本發(fā)明涉及人工皮膚領(lǐng)域，尤其涉及一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法。
技術(shù)背景
人工皮膚是一種用于治療皮膚創(chuàng)傷的敷料，主要使用生物材料或者生物相容性好的合成材料制備而成。人工皮膚在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)C傷、燒傷和皮膚破損缺失有良好的作用，在一些情況下甚至可以作為天然皮膚的替代物。目前研制成功并應(yīng)用的人工皮膚主要起到了一定保護(hù)皮下組織的覆蓋作用，提供了促進(jìn)創(chuàng)面表皮細(xì)胞生長的復(fù)合材料支架，或者具有一些能夠促進(jìn)皮膚生長的緩釋藥物因子。這類人工皮膚具有良好的生物相容性、物理機(jī)械性能和醫(yī)用性能，但是其生產(chǎn)復(fù)雜、成本高而且不具有天然皮膚的觸感感受和信號(hào)傳遞功能。
人工皮膚感受器是在原有人工皮膚的基礎(chǔ)上增加了外界刺激感知功能和電信號(hào)傳遞功能的膜狀復(fù)合材料。這類感受器具有對(duì)外界環(huán)境的變化和刺激有一定的感知功能，如溫度感受器可以感知皮膚溫度的變化、觸覺感受器可以感知外力作用下皮膚的形變。但目前人工皮膚感受器存在的普遍問題是與人體接觸產(chǎn)生不適感和物理機(jī)械性能未達(dá)到使用要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法。本發(fā)明利用生物相容性好的蠶絲絲素蛋白和水溶性好的聚乙烯醇作為基底，單面氣相沉積鍍上一層導(dǎo)電材料。絲素可以促進(jìn)創(chuàng)面表皮細(xì)胞生長，石墨烯和銀納米具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和電化學(xué)敏感性，在外力的下可以改變電阻的大小，其中ag粒子具有良好的抑菌效果。靜電紡絲而成的絲素納米纖維作為增強(qiáng)骨架，在一定范圍內(nèi)具有優(yōu)異的強(qiáng)度和拉伸性能。使用時(shí)水溶解聚乙烯醇并潤濕絲素，使導(dǎo)電材料緊密貼附在皮膚表面，而且由于靜電紡絲形成的多孔結(jié)構(gòu)及絲素的存在，在緊密貼附的同時(shí)保證了柔軟透氣性，克服了傳統(tǒng)人工皮膚感受器存在的普遍問題。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法，包括如下步驟：
(1)取聚乙烯醇加熱溶解成水溶液，攪拌使之完全溶解，加入乙醇和nacl得到聚乙烯醇溶液。
乙醇和nacl的加入可以改變?nèi)芤罕砻鎻埩碗妼?dǎo)率等性質(zhì)，提高溶液在靜電紡絲中的加工性能。
(2)提取絲素，并配制成絲素溶液。
(3)以絲素溶液與聚乙烯醇溶液攪拌，滴加丙三醇混合，形成靜電紡絲液，并在靜電力作用下噴紡制得共混納米纖維。
丙三醇作為助劑加入，可以提高靜電紡絲中的加工性能，并使產(chǎn)品具有良好的韌性。
(4)將室溫干燥后的納米纖維在0.8-1.2mpa氣壓下處理10-30min。
壓縮處理可以提高作為納米纖維的機(jī)械性能，使之具有良好的強(qiáng)度。
(5)將石墨烯分散于去離子水中，在超聲的條件下逐滴滴加agno3溶液，反應(yīng)后，通過加入naoh溶液來調(diào)節(jié)溶液的ph值至11-12，然后將混合液在油浴下反應(yīng)。
(6)反應(yīng)結(jié)束后，將混合液離心取沉淀物，然后用無水乙醇、去離子水分別離心洗滌，真空干燥得到石墨烯-銀納米復(fù)合材料。
(7)將石墨烯-銀納米復(fù)合材料利用氣相沉積法鍍?cè)诩{米絲素聚乙烯醇纖維樣品上，得到貼附透氣人工皮膚感受器。
本發(fā)明利用氣相沉積法將石墨烯-銀納米復(fù)合材料鍍?cè)诩{米絲素pva纖維樣品單面上，得到貼附透氣人工皮膚感受器，使用時(shí)將非鍍面貼附皮膚，用少量水溶解pva并潤濕絲素，使導(dǎo)電材料緊密貼附在皮膚表面，而且由于靜電紡絲形成的多孔結(jié)構(gòu)及絲素的存在，在緊密貼附的同時(shí)保證了柔軟透氣性。
