一種膠原基有機(jī)硅橡膠多孔復(fù)合膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種膠原基有機(jī)硅橡膠多孔復(fù)合膜及其制備方法，特別涉及皮膚再生 修復(fù)敷料生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 組織工程人工皮膚再生修復(fù)敷料是目前臨床醫(yī)學(xué)上治療大面積燒傷和深度燒傷 病人的有效手段之一。特別地，模擬天然皮膚構(gòu)建具有表皮層和真皮層雙層結(jié)構(gòu)的人工皮 膚再生修復(fù)敷料更是亟需解決的難題。
[0003] 膠原基材料是一種性能優(yōu)越的天然可降解高分子材料，生物相容性良好，可以 促進(jìn)細(xì)胞的粘附、擴(kuò)散和增殖，在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，常用作生物支架材料組分。一般說 來，作為支架材料必須滿足特定的力學(xué)性能和生物降解性等。膠原基材料自身較低的力 學(xué)性能和較快的生物降解速度還不能滿足生物支架材料的需要，因此常常利用交聯(lián)或復(fù) 合技術(shù)制備改性膠原基材料以提高其在組織修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。常用交聯(lián)改性材料有 戊二醛、異氰酸酯、環(huán)氧化合物、活性有機(jī)硅烷、京尼平等，復(fù)合用天然材料有殼聚糖、透明 質(zhì)酸、纖維素等。部分交聯(lián)劑(如戊二醛，異氰酸酯）有毒，其殘留物可能對人體有害。其 中含活性基團(tuán)的有機(jī)硅氧烷備受關(guān)注，其性能穩(wěn)定，無毒，可明顯改善膠原基材料的性 能。Tonda-Turo C 等（Tonda-Turo C，Gentile P，Saracino S，et al. Comparative analysis of gelatin scaffolds crosslinked by genipin and silane coupling agent. [J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2011，49(4):700 - 706; Tonda-Turo C，Cipriani E，Gnavi S， et al. Crosslinked gelatin nanofibres: preparation, characterisation and in vitro studies using glial-like cells. Materials Science & Engineering C: Materials for Biological Applications, 2013， 33 (5) : 2723 - 2735.)用γ -縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷和京尼平分別改性明膠制備生 物組織支架材料并評價(jià)了交聯(lián)效果，發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅改性后的明膠熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和疏水 性都優(yōu)于京尼平，同時其細(xì)胞毒性較低。Bo Lei等（Lei B，Shin K，Koh Y，et al. Porous gelatin-siloxane hybrid scaffolds with biomimetic structure and properties for bone tissue regeneration. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials，2014，102(7):1528-1536.)制備了 γ-縮水甘油謎氧丙基三甲基 硅烷改性明膠海綿支架材料，力學(xué)性能好，且可以促進(jìn)細(xì)胞的生長和繁殖，生物相容性好。 可見，有機(jī)硅改性膠原基材料具有良好的生物相容性，適度的生物降解性和力學(xué)性能，作為 真皮層替代材料有很大應(yīng)用潛力。
[0004] 硅橡膠具有透氣、耐寒、耐熱、耐老化、力學(xué)性能高等特點(diǎn)，在體內(nèi)對周圍組織不引 起炎癥反應(yīng)，在組織工程中的應(yīng)用具有巨大優(yōu)勢。但由于分子中Si-O-Si鏈節(jié)極強(qiáng)的疏水 性，其單獨(dú)使用時與人體組織的親和力差，通過制備膠原基硅橡膠復(fù)合材料可以拓展其在 醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其在構(gòu)建人工皮膚領(lǐng)域，膠原基硅橡膠復(fù)合膜可以模擬天然皮膚的雙 層結(jié)構(gòu)，一方面，膠原層模擬皮膚的真皮層，為細(xì)胞三維組織的形成起支架作用，另一方面， 娃橡膠層模擬皮膚的表皮層，透氣但能防止體液流失和細(xì)菌感染。Intergra?產(chǎn)品就是通過 牛膠原、硫酸軟骨素交聯(lián)后形成一定孔隙的海綿，再涂覆一層薄層硅膠膜制成的人工皮膚。 近年來有關(guān)膠原基硅橡膠復(fù)合材料皮膚修復(fù)材料的研究也有報(bào)道。如CN1319605C公開了 一種膠原-殼聚糖和硅橡膠雙層皮膚再生支架及其制備方法，其特征是利用生物相容性良 好的膠粘劑將膠原/殼聚糖多孔支架和硅橡膠薄膜粘結(jié)制成。其后也利用相似技術(shù)制備了 膠原-磺化羧甲基殼聚糖/硅橡膠皮膚再生材料(黃愛賓，郭瑞，徐少駿，等.膠原-磺 化羧甲基殼聚糖/硅橡膠皮膚再生材料的制備及其對小型豬燙傷創(chuàng)面全層皮膚缺損的修 復(fù)研究.高分子學(xué)報(bào)，2009, 2:111-117)，研究發(fā)現(xiàn)這種支架材料具有良好的血管化能力， 可以實(shí)現(xiàn)深度燙傷創(chuàng)面的修復(fù)。CN 102028973B公開了一種制備硅橡膠/膠原復(fù)合材料的 方法，其特征在于先通過對硅橡膠薄膜進(jìn)行等離子體處理改善表面親水性，再將膠原溶液 涂覆于硅橡膠表面，再冷凍干燥制備出一種可用于皮膚修復(fù)、重建的硅橡膠/膠原復(fù)合材 料。Zuga, M. D 等（Zuga D, Iovu H, Trandafir V, et al. Study on the preparation of some biocomposites based on silicone elastomers and collagen. Journal of ironies teriaZs，2007, 9(11) :3325-3329.)則利用不同比例的 膠原與硅橡膠共混，再將共混物在電子輻射條件下進(jìn)行交聯(lián)，制備出較均勻的硅橡膠/明 膠復(fù)合材料。
