一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料及其制备方法

1.本发明属于生物医学领域，具体涉及一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代医学地不断发展，人们对创伤敷料的要求越来越高，传统敷料难以满足需要。
3.创伤愈合是一个动态且复杂的过程，伤口局部温度在更换敷料时波动较大，要达到减少阻碍伤口愈合的不良影响，又能使病人感觉更加舒适的目的，控制温度很重要。换药时伤口局部温度过低，会引起患者毛细血管收缩，导致局部血液循环障碍、机体产生应激反应，加剧疼痛和延缓伤口愈合。若温度高于正常，则组织代谢的氧需要量增加，也会加重皮肤缺氧症状，从而延缓伤口愈合。研究表明，当创伤局部温度控制在32.2℃-37.8℃，有利于增加患者的舒适度，减轻伤口疼痛，加速伤口愈合。理想的创伤敷料的要求是能够提供伤口愈合的适宜环境，具有良好的透气性和透湿性，从而减轻创伤疼痛，加速创伤愈合。
4.相变材料是指在相态变化时吸收(放出)大量潜热，温度不发生明显变化的材料，可通过相变材料贮存或放出热量以调整或控制调温对象的温度，实现其蓄热调温功能。20世纪70年代末，相变材料开始在纺织领域得到应用。随着相变材料各项性能的逐步改善和应用技术的快速提高，相变型蓄热调温纺织品趋向智能化。将相变调温纤维制成的调温医用敷料比普通敷料更能加快伤口的愈合。
5.静电纺丝是一种可以连续制备微纳米级纤维和纤维膜的技术，具有良好的工业化前景。通过静电纺丝技术制备的纤维膜具有高比表面积，高孔隙率以及与皮肤细胞外基质结构相似的特点，且通过原材料和工艺参数的调整可实现膜结构及性能的灵活调控。同轴静电纺丝是在传统静电纺丝技术上发展起来的新方法，这种技术制备的具有皮芯结构的纳米或微米纤维不受单轴纤维结构的限制，具有易操作、结构可调控、功能多样化的优点，被广泛地应用在药物控释，组织工程领域。利用这种结构制备载药支架材料可使药物或生物活性分子通过纤维皮层渗透或随着皮层聚合物的降解而释放。另外，皮层也对芯层的药物起到了临时的保护作用，提高活性药物的稳定性；这种载药结构的纤维能够缩短药物的扩散距离、促进药物溶解和提高药效，有望成为理想的药物释放载体。
6.为促进伤口愈合，现有的技术制备理想的创伤敷料有很多。譬如，cn110464866a通过同轴静电纺丝技术制备的一种核壳载药纳米纤维敷料，能够实现药物持续释放，促进伤口的愈合；或者，如cn102600018a提供了具有伤口调温作用的创伤敷料，是通过制备梯度结构的纳米纤维层，其中梯度结构包含打孔无纺布层，纳米纤维层,支撑作用的支撑层以及降温作用的水凝胶层，从而实现对伤口调温，以达到促进伤口愈合的目的。但是通过制备载药纤维膜或调温纤维膜作为创伤敷料具有功能单一化的缺点，不能同时实现对伤口调温和控制药物释放的要求，并且操作复杂，从而导致加工成本增加。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本技术旨在提供一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料材料。本技术的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料进一步通过同轴静电纺丝技术制备工艺制备所得。本技术的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料可以直接作为创伤敷料应用，能够同时实现对伤口调温和药物控释的作用，不仅能提高患者的舒适度，而且促进伤口愈合。
8.为了实现上述目的，本技术提供了一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料，本技术制备所得的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料主要选用高分子材料及储能相变材料制备所得。在本技术中，通过控制多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的孔隙率和孔径大小，达到影响药物控释性能的目的。进一步的，多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的调温性能与芯层中储能相变材料的负载量和纤维敷料的厚度紧密相关。