本發(fā)明通過以靜電紡絲而成的絲素pva納米纖維作為基底骨架，以石墨烯和納米銀作為導(dǎo)電材料。ag和石墨烯具有良好的電化學(xué)性能，絲素具有優(yōu)異的生物相容性，而靜電紡絲而成的絲素納米纖維作為增強(qiáng)骨架，在一定范圍內(nèi)具有優(yōu)異的強(qiáng)度和拉伸性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法對(duì)環(huán)境污染小，制備方法簡單。制成的人工皮膚感受器具有促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，外力響應(yīng)和良好的物理機(jī)械性能。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，聚乙烯醇的醇解度小于摩爾分?jǐn)?shù)88%，加熱溫度小于40℃，聚乙烯醇的濃度在6wt%-10wt%，乙醇和nacl加入的量為0.5wt%-5wt%。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述絲素經(jīng)過脫膠、離子液體中酶解、透析、冷凍干燥制得。具體優(yōu)選為：
a）稱取4g桑蠶絲作為樣品，用去離子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）將烘干的樣品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，進(jìn)行脫膠處理，共脫膠兩次。
c）脫膠之后，將樣品用去離子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的絲素纖維。
d）稱取2g干燥的絲素纖維，以1:40的浴比浸入離子液體中，同時(shí)加入peg-堿性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中攪拌6h，得到絲素/離子液體溶液后，在80℃以上的油浴中保溫至少30min，進(jìn)行滅酶。
e）待絲素/離子液體溶液冷卻至室溫，加入無水乙醇，反復(fù)浸泡，會(huì)有絲素蛋白析出。將混合物進(jìn)行真空抽濾，向?yàn)V出的絲素蛋白中加入去離子水，反復(fù)浸泡后過濾，再將溶液裝入截留分子量7000-10000的透析袋中透析24h，得到純凈絲素蛋白溶液。
f）將得到的絲素蛋白溶液進(jìn)行冷凍干燥，即可得到絲素蛋白粉末。
其中，peg-堿性蛋白酶的制備：稱取堿性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氫二鉀)0.16g，溶解在10ml去離子水中，40℃保溫2h，然后在-20℃條件下冷凍4h，經(jīng)冷凍干燥96h后，得到peg-堿性蛋白酶粉末，待用。
離子液體的制備：在250ml三口燒瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中攪拌回流3h，反應(yīng)完畢后，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去過量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黃色透明液體，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物離子液體，冷凍干燥24h后，解凍待用。
在絲素蛋白制備過程中，本發(fā)明利用peg1000對(duì)堿性蛋白酶進(jìn)行修飾，利用peg對(duì)離子液體的親和作用，不僅提高了酶的穩(wěn)定性和反應(yīng)活性，同時(shí)增加了酶在離子液體中的分散均勻性，有利于其對(duì)絲素蛋白的水解。本發(fā)明在脫膠過程中，加入c17h35coona作為緩沖劑，維持堿性環(huán)境，提高脫膠效率，同時(shí)減少對(duì)絲素纖維的傷害。本發(fā)明利用生物酶和離子液體的雙重溶解作用，同時(shí)對(duì)絲素蛋白進(jìn)行處理，提高了絲素蛋白的溶解度。本發(fā)明中，生物酶無毒無害、與環(huán)境友好，同時(shí)用量少，節(jié)約資源；特異性高，作用條件溫和，對(duì)絲素蛋白的破壞小。而離子液體是“綠色溶劑”，環(huán)保無害，基團(tuán)可設(shè)計(jì)，并且易于回收，可循環(huán)使用。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，絲素溶液與聚乙烯醇溶液在20℃-40℃進(jìn)行攪拌混合，攪拌速率為500r/min-1500r/min，攪拌時(shí)間為60min-120min，丙三醇的加入量為2wt%-5wt%。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，所述紡絲電壓為10-20kv，紡絲流率為0.5-1ml/h，針尖和收集板間紡絲距為9-15cm。
作為優(yōu)選，步驟(5)中，所述石墨烯通過氣相沉積法或機(jī)械剝離法得到。