[0005] 由此可見，當(dāng)前膠原基硅橡膠人工皮膚修復(fù)支架或敷料的制備一般是分別制備膠 原基材料層和硅橡膠層，然后通過涂覆、黏合等方式將兩者復(fù)合，制得模擬天然皮膚的雙層 結(jié)構(gòu)。此法難以保證人工皮膚模擬真皮層和表皮層力學(xué)性能的協(xié)調(diào)適應(yīng)性，特別是由于親 水性膠原基材料與疏水性硅橡膠材料之間的相容性差異，使得其黏合穩(wěn)定性難以保證。而 且，在制備過程中過程相對繁瑣，成本較高，也限制了產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。
[0006] 有鑒于此，本發(fā)明將有機(jī)硅改性膠原基材料溶液與硅橡膠前體組合物混合，通過 交聯(lián)、共混、澆鑄、真空干燥等過程，運(yùn)用膠原基材料與硅橡膠之間表面張力差異驅(qū)動的自 分層原理，實(shí)現(xiàn)一面富含膠原基材料一面富含硅橡膠的多孔性兩面異質(zhì)復(fù)合膜材料，制備 可望應(yīng)用于創(chuàng)傷皮膚修復(fù)敷料的膠原基有機(jī)硅橡膠多孔復(fù)合膜。該發(fā)明方法簡便，易于實(shí) 施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，為了制備出性能穩(wěn)定、且能有效實(shí)現(xiàn)創(chuàng)面愈合的皮膚敷料，提 高表皮層替代材料和真皮層替代材料的適度相容性，本發(fā)明提供了一種膠原基有機(jī)硅橡膠 多孔復(fù)合膜及其制備方法。該方法操作簡便，易于實(shí)施。
[0008] 該復(fù)合膜是一種兩面異質(zhì)的復(fù)合膜，一面富含膠原基材料，一面富含有機(jī)硅橡膠， 二者通過端環(huán)氧基有機(jī)硅低聚物的作用實(shí)現(xiàn)適度相容。其中，端環(huán)氧基有機(jī)硅氧烷低聚物 分子上的環(huán)氧基開環(huán)后一方面可以與膠原基材料上的氨基、羧基發(fā)生化學(xué)作用，增強(qiáng)膠原 基材料的性能，另一方面，可以與硅橡膠分子中的硅羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，且其與有機(jī)硅橡膠 中相同的硅氧烷鏈節(jié)可以形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高復(fù)合膜中膠原基面與硅橡膠面的相容 性。此外，通過改變硅橡膠組分的比例可以對復(fù)合膜的孔隙率、孔隙分布均勻性、力學(xué)性能、 生物降解速率等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0009] 本發(fā)明由以下技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)。
[0010] (1)將膠原基材料溶解于去離子水中，30~50°C攪拌溶解，配制成質(zhì)量濃度為 0. 5%~10%的溶液。用IM的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至9~10。將環(huán)氧基聚二甲基硅氧烷低聚物溶 解于有機(jī)溶劑中，然后滴加入膠原基溶液中，在30~50°C下反應(yīng)4~10 h。
[0011] (2)在攪拌狀態(tài)下，向步驟（1)的溶液中添加端羥基聚二甲基硅氧烷、含氫硅油、白 炭黑和催化劑，然后在30~50°C下反應(yīng)2~6 h。
[0012] (3)將（2)中反應(yīng)產(chǎn)物澆鑄于硅基材模具中，室溫靜置12~24 h，然后于-55°C冷凍 干燥24~48 h，制得膠原基有機(jī)硅橡膠多孔復(fù)合膜。
[0013] 本發(fā)明所述原料用量分別為膠原基材料100份，環(huán)氧基聚二甲基硅氧烷10~100 份，有機(jī)溶劑100~500份，端羥基聚二甲基硅氧烷100~300份，含氫硅油5~15份，白炭黑3~9 份，催化劑1~3份。
[0014] 本發(fā)明所述的膠原基材料為膠原、明膠、膠原多肽中任一種，其相對平均分子量范 圍為 1000~300000 Da。
[0015] 本發(fā)明所述的環(huán)氧基聚二甲基硅氧烷結(jié)構(gòu)式為以下結(jié)構(gòu)式I中任一種：
式中η為1~50的整數(shù)。
[0016] 本發(fā)明所述的有機(jī)溶劑為丙酮、異丙醇、乙醇中任一種。
[0017] 本發(fā)明所述的環(huán)氧基聚二甲基硅氧烷和膠原基材料的添加比例為環(huán)氧基：氨基 (摩爾比）=〇· 5:1~2:1。
[0018] 本發(fā)明所述的端羥基聚二甲基硅氧烷的粘度為3000~24000 mPa · s。
[0019] 本發(fā)明所述的含氫硅油的結(jié)構(gòu)式為以下結(jié)構(gòu)式II中任一種，其含氫量為1. 0%~ 1. 5%，粘度為 5000 ~1000 OmPa · s。
[0020] 本發(fā)明所述的白炭黑粒徑為100~300 nm。
[0021] 本發(fā)明所述的催化劑為二月桂酸二丁基錫和辛酸亞錫任一種。
[0022] 性能測試。
[0023] (1)力學(xué)性能測試：將復(fù)合膜用規(guī)定模