9.在本技术的第一方面，提供了一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料，该纤维敷料至少包括：皮层材料和芯层材料；其中，所述皮层材料通过高分子材料溶于混合溶解中制备所得；其中所述芯层材料包含有储能相变材料和模型药物，所述模型药物以染料的形式代替，溶解于所述储能相变材料中；所述多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料实现药物控释和伤口调温的起始温度为33℃-37℃；所述多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的厚度为0.01-0.1mm，调温温度在1℃-10℃之间。
10.进一步的，所述多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料由所述皮层材料与所述芯层材料以纺丝液的形式通过同轴静电纺丝工艺制备所得；其中，所述多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的纤维平均直径在0.5-10.0μm之间，孔径大小在50.0-500.0nm之间。
11.将预制的皮层纺丝液和芯层材纺丝液分别装入10ml的注射器中，注射器的端口分别接入两条细管，细管的另一端共接入一个特制的同轴针头，由注射泵控制不同注射器中纺丝液的流速，并用采用接收装置收集纤维敷料，待纤维敷料的低沸点高挥发性溶剂挥发、干燥，即得具有调温性能和药物控释性能的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料。通过本技术获得的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料是通过同轴静电纺丝技术一步制备而成，具有更简单、方便、高效率的优点，能大规模生产，具有良好的工业化前景。
12.进一步的，所述储能相变材料为有机相变材料和无机相变材料中的一种以上；其中，所述有机相变材料为石蜡、脂肪酸、多元醇的一种以上；其中，所述无机相变材料为碱、金属卤代物和无机水合盐的一种以上。
13.进一步的，所述皮层材料为高分子材料，所述高分子材料为天然高分子材料和/或合成高分子材料组成。在制备的过程中，优选的，皮层纺丝液中高分子材料的浓度为1～12％。进一步的，在制备过程中，需要将高分子材料溶于高沸点溶剂和低沸点高挥发性溶剂的混合溶剂中，在低沸点高挥发性溶剂挥发后，纤维表面形成孔结构，孔径大小在50.0-300.0nm之间。
14.需要说明的是，该混合溶剂为高沸点溶剂和低沸点高挥发性溶剂的组成。该高沸点溶液是为了提高混合溶液的沸点，使纺丝过程顺利。若纺丝溶液的沸点过低，会导致针头堵塞，无法顺利纺丝。而低沸点高挥发性溶剂的作用则是当纺丝液被拉伸成纤维的过程中，低沸点溶液挥发导致液相分离，更容易使得纤维表面成孔。
15.进一步的，所述天然高分子材料为天然高分子材料及其衍生物或合成高分子材料
中的一种以上，优选为丝素、壳聚糖、纤维素、明胶和甲壳胺中的一种以上。
16.进一步的，所述合成高分子材料为单组分高分子材料或多组分高分子材料，优选为聚己内酯(pcl)、聚乙二醇(peg)、聚乙交酯(pga)、聚乳酸(pla)、聚乙烯醇(pva)、聚丙烯晴(pan)、聚丁二酸酯(pbs)中的一种以上。
17.在本技术的第二方面，提供了一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的制备方法，应用于上述第一方面的任一项所述的一种多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料，该方法包括如下步骤：
18.s1:皮层纺丝液的制备：将高分子材料溶于混合溶剂中，充分搅拌溶解，得到所述皮层纺丝液；
19.s2:芯层纺丝液的制备：将储能相变材料形成熔融状态后，再将模型药物溶于所述熔融状态的储能相变材料中，充分搅拌溶解，得到所述芯层纺丝液；
