生物相容性和生物可降解性，適用于皮膚組織工程領(lǐng)域；
[0031]2、所得的納米纖維支架能夠?qū)崿F(xiàn)可控降解，通過選用不同合成比例聚乳酸-羥基乙酸共聚物得到不同降解周期；
[0032]3、所得的納米纖維支架通過靜電紡絲方法制備，具有較高孔隙率和比表面積，纖維排列可以實(shí)現(xiàn)無序或有序等結(jié)構(gòu)，能夠仿生細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境；
[0033]4、所得的納米纖維支架具有良好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度和塑性足夠，便于進(jìn)行操作；
[0034]5、所得的納米纖維支架可懸浮于液面，可以長時(shí)間保持纖維膜的平直性和完整性，能夠仿生皮膚細(xì)胞天然生長環(huán)境；
[0035]6、所得的納米纖維支架制備工藝簡單，成本較低，易于廣泛的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本實(shí)用新型的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1制備的排列無序的納米纖維膜的掃描電鏡圖；[0038]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例4制備的排列有序的納米纖維膜的掃描電鏡圖；
[0039]圖3是本實(shí)用新型制備的可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]用于靜電紡絲也即構(gòu)成納米纖維支架纖維膜的原材料為聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),簡稱PLGA), PLGA具有良好的生物相容性、生物降解性。聚乳酸-羥基乙酸共聚物由兩種單體乳酸和羥基乙酸聚合而成，其降解程度隨單體比例不同而有差異，乙交酯比例越大越易降解，通過調(diào)整單體比例，進(jìn)而改變聚乳酸-羥基乙酸共聚物的降解時(shí)間。
[0041]下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
[0042]實(shí)施例1
[0043]首先配置濃度為0.3g/ml的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液，溶劑為體積比為4:
I的四氫呋喃/乙酸混合液。溶液在室溫下放置24小時(shí)，待溶質(zhì)溶解均勻后通過靜電紡絲制備納米纖維膜。靜電紡絲過程參數(shù):電壓為6000V ;電極間距為IOcm ;溶液供給流量為40 μ 1/h ;接收轉(zhuǎn)軸直徑為20mm ;接收轉(zhuǎn)速為2000r/min ;接收時(shí)間為1.5h。靜電紡絲結(jié)束后將接收裝置接地，待靜電電荷消除后將納米纖維膜從接收轉(zhuǎn)軸取下，將所得納米纖維膜裁剪為所需形狀，本實(shí)例裁剪為圓形，最后通過加熱將圓形納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終得到可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0044]實(shí)施例2
[0045]首先配置濃度為0.4g/ml的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液，溶劑為體積比為4:
I的四氫呋喃/乙酸混合液。溶液在室溫下放置24小時(shí)，待溶質(zhì)溶解均勻后通過靜電紡絲制備納米纖維膜。靜電紡絲過程參數(shù):電壓為4000V ;電極間距為IOcm ;溶液供給流量為20 μ 1/h ;接收轉(zhuǎn)軸直徑為20mm ;接收轉(zhuǎn)速為2000r/min ;接收時(shí)間為2h。靜電紡絲結(jié)束后將接收裝置接地，待靜電電荷消除后將納米纖維膜從接收轉(zhuǎn)軸取下，將所得納米纖維膜裁剪為所需形狀，本實(shí)例裁剪為圓形，最后通過加熱將圓形納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終得到可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0046]實(shí)施例3
[0047]首先配置濃度為0.2g/ml的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液，溶劑為體積比為4:
I的四氫呋喃/乙酸混合液。溶液在室溫下放置24小時(shí)，待溶質(zhì)溶解均勻后通過靜電紡絲制備納米纖維膜。靜電紡絲過程參數(shù):電壓為10000V ;電極間距為20cm ;溶液供給流量為60 μ 1/h ;接收轉(zhuǎn)軸直徑為20mm ;接收轉(zhuǎn)速為2000r/min ;接收時(shí)間為lh。靜電紡絲結(jié)束后將接收裝置接地，待靜電電荷消除后將納米纖維膜從接收轉(zhuǎn)軸取下，將所得納米纖維膜裁剪為所需形狀，本實(shí)例裁剪為圓形，最后通過加熱將圓形納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終得到可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0048]實(shí)施例4
[0049]首先配置濃度為0.3g/ml的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液，溶劑為體積比為4:
I的四氫呋喃/乙酸混合液。溶液在室溫下放置24小時(shí)，待溶質(zhì)溶解均勻后通過靜電紡絲制備納米纖維膜。靜電紡絲過程參數(shù):電壓為6000V ;電極間距為IOcm ;溶液供給流量為40 μ 1/h ;接收裝置為平板；接收轉(zhuǎn)速為1000r/min ;接收時(shí)間為1.5h。靜電紡絲結(jié)束后將接收裝置接地，待靜電電荷消除后將納米纖維膜從接收轉(zhuǎn)軸取下，將所得納米纖維膜裁剪為所需形狀，本實(shí)例裁剪為圓形，最后通過加熱將圓形納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終得到可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0050]實(shí)施例5
[0051]首先配置濃度為0.3g/ml的聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液，溶劑為體積比為4:
I的四氫呋喃/乙酸混合液。溶液在室溫下放置24小時(shí)，待溶質(zhì)溶解均勻后通過靜電紡絲制備納米纖維膜。靜電紡絲過程參數(shù):電壓為6000V ;電極間距為IOcm ;溶液供給流量為40 μ 1/h ;接收裝置為旋轉(zhuǎn)碟片；接收轉(zhuǎn)速為1500r/min ;接收時(shí)間為1.5h。靜電紡絲結(jié)束后將接收裝置接地，待靜電電荷消除后將納米纖維膜從接收轉(zhuǎn)軸取下，將所得納米纖維膜裁剪為所需形狀，本實(shí)例裁剪為圓形，最后通過加熱將圓形納米纖維膜和輔助支架粘合在一起，最終得到可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架。
[0052]通過平板接收裝置獲得的納米纖維膜排列無序，通過轉(zhuǎn)軸接收裝置和旋轉(zhuǎn)碟片接收裝置獲得的納米纖維膜則排列有序，從附圖1和附圖2的掃描電鏡(SEM)圖片可以很明顯的看出。
[0053]圖3所示的可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架，由聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米纖維膜I和聚丙烯輔助支撐2兩部分通過加熱粘合在一起。
[0054]上述方法所得納米纖維支架可以懸浮于培養(yǎng)液表面，能夠長時(shí)間保持平直性和完整性，可以仿生皮膚細(xì)胞生長環(huán)境，有利于皮膚細(xì)胞的粘附、生長、遷移、增殖和分化，最終形成組織工程真皮。本實(shí)用新型的制備工藝簡單，成本較低，易于廣泛的應(yīng)用。
[0055]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。
[0056]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種可懸浮皮膚組織工程納米纖維支架，其特征在于:所述的納米纖維支架由納米纖維膜和輔助支撐兩部分粘合在一起組成，所述的納米纖維膜材料為聚乳酸-羥基乙酸共聚物，所述的輔助支撐材料為聚丙烯。
【文檔編號(hào)】A61L27/16GK203447550SQ201320524014
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】汝長海, 王飛龍, 陳瑞華, 楊湛 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)