本發(fā)明為得到導(dǎo)電性更好的還原石墨烯，該石墨烯不是利用氧化還原法制備得到的氧化石墨烯，而是通過氣相沉積法或機(jī)械剝離法得到的。
作為優(yōu)選，步驟(5)中，所述石墨烯分散液的濃度為0.1-1mol/l，agno3溶液的濃度為0.1-1mol/l，滴加的體積比為0.5-2，naoh溶液為0.1mol/l，油浴溫度為40℃-80℃，反應(yīng)時(shí)間為20-50min。
作為優(yōu)選，步驟(6)中，離心洗滌的條件為3000-8000rmp離心2-5次，每次離心2-5min。
作為優(yōu)選，步驟(7)中，氣相沉積條件為石墨烯氣體用氬氣稀釋至2%，流量控制在100-250ml/min，生長溫度為100-200℃，反應(yīng)氣壓為50-100pa，生長時(shí)間為1-6min。
與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明采用廢蠶絲作為原料，實(shí)現(xiàn)了廢料的回收利用，降低了實(shí)驗(yàn)成本。
(2)本發(fā)明采用聚乙烯醇和絲素復(fù)合并鍍導(dǎo)電材料的方法，產(chǎn)品同時(shí)具有促進(jìn)創(chuàng)傷愈合性能、良好的外力響應(yīng)性能和透氣貼附性能。
(3)本發(fā)明利用銀納米粒子的電化學(xué)敏感性，產(chǎn)品對(duì)外力作用響應(yīng)靈敏。
(4)本發(fā)明使用化學(xué)藥品較少，實(shí)驗(yàn)過程綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1
一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法，采用如下步驟：
(1)取聚乙烯醇加熱溶解成6wt%水溶液，攪拌30min使之完全溶解，加入各0.5wt%的乙醇和nacl形成混合溶液；其中，聚乙烯醇的醇解度小于摩爾分?jǐn)?shù)88%，加熱溫度小于40℃。
(2)(2)絲素的提?。?/p>
a）稱取4g桑蠶絲作為樣品，用去離子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）將烘干的樣品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，進(jìn)行脫膠處理，共脫膠兩次。
c）脫膠之后，將樣品用去離子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的絲素纖維。
d）稱取2g干燥的絲素纖維，以1:40的浴比浸入離子液體中，同時(shí)加入peg-堿性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中攪拌6h，得到絲素/離子液體溶液后，在80℃以上的油浴中保溫至少30min，進(jìn)行滅酶。
e）待絲素/離子液體溶液冷卻至室溫，加入無水乙醇，反復(fù)浸泡，會(huì)有絲素蛋白析出。將混合物進(jìn)行真空抽濾，向?yàn)V出的絲素蛋白中加入去離子水，反復(fù)浸泡后過濾，再將溶液裝入截留分子量8000的透析袋中透析24h，得到純凈絲素蛋白溶液。
f）將得到的絲素蛋白溶液進(jìn)行冷凍干燥，即可得到絲素蛋白粉末。
其中，peg-堿性蛋白酶的制備：稱取堿性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氫二鉀)0.16g，溶解在10ml去離子水中，40℃保溫2h，然后在-20℃條件下冷凍4h，經(jīng)冷凍干燥96h后，得到peg-堿性蛋白酶粉末，待用。
離子液體的制備：在250ml三口燒瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中攪拌回流3h，反應(yīng)完畢后，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去過量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黃色透明液體，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物離子液體，冷凍干燥24h后，解凍待用。
將絲素配制為10wt%的絲素溶液。
(3)以絲素溶液與聚乙烯醇溶液20℃攪拌60min，攪拌速率為1000r/min，滴加2wt%丙三醇混合，形成靜電紡絲液，并在靜電力作用下噴紡制得共混納米纖維；所述紡絲電壓為15kv，紡絲流率為0.8ml/h，針尖和收集板間紡絲距為12cm。