20.s3:静电纺丝制备纤维制备：将所述皮层纺丝液和所述芯层纺丝液分别装入带有喷丝针头的注射装置中，进行同轴静电纺丝，并采取接收装置收集纤维敷料；
21.s4:多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的形成：将上述s3中的纤维敷料干燥至所述低沸点高挥发溶剂完全挥发，以获得所述多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料。
22.优选的，所述皮层纺丝溶液中的高分子的浓度为1～12％；所述搅拌的转速为100～800r/min，搅拌时间为2～12h。
23.优选的，在制备芯层纺丝液时，可以通过将储能相变材料放置于预设温度的烘箱中以达到熔融状态。其中所述预设温度的烘箱环境可以为50℃～100℃。且再将模型药物溶于所述熔融状态的储能相变材料中时，需要以转速为100～800r/min，搅拌时间为30～60min使得模型药物充分溶于储能相变材料中，以形成芯层纺丝液。
24.进一步的，所述混合溶液为高沸点溶剂和低沸点高挥发性溶剂。
25.优选的，所述高沸点溶剂为二甲亚砜(dmso)、n,n-二甲基甲酰胺(dmac)、乙酸丁酯(ba)、n，n-二甲基乙酰胺(dmac)中的一种以上；优选的，所述低沸点高挥发性溶剂为二氯甲烷(dcm)、丙酮(dmk)、四氢呋喃(thf)、水(h2o)、氯仿(cf)中的一种以上。
26.优选的，所述同轴静电纺丝的静电正高压为10～20kv，出丝与接收装置距离为10～20cm，所述皮层纺丝溶液的注射速度为0.01～0.1mm/min，所述芯层纺丝溶液的注射速度为0.001～0.01mm/min；所述静电纺丝的环境温度为10℃～60℃，相对湿度为10％～90％。
27.本发明的有益效果：
28.本技术的多孔皮芯结构调温纤维膜敷料可以改善现有创伤敷料功能单一的缺点，能达到同时实现伤口调温和药物控释的目的，更利于促进伤口愈合。此外，通过同轴静电纺丝技术一步制得的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料能直接应用于创伤敷料，具有更方便，易操作，可调控的优点，具有良好的工业化前景。
附图说明
29.以下将结合附图和优选实施例来对本公开进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本公开范围的限制。
30.图1：实施例1制备的同轴纤维的扫描电镜图像；
31.图2：实施例2制备的同轴纤维的扫描电镜图像；
32.图3：对比例1制备的同轴纤维的扫描电镜图像；
33.图4：对比例2制备的同轴纤维的扫描电镜图像；
34.图5：实施例1制备的同轴纤维的差示扫描量热图；
35.图6：实施例1与对比例2热成像对比图(实施例1标记为sp1；实施例2标记为sp2)；
36.图7：实施例1与对比例1、对比例2制备的同轴纤维膜的染料释放曲线图(实施例1标记为a；对比例2标记为b；对比例1标记为c)。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1——皮层纺丝液和芯层纺丝液的配制，纤维敷料的制备：
39.皮层纺丝液的制备：
40.将聚乳酸(pla)(购于美国natureworks公司，规格型号6252d)加入到二氯甲烷(dcm)和n,n-二甲基乙酰胺(dmf)混合溶剂中(质量比dcm/dmf＝19:1)，配制成质量分数为12％的共混溶液，400r/min转速下机械搅拌6h，形成均匀的皮层纺丝液。将溶剂、非溶剂按质量比为19:1进行混合，搅拌均匀，得到皮层纺丝液。
41.芯层纺丝液的制备：
42.称取60g药用聚乙二醇(peg1000)和10g聚乙二醇(peg1500)，混合后放入烘箱，在50℃下处理一段时间，直至混合聚乙二醇(peg)呈熔融状态，获得混合聚乙二醇(peg)。将染料加入到混合聚乙二醇(peg)中配制成质量分数为3％的混合溶液，在400r/min转速下机械搅拌60min，得到芯层纺丝溶液。
43.纤维控释敷料的制备：
