一種人工皮膚及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人工皮膚及其制備方法。本發(fā)明提供了一種結構可控的、包括表皮層和雙層真皮層的人工皮膚，真皮層上層為平行排列的微槽結構，下層為三維網狀結構。該人工皮膚在成纖維細胞遷移速率、降解速率和抗瘢痕效果上具有明顯的優(yōu)勢。本發(fā)明通過三維打印的方式制備得到真皮支架，結構控制更加精確，制備工藝簡單，廢品率低，經濟效益更顯著。
【專利說明】一種人工皮膚及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于仿生材料【技術領域】，特別涉及一種人工皮膚及其制備方法。

【背景技術】
[0002]皮膚作為人體最大的器官，起到保護、感知和調節(jié)作用。當由于外界損傷或疾病等因素造成皮膚缺損時，其危害可以極輕微，也可以是致命的。
[0003]從上世紀90年代初，國外皮膚修復技術開始以人工合成真皮支架為主流，已有多種產品得到廣泛應用，如Integra、Dermagraft、皮耐克等,其臨床效果較好,但在長期效果如抑制瘢痕增生、皮膚外觀和功能恢復與重建等方面還存在諸多挑戰(zhàn)。
[0004]天然的真皮基質主要是膠原纖維和彈性纖維構成，二者互相交織在一起，真皮組織的厚薄與其纖維組織和基質的多少關系密切，并與皮膚的致密性、飽滿度、松弛和起皺現(xiàn)象密切相關。同時真皮中的膠原纖維均結合成束。真皮越往上部越細，越往下越粗。在真皮中部和下部，膠原束的方向幾乎與皮面平行，并互相交織在一起，在同一水平面上向各個方向延伸，有利于血管化和自體細胞長入。
[0005]目前，在胎兒無瘢痕愈合的研究中已證實，胎兒真皮的膠原纖維排列成網狀，纖維較細但纖維間間隙致密，創(chuàng)傷愈合后的膠原支架與周圍正常組織幾乎完全相同；成人真皮膠原纖維束粗大，膠原纖維間間隙較胎兒真皮明顯疏松，創(chuàng)傷愈合后真皮膠原纖維的網狀結構消失，膠原纖維呈平行排列，與創(chuàng)面垂直，導致瘢痕形成。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細胞的遷移、分裂和分泌細胞外基質的速度等都是其無瘢痕愈合的基礎，真皮中膠原纖維排列的方式對創(chuàng)面愈合后有無瘢痕形成至關重要。
[0006]目前的人工真皮支架模擬了膠原纖維的三維網狀結構，研究發(fā)現(xiàn)，雖然致密的支架抗瘢痕效果好，但會限制成纖維細胞快速達到創(chuàng)面位置，導致真皮支架滲透性差、血管化速率慢、抗感染效果不佳；疏松的支架有利于血管和成纖維細胞的快速長入，但后期抗瘢痕效果較差。
[0007]另外，現(xiàn)有人工皮膚的缺點還表現(xiàn)在:應用于創(chuàng)傷處時較難實現(xiàn)可靠固定(尤其對于不規(guī)則或凹面的身體部位，或者小孩)，植入后人工皮膚下面容易引起感染，或有血塊產生，能否克服該缺點將對產品植入的成功與否有著重要影響。研究證明，采用聯(lián)合使用負壓引流護理，可以有效地實現(xiàn)產品的可靠固定，并且可及時排除傷口分泌物、血塊等，降低了血清凝塊、血腫以及感染的發(fā)生。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種人工皮膚及其制備方法。
[0009]本發(fā)明所采取的技術方案是:
一種人工皮膚，包括真皮層，所述真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層為平行排列的微槽結構，下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構。
[0010] 優(yōu)選的，所述真皮層上層的厚度為10~200 μ m，相鄰微槽間距為10~100 μ m，膠原束直徑為10~200 μ m ;所述真皮層下層的厚度為2~4mm，三維網狀結構的孔徑為100~200 μ m,膠原束直徑為100~200 μ m。
[0011]優(yōu)選的，所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球，其中，微球直徑為20 ~lOOnm。
[0012]優(yōu)選的，所述人工皮膚還包括與真皮層上層結合的表皮層。
[0013]優(yōu)選的,所述表皮層上密布有微孔,微孔孔徑為0.1~3mm,孔間距為I~1mm,表皮層厚度為0.2~0.5mm。
[0014]優(yōu)選的，所述表皮層由聚氨酯、硅橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯制成。
[0015]一種人工皮膚的制備方法，包括以下步驟:將真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；將I型膠原蛋白用醋酸溶液溶解，加入戊二醛和載生長因子的微球，混均，真空脫泡，得打印材料；將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，得到真皮層，即為人工皮膚。
[0016]優(yōu)選的，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為I~20wt%，戊二醛的濃度為0.10~0.50wt%，微球的濃度為0.01~0.2wt%0
[0017]優(yōu)選的，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，噴嘴到打印平臺的距離為20~40mm，打印材料的擠出速率為6~ΙΟ.!—1，打印平臺的溫度為-10~4°C。
[0018]優(yōu)選的，還包括以下步驟:在聚氨酯、硅橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；將表皮層和真皮層通過黏合劑結合，即為人工皮膚。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明提供了一種結構可控的、包括表皮層和雙層真皮層的人工皮膚，真皮層上層為平行排列的微槽結構，有利于成纖維細胞快速遷移，長入創(chuàng)面，促進創(chuàng)面愈合；真皮層下層為三維網狀結構，降解速度較為緩慢，在愈合后期發(fā)揮抗瘢痕作用。
