本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料，涉及一種具有生物傳感器效果和傷口修復效果的人工皮膚，具體是一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚及其制備方法。

背景技術：

1、人體皮膚受到創(chuàng)傷后，傷口表面的皮膚組織會有不同程度的壞死，為了促進傷口更快愈合，使用人工皮膚是常見有效的方法。人工皮膚作為自體皮膚移植的替代品，可用于真皮層受損的創(chuàng)傷、慢性創(chuàng)面或者燒傷創(chuàng)面的治療，具有促進創(chuàng)面愈合、減少瘢痕形成等作用。因此人工皮膚應該具有生物相容性，維持濕潤環(huán)境，保持溫度，為了使敷料能進一步填充傷口，促進傷口愈合速度，這就要求在內層敷料滿足臨床上常見的人工皮膚的功能之外，還應具有分析傷口所處在的愈合階段，促進傷口細胞再生的功能；而外層敷料則應該具備疏水，保溫，可與環(huán)境進行氣體交換的性質。

2、膠原作為人體內環(huán)境的主要成分之一，由于其較低的免疫原性、良好的生物相容性和可生物降解性使之成為人工皮膚修復材料的首選材料。然而，對于現(xiàn)有的很多人工皮膚修復材料而言，其面臨的一個主要難題就是材料的力學性能不夠。

3、氧化石墨烯具有較為顯著的抗菌作用，同時具有較好的導電性，同時對一般生物材料的力學性能有較好的提升。但氧化石墨烯同時存在一定的細胞毒性與殘留體內不易降解的問題。目前氧化石墨烯在生物醫(yī)學材料中的應用主要集中于其電學性能的應用，對其抗菌及促修復作用的性能仍有待開發(fā)。

4、目前生物打印人工皮膚使用的打印墨水通常為水凝膠，成份包括明膠、透明質酸、海藻酸鈉和殼聚糖等天然高分子材料，以及聚乙二醇等生物安全性良好的合成類高分子。但是，利用水凝膠墨水材料制造的生物打印人工皮膚，受水凝膠力學性能的限制，人工皮膚的力學性能較弱，實際使用時容易發(fā)生破損。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是提供一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚及其制備方法，能夠克服現(xiàn)有材料制成的人工皮膚存在的缺陷，實現(xiàn)人工皮膚具有生物感知和傷口修復的能力。

2、本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是：

3、一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚，包括由下到上依次設置的皮膚修復層、隔離層、電傳感層；

4、皮膚修復層為膠原-氧化石墨烯復合水凝膠膜；

5、隔離層為聚氨酯薄膜；

6、電傳感層為聚乙烯醇-多巴胺-氧化石墨烯復合水凝膠膜。

7、一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，包括如下步驟：

8、s1、制備膠原-氧化石墨烯復合水凝膠膜，包括：

9、s11、制備膠原-氧化石墨烯生物墨水；

10、s12、使用膠原-氧化石墨烯生物墨水和擠出3d打印機，在聚氨酯薄膜上擠出膠原-氧化石墨烯生物墨水條帶，墨水條帶為十字交替排列形成多層疊加網格狀結構后進行蔓延，以打印膠原-氧化石墨烯復合水凝膠材料；

11、s13、將步驟s11打印好的膠原-氧化石墨烯復合水凝膠材料風干獲得膠原-氧化石墨烯復合水凝膠膜，此時膠原-氧化石墨烯復合水凝膠膜附著在聚氨酯薄膜上;

12、s2、制備聚乙烯醇-多巴胺-氧化石墨烯復合水凝膠膜，包括：

13、s21、分別配制氧化石墨烯溶液、聚乙烯醇溶液，氫氧化鈉溶液；

14、s22、在氧化石墨烯溶液中加入多巴胺，獲得氧化石墨烯-多巴胺溶液，然后加入氫氧化鈉溶液調節(jié)氧化石墨烯-多巴胺溶液的酸堿度，將氧化石墨烯-多巴胺溶液的ph值調節(jié)到11；

15、s23、將步驟s22中獲得的氧化石墨烯-多巴胺溶液超聲后，攪拌至溶液成為均勻的深黑色溶液；

16、s24、將步驟s23中獲得的深黑色溶液加入聚乙烯醇溶液，劇烈攪拌至均勻;

17、s25、將步驟s24中獲得的溶液注入模具中，反復凍融后得到聚乙烯醇-多巴胺-氧化石墨烯復合水凝膠膜；

18、s3、將聚乙烯醇-多巴胺-氧化石墨烯復合水凝膠膜與附著有膠原-氧化石墨烯復合水凝膠膜的聚氨酯薄膜的粘性面進行貼合，形成三層復合水凝膠膜，即具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚。