(4)將室溫干燥9h后的納米纖維在1mpa氣壓下處理10min；
(5)把石墨烯在去離子水中分散，在超聲的條件下逐滴滴加agno3溶液，反應(yīng)一段時(shí)間后，通過加入naoh溶液來調(diào)節(jié)溶液的ph值至12，然后將混合液在油浴下反應(yīng)；其中，所述石墨烯通過氣相沉積法或機(jī)械剝離法得到。所述石墨烯分散液的濃度為0.5mol/l，agno3溶液的濃度為0.5mol/l，滴加的體積比為1，naoh溶液為0.1mol/l，油浴溫度為460℃，反應(yīng)時(shí)間為35min。
(6)反應(yīng)結(jié)束后，將混合液離心取沉淀物，接著用無水乙醇、去離子水分別離心洗滌，離心洗滌的條件為600rmp離心3次，每次離心3min。真空干燥得到石墨烯-銀納米復(fù)合材料；
(7)將石墨烯-銀納米復(fù)合材料利用氣相沉積法鍍?cè)诩{米絲素聚乙烯醇纖維樣品上，得到貼附透氣人工皮膚感受器。其中，氣相沉積條件為石墨烯氣體用氬氣稀釋至2%，流量控制在180ml/min，生長溫度為150℃，反應(yīng)氣壓為75pa，生長時(shí)間為4min。
實(shí)施例2
一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法，采用如下步驟：
(1)取聚乙烯醇加熱溶解成8wt%水溶液，攪拌60min使之完全溶解，加入各1.0wt%的乙醇和nacl形成混合溶液；其中，聚乙烯醇的醇解度小于摩爾分?jǐn)?shù)88%，加熱溫度小于40℃。
(2)(2)絲素的提?。?/p>
a）稱取4g桑蠶絲作為樣品，用去離子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）將烘干的樣品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，進(jìn)行脫膠處理，共脫膠兩次。
c）脫膠之后，將樣品用去離子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的絲素纖維。
d）稱取2g干燥的絲素纖維，以1:40的浴比浸入離子液體中，同時(shí)加入peg-堿性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中攪拌6h，得到絲素/離子液體溶液后，在80℃以上的油浴中保溫至少30min，進(jìn)行滅酶。
e）待絲素/離子液體溶液冷卻至室溫，加入無水乙醇，反復(fù)浸泡，會(huì)有絲素蛋白析出。將混合物進(jìn)行真空抽濾，向?yàn)V出的絲素蛋白中加入去離子水，反復(fù)浸泡后過濾，再將溶液裝入截留分子量8000的透析袋中透析24h，得到純凈絲素蛋白溶液。
f）將得到的絲素蛋白溶液進(jìn)行冷凍干燥，即可得到絲素蛋白粉末。
其中，peg-堿性蛋白酶的制備：稱取堿性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氫二鉀)0.16g，溶解在10ml去離子水中，40℃保溫2h，然后在-20℃條件下冷凍4h，經(jīng)冷凍干燥96h后，得到peg-堿性蛋白酶粉末，待用。
離子液體的制備：在250ml三口燒瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中攪拌回流3h，反應(yīng)完畢后，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去過量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黃色透明液體，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物離子液體，冷凍干燥24h后，解凍待用。
將絲素配制為10wt%的絲素溶液。
(3)以絲素溶液與聚乙烯醇溶液30℃攪拌70min，攪拌速率為500r/min，滴加3wt%丙三醇混合，形成靜電紡絲液，并在靜電力作用下噴紡制得共混納米纖維；所述紡絲電壓為10kv，紡絲流率為0.5ml/h，針尖和收集板間紡絲距為9cm。
(4)將室溫干燥10h后的納米纖維在1mpa氣壓下處理20min；
(5)把石墨烯在去離子水中分散，在超聲的條件下逐滴滴加agno3溶液，反應(yīng)一段時(shí)間后，通過加入naoh溶液來調(diào)節(jié)溶液的ph值至11，然后將混合液在油浴下反應(yīng)；其中，所述石墨烯通過氣相沉積法或機(jī)械剝離法得到。所述石墨烯分散液的濃度為0.1mol/l，agno3溶液的濃度為0.1mol/l，滴加的體積比為0.5，naoh溶液為0.1mol/l，油浴溫度為40℃，反應(yīng)時(shí)間為50min。