[0020]本發(fā)明人工皮膚具有很好的生長因子緩釋功能，緩釋周期為3~4周；并且，通過精確的尺寸控制，使得真皮層在創(chuàng)面愈合后迅速降解。因此，該人工皮膚在成纖維細胞遷移速率、降解速率和抗瘢痕效果上具有明顯的優(yōu)勢。
[0021 ] 本發(fā)明方法制備的人工皮膚，具有較高的撕裂強度，在臨床上使用更加方便，可與負壓引流裝置聯(lián)合使用；通過三維打印的方式制備得到的真皮支架，結構控制更加精確，制備工藝簡單，廢品率低，經濟效益更顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為人工皮膚的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明所采取的技術方案是:
如圖1所示的，一種人工皮膚，包括真皮層，所述真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層為平行排列的微槽結構，下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構。優(yōu)選的，所述真皮層上層的厚度為10~200 μ m，相鄰微槽間距為10~100 μ m，膠原束直徑為10~200 μ m ;所述真皮層下層的厚度為2~4mm,三維網狀結構的孔徑為100~200 μ m,膠原束直徑為100~200 μ m。優(yōu)選的，所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球，其中，微球直徑為20~10nm0
[0024]所述生長因子優(yōu)選為表皮細胞生長因子、重組表皮細胞生長因子、真皮細胞生長因子、重組真皮細胞生長因子、重組人堿性成纖維細胞生長因子中的至少一種。微球中生長因子占0.05~lwt%。微球優(yōu)選由聚乳酸-聚乙醇酸組成。
[0025]如圖1所示的，優(yōu)選的，所述人工皮膚還包括與真皮層上層結合的表皮層。
[0026]優(yōu)選的,所述表皮層上密布有微孔,微孔孔徑為0.1~3mm,孔間距為I~1mm,表皮層厚度為0.2~0.5_。優(yōu)選的,所述表皮層由聚氨酯、娃橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯制成。
[0027]—種人工皮膚的制備方法，包括以下步驟:將真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；將I型膠原蛋白用醋酸溶液溶解，加入戊二醛和載生長因子的微球，混均，真空脫泡，得打印材料；將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，得到真皮層，即為人工皮膚。
[0028]優(yōu)選的，醋酸溶液的濃度為0.10~0.50mol/L。
[0029]優(yōu)選的，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為I~20wt%，戊二醛的濃度為0.10~0.50wt%，微球的濃度為0.01~0.2wt%0
[0030]優(yōu)選的，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，用于打印下層的噴嘴口徑為100~200 μ m，用于打印上層的噴嘴口徑為10~200 μ m,噴嘴到打印平臺的距離為20~40mm，打印材料的擠出速率為6~lOmi^s—1，打印平臺的溫度為-10~4°C。
[0031]優(yōu)選的，還包括以下步驟:在聚氨酯、硅橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；將表皮層和真皮層通過黏合劑結合，即為人工皮膚。
[0032]黏合劑優(yōu)選為生物相容性良好的制劑，例如α -氨基丙烯酸酯、硅橡膠粘合劑等。
[0033]優(yōu)選的，所述表皮層通過激光微加工技術制備。激光微加工技術打孔可制備小孔徑、邊緣光滑清潔的微孔，避免傳統(tǒng)機械打孔工藝容易產生碎屑的缺陷，也不會產生邊緣缺陷導致應力集中而降低表皮層的力學強度。
[0034]實施例1
一種人工皮膚，包括表皮層和真皮層；其中，表皮層上密布有孔徑為100 μ m的微孔，孔間距為1mm，表皮層厚度為0.2mm ;真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為ΙΟμπι，相鄰微槽間距為ΙΟμπι，膠原束直徑為10 μ m，下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為2mm，三維網狀結構的孔徑為100 μ m,膠原束直徑為150 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0035]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.lmol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為20nm的載有0.05wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌30min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為lwt%，戊二醛的濃度為0.20wt%，微球的濃度為0.01wt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為100μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為1ym;噴嘴到打印平臺的距離為20mm，打印材料擠出速率為6mm.s—1，打印平臺的溫度為-10°C ；(4)通過激光微加工技術在聚氨酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；
(5)使用黏合劑α-氨基丙烯酸酯將表皮層和真皮層結合，得到人工皮膚。
[0036]實施例2