19、進一步的，s11中制備膠原-氧化石墨烯生物墨水的步驟為：

20、s111、在25℃下，將牛腱膠原溶解于乙酸中，配制膠原溶液，膠原溶液濃度為15mg/ml；

21、s112、分別配置氧化石墨烯溶液、碳化二亞胺溶液和n-羥基丁二酰溶液；氧化石墨烯溶液濃度為0.1μg/ml；碳化二亞胺溶液為15mg/ml；n-羥基丁二酰溶液濃度為15mg/ml；

22、s113、將步驟s112得到的氧化石墨烯溶液緩慢加入到s111得到的膠原溶液中，獲得膠原-氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯溶液與膠原體積比為30:1；再往膠原-氧化石墨烯溶液中加入碳化二亞胺溶液和n-羥基丁二酰溶液，緩慢攪拌進行交聯(lián)反應，攪拌溫度為4~6℃，攪拌時長為0.5h；其中膠原-氧化石墨烯溶液、碳化二亞胺溶液、n-羥基丁二酰體積比為12:1:1；

23、s114、將步驟113中獲得的混合物溶液離心，得到膠原-氧化石墨烯生物墨水；所述離心轉速為3000~5000轉/min，離心時間為0.5h。

24、進一步的，s12中3d打印機的擠出速度為1.5mm/s，打印速度為2.5mm/s。

25、進一步的，s21中氧化石墨烯溶液濃度為0.1mg/ml，聚乙烯醇溶液濃度為0.1~0.2g/ml，氫氧化鈉溶液濃度為1mol/l。

26、進一步的，s22中加入的多巴胺的質量與氧化石墨烯的質量比為1：1。

27、進一步的，s23中超聲溫度為6~10℃，超聲時間為10~20?min；攪拌時間為2h，攪拌溫度為60~65℃。

28、進一步的，s24中攪拌溫度為60~65℃，攪拌時間為6h。

29、進一步的，s25中水凝膠模具硅膠模厚度為0.5~1?mm，凍融次數(shù)為3~5次。

30、本發(fā)明的有益效果是：

31、本發(fā)明所述人工皮膚能夠獲取皮膚創(chuàng)口周圍的生物電信息，達到傳感器效果，對傷口情況起到檢測作用，同時具有人工皮膚抗菌、預防感染、促進修復的能力。

技術特征：

1.一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚，其特征在于:包括由下到上依次設置的皮膚修復層、隔離層、電傳感層；

2.權利要求1所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s11中制備膠原-氧化石墨烯生物墨水的步驟為：

4.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s12中3d打印機的擠出速度為1.5mm/s，打印速度為2.5mm/s。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s21中氧化石墨烯溶液濃度為0.1mg/ml，聚乙烯醇溶液濃度為0.1~0.2g/ml，氫氧化鈉溶液濃度為1mol/l。

6.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s22中加入的多巴胺的質量與氧化石墨烯的質量比為1：1。

7.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s23中超聲溫度為6~10℃，超聲時間為10~20?min；攪拌時間為2h，攪拌溫度為60~65℃。

8.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s24中攪拌溫度為60~65℃，攪拌時間為6h。

9.根據(jù)權利要求2所述的一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚的制備方法，其特征在于：所述s25中水凝膠模具硅膠模厚度為0.5~1?mm，凍融次數(shù)為3~5次。

技術總結
本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥材料技術領域，提供一種具有生物感知與傷口修復能力的人工皮膚及其制備方法，所述人工皮膚包括皮膚修復層、隔離層、電傳感層，皮膚修復層為3D打印的膠原石墨烯復合水凝膠膜；隔離層為聚氨酯膜；電傳感層為是聚乙烯醇?多巴胺?氧化石墨烯復合水凝膠膜。本發(fā)明提供的人工皮膚能夠通過電刺激及膠原材料達到皮膚修復效果；通過電傳感層感應皮膚創(chuàng)面壓力變化轉換為電信號的變化對傷口情況起到檢測作用；人工皮膚還具有持續(xù)抗菌活性，可以預防創(chuàng)面感染，同時能有效促進軟組織損傷創(chuàng)面愈合，提高組織再生修復能力。

技術研發(fā)人員：連小潔,郝睿智,卓鈺然,賈澤鑫,翟宏軒,閆俊愷,王春旺
受保護的技術使用者：太原理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6