(6)反應(yīng)結(jié)束后，將混合液離心取沉淀物，接著用無水乙醇、去離子水分別離心洗滌，離心洗滌的條件為3000rmp離心5次，每次離心2min。真空干燥得到石墨烯-銀納米復(fù)合材料；
(7)將石墨烯-銀納米復(fù)合材料利用氣相沉積法鍍?cè)诩{米絲素聚乙烯醇纖維樣品上，得到貼附透氣人工皮膚感受器。其中，氣相沉積條件為石墨烯氣體用氬氣稀釋至2%，流量控制在100ml/min，生長溫度為100℃，反應(yīng)氣壓為50-pa，生長時(shí)間為6min。
實(shí)施例3
一種貼附透氣人工皮膚感受器的制備方法，采用如下步驟：
(1)取聚乙烯醇加熱溶解成10wt%水溶液，攪拌100min使之完全溶解，加入各2.0wt%的乙醇和nacl形成混合溶液；其中，聚乙烯醇的醇解度小于摩爾分?jǐn)?shù)88%，加熱溫度小于40℃。
(2)(2)絲素的提取：
a）稱取4g桑蠶絲作為樣品，用去離子水清洗，去除表面污染物，烘干。
b）將烘干的樣品以1:100的浴比在含有0.5%na2po4和1%c17h35coona的混合溶液中煮沸30min，進(jìn)行脫膠處理，共脫膠兩次。
c）脫膠之后，將樣品用去離子水搓洗4次以上，放入60℃烘箱，得到干燥的絲素纖維。
d）稱取2g干燥的絲素纖維，以1:40的浴比浸入離子液體中，同時(shí)加入peg-堿性蛋白酶粉末0.15g，在40℃的油浴中攪拌6h，得到絲素/離子液體溶液后，在80℃以上的油浴中保溫至少30min，進(jìn)行滅酶。
e）待絲素/離子液體溶液冷卻至室溫，加入無水乙醇，反復(fù)浸泡，會(huì)有絲素蛋白析出。將混合物進(jìn)行真空抽濾，向?yàn)V出的絲素蛋白中加入去離子水，反復(fù)浸泡后過濾，再將溶液裝入截留分子量8000的透析袋中透析24h，得到純凈絲素蛋白溶液。
f）將得到的絲素蛋白溶液進(jìn)行冷凍干燥，即可得到絲素蛋白粉末。
其中，peg-堿性蛋白酶的制備：稱取堿性蛋白酶0.15g，peg（1000mw聚乙二醇）0.17g，k2hpo4(磷酸氫二鉀)0.16g，溶解在10ml去離子水中，40℃保溫2h，然后在-20℃條件下冷凍4h，經(jīng)冷凍干燥96h后，得到peg-堿性蛋白酶粉末，待用。
離子液體的制備：在250ml三口燒瓶中，加入137ml2-甲基烯丙基氯和80mln-甲基咪唑，在80℃油浴中攪拌回流3h，反應(yīng)完畢后，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去過量的2-甲基烯丙基氯，得到淡黃色透明液體，即1-(2-甲基)烯丙基-3-甲基咪唑氯化物離子液體，冷凍干燥24h后，解凍待用。
將絲素配制為10wt%的絲素溶液。
(3)以絲素溶液與聚乙烯醇溶液40℃攪拌90min，攪拌速率為1500r/min，滴加5wt%丙三醇混合，形成靜電紡絲液，并在靜電力作用下噴紡制得共混納米纖維；所述紡絲電壓為20kv，紡絲流率為1ml/h，針尖和收集板間紡絲距為15cm。
(4)將室溫干燥12h后的納米纖維在1mpa氣壓下處理30min；
(5)把石墨烯在去離子水中分散，在超聲的條件下逐滴滴加agno3溶液，反應(yīng)一段時(shí)間后，通過加入naoh溶液來調(diào)節(jié)溶液的ph值至10.5，然后將混合液在油浴下反應(yīng)；其中，所述石墨烯通過氣相沉積法或機(jī)械剝離法得到。所述石墨烯分散液的濃度為1mol/l，agno3溶液的濃度為1mol/l，滴加的體積比為2，naoh溶液為0.1mol/l，油浴溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為20min。
(6)反應(yīng)結(jié)束后，將混合液離心取沉淀物，接著用無水乙醇、去離子水分別離心洗滌，離心洗滌的條件為8000rmp離心2次，每次離心5min。真空干燥得到石墨烯-銀納米復(fù)合材料；
(7)將石墨烯-銀納米復(fù)合材料利用氣相沉積法鍍?cè)诩{米絲素聚乙烯醇纖維樣品上，得到貼附透氣人工皮膚感受器。其中，氣相沉積條件為石墨烯氣體用氬氣稀釋至2%，流量控制在250ml/min，生長溫度為200℃，反應(yīng)氣壓為100pa，生長時(shí)間為1min。
本發(fā)明中所用原料、設(shè)備，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本發(fā)明中所用方法，若無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。