一種人工皮膚，包括表皮層和真皮層；其中，表皮層上密布有孔徑為300 μ m的微孔，孔間距為2mm，表皮層厚度為0.2mm ;真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為100 μ m，相鄰微槽間距為100 μ m，膠原束直徑為100 μ m,下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為3.5mm,三維網狀結構的孔徑為150 μ m，膠原束直徑為100 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0037]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.3mol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為50nm的載有0.30wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌40min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為5wt%，戊二醛的濃度為0.25wt%，微球的濃度為0.lwt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為100μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為100μπι;噴嘴到打印平臺的距離為30mm，打印材料擠出的速率為8mm.s_S打印平臺的溫度為0°C ； (4)通過激光微加工技術在硅橡膠薄膜上制備微孔，得到表皮層；
(5)使用黏合劑硅橡膠粘合劑將表皮層和真皮層結合，得到人工皮膚。
[0038]實施例3
一種人工皮膚，包括表皮層和真皮層；其中，表皮層上密布有孔徑為1mm的微孔，孔間距為5mm，表皮層厚度為0.4mm;真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為200 μ m，相鄰微槽間距為100 μ m，膠原束直徑為200 μ m,下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為4mm，三維網狀結構的孔徑為200 μ m,膠原束直徑為200 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0039]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.5mol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為10nm的載有l(wèi)wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌60min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為20wt%，戊二醛的濃度為0.50wt%，微球的濃度為0.2wt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為200μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為200μπι;噴嘴到打印平臺的距離為20mm，打印材料擠出的速率為1mm.s—1，打印平臺的溫度為4°C ；
(4)通過激光微加工技術在聚氨酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；
(5)使用黏合劑硅橡膠粘合劑將表皮層和真皮層結合，得到人工皮膚。
[0040]實施例4
一種人工皮膚，包括表皮層和真皮層；其中，表皮層上密布有孔徑為2mm的微孔,孔間距為10mm，表皮層厚度為0.4mm ;真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為50 μ m,相鄰微槽間距為50 μ m,膠原束直徑為50 μ m，下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為4mm，三維網狀結構的孔徑為150 μ m，膠原束直徑為100 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0041]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.35mol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為40nm的載有0.60wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌40min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為10wt%，戊二醛的濃度為0.25wt%，微球的濃度為0.10wt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為100μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為50μπι ;噴嘴到打印平臺的距離為20mm，打印材料擠出的速率為7mm.s—1，打印平臺的溫度為2V ；
(4)通過激光微加工技術在聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；
(5)使用黏合劑α-氨基丙烯酸酯將表皮層和真皮層結合，得到人工皮膚。
[0042]實施例5
一種人工皮膚，包括表皮層和真皮層；其中，表皮層上密布有孔徑為3mm的微孔,孔間距為5mm，表皮層厚度為0.5mm ;真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為100 μ m,相鄰微槽間距為50 μ m,膠原束直徑為100 μ m,下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為3mm，三維網狀結構的孔徑為150 μ m,膠原束直徑為100 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0043]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.lmol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為30nm的載有0.30wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌30min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為lwt%，戊二醛的濃度為0.30wt%，微球的濃度為0.10wt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為150μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為100μπι;噴嘴到打印平臺的距離為20mm，打印材料擠出的速率為6mm.s—1，打印平臺的溫度為-10°C ；
(4)通過激光微加工技術在硅橡膠薄膜上制備微孔，得到表皮層；
(5)使用黏合劑α-氨基丙烯酸酯將表皮層和真皮層結合，得到人工皮膚。
[0044]實施例6
一種人工皮膚，由真皮層單獨組成；真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層與表皮層結合，為平行排列的微槽結構，其厚度為50 μ m,相鄰微槽間距為60 μ m,膠原束直徑為50 μ m,下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構，其厚度為3mm，三維網狀結構的孔徑為150 μ m，膠原束直徑為200 μ m。所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球。
[0045]上述人工皮膚的制備方法，制備方法如下:
(1)將上述真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；
(2)將I型膠原蛋白用0.lmol/L醋酸溶液溶解混勻后，加入戊二醛和直徑為30nm的載有0.30wt%表皮細胞生長因子的微球，繼續(xù)攪拌30min，混均，真空脫泡，得打印材料，打印材料中I型膠原蛋白的濃度為lwt%，戊二醛的濃度為0.30wt%，微球的濃度為0.10wt% ；
(3)將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，得到真皮層:其中，一個噴嘴用于打印下層，噴嘴口徑為200μπι;另一個噴嘴用于打印上層，噴嘴口徑為50 μ m ;噴嘴到打印平臺的距離為20mm，打印材料擠出的速率為5mm.s—1，打印平臺的溫度為-10°C。
[0046]所得真皮層下層孔徑大小為150 μ m,完全降解時間為21天，生長因子緩釋周期為20天。
[0047]性能測試:
實施例1~5人工皮膚的相關性能測試結果如下表所示:

【權利要求】
1.一種人工皮膚，包括真皮層，其特征在于:所述真皮層為由膠原束制成的雙層結構，其中，上層為平行排列的微槽結構，下層與創(chuàng)面接觸，為三維網狀結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的人工皮膚，其特征在于:所述真皮層上層的厚度為10~200 μ m，相鄰微槽間距為10~100 μ m，膠原束直徑為10~200 μ m ;所述真皮層下層的厚度為2~4mm，三維網狀結構的孔徑為100~200 μ m，膠原束直徑為100~200 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的人工皮膚，其特征在于:所述膠原束包含I型膠原蛋白和載生長因子的微球，其中，微球直徑為20~lOOnm。
4.根據(jù)權利要求1~3任意一項所述的人工皮膚，其特征在于:所述人工皮膚還包括與真皮層上層結合的表皮層。
5.根據(jù)權利要求4所述的人工皮膚，其特征在于:所述表皮層上密布有微孔，微孔孔徑為0.1~3mm,孔間距為I~1mm,表皮層厚度為0.2~0.5_。
6.根據(jù)權利要求4所述的人工皮膚，其特征在于:所述表皮層由聚氨酯、硅橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯制成。
7.—種人工皮膚的制備方法，包括以下步驟:將真皮層的雙層結構模型導入三維打印機中；將I型膠原蛋白用醋酸溶液溶解，加入戊二醛和載生長因子的微球，混均，真空脫泡，得打印材料；將打印材料置于三維打印設備的墨盒中，進行三維打印，得到真皮層，即為人工皮膚； 所述人工皮膚的結構 如權利要求1~3任意一項所述。
8.根據(jù)權利要求7所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于:打印材料中I型膠原蛋白的濃度為I~20wt%，戊二醛的濃度為0.10~0.50wt%，微球的濃度為0.01~0.2wt%。
9.根據(jù)權利要求7所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于:利用兩個噴嘴分別打印真皮層的上下層結構，噴嘴到打印平臺的距離為20~40mm，打印材料的擠出速率為6~10mm*s-1,打印平臺的溫度為-10~4°C。
10.根據(jù)權利要求7~9任意一項所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于:還包括以下步驟:在聚氨酯、硅橡膠或聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜上制備微孔，得到表皮層；將表皮層和真皮層通過黏合劑結合，即為人工皮膚； 所述人工皮膚的結構如權利要求1~6任意一項所述。
【文檔編號】A61L27/54GK104068945SQ201410301553
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】譚榮偉, 許孟強 申請人:深圳齊康醫(yī)療器械有限公司