44.将实施例1中配制的皮层纺丝液和芯层纺丝液分别置于注射器；随后通过同轴电纺工艺将纺丝液在温度为50℃，湿度为60％的封闭静电纺丝装置中进行拉伸制备成纤维膜；最后在100℃烘箱中进行干燥，即得多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料。
45.实施例2
46.与实施例1相同，不同之处在于聚乳酸(pla)溶于二氯甲烷(dcm)和n,n-二甲基乙酰胺(dmf)混合溶剂中，配制成质量分数为10％。
47.对比例1
48.与实施例1相同，不同之处在于聚乳酸(pla)溶于氯仿(cf)和dmf混合溶剂中。
49.对比例2
50.与实施例1相同，不同之处在于没有添加储能相变材料，只添加了3％的染料溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)作为芯层纺丝溶液。
51.实验测试：
52.表面形貌检测：利用台式扫描电子显微镜(800-07334，phenomworld，netherlands)观察样品的表面形貌，以获得多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的纤维直
径和孔径。
53.相变温度、相变焓检测：利用差示扫描量热仪(dsc200f3，netzsch-gmbh，germany)进行检测。
54.热成像照片拍摄：利用热成像仪(flire8-xt，flirsystems，america)拍摄热成像图片。取0.3g纤维膜，将其剪成1.5cm长，0.05mm厚，均匀铺展在热台的定位孔中(孔为正方形，大小为1.5
×
1.5cm2)，测试温度为30℃-55℃。实施例1标记为sp1；对比例2标记为sp2。
55.药物释放检测：利用紫外分光光度计(a590，aoelab，china)进行检测。取0.3g纤维膜放入装500g去离子水的烧杯中，然后加热搅拌，测试温度为50℃。每间隔5分钟，从烧杯中吸取10g溶液，进行紫外分光光度计测试。每次吸取溶液后，向烧杯中补充10g去离子水。
56.吸热储能性能的表征考核纤维膜是否可以进一步进行作为相变调温控释纤维敷料，可以吸热储能标记为
○
，不能吸热储能标记为
×
。药物控释性能的表征考核纤维膜是否能进一步作为药物控释创伤敷料，药物控释性能优异记为√，药物控释性能差记为*。
57.表1实施例实验测试结果
[0058][0059]
第一方面，由图1、2可见，通过本技术的方法制备的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料的纤维表面具有多孔结构，且表面无明显地附着物，表明芯层溶液没有析出。
[0060]
与对比例2中未含储能相变材料的芯层纺丝溶液制备的多孔纤维敷料的纤维相比，储能相变材料添加到芯层纺丝溶液(实施例1、实施例2)制备的多孔纤维敷料的纤维具有更大的纤维直径和孔径，因此实施例1和实施例2在具备调温性能的同时也均具有良好的药物控释性能。
[0061]
如表1所示，与实施例1-2处理后的多孔纤维敷料相比，由于对比例2未含储能相变材料，因此对比例2处理后的多孔纤维敷料没有相变行为，无法达到伤口降温的目的，不能进一步作为具有调温功能的理想创伤敷料。
[0062]
第二方面，图5和表1所示，经过dsc测试的结果可知，与对比例2相比，实施例1-2和
对比例1处理后的纤维敷料的相变温度差别不明显，都具有理想的相变温度，相变温度在33.0℃-35.0℃，较高的相变焓更适用于创伤敷料，具有优异的调温性能。
[0063]
如图6所示，虽然添加储能相变材料的芯层纺丝溶液制备的纤维敷料都具有调温效果。但是实施例1与实施例2对比具有更优异的调温性能。这是由于相对于实施例1，实施例2中所涉及到的高分子材料溶液的浓度从12％降低到10％，这导致皮层纺丝液浓度降低，引起溶液粘度降低，最终形成的纤维的皮层以及芯层的直径都变化，同时封装在芯层中的储能相变材料含量随之变化。因而，实施例1的纤维直径更大，芯层相变材料的附载量更多，所带来的调温性能更优异。
[0064]
第三方面，如表1的结果，与实施例1相比，对比例1的pla溶于含有沸点高于纺丝环境温度的溶剂的混合溶剂，使得所制备的纤维敷料虽然具有适宜的相变温度和较高的相变焓，但不具有孔结构，表面光滑且无附着物。这是由于电纺纤维成孔机理是通过液相分离产生的，因此使用低沸点高挥发性的混合溶剂更能形成孔结构。其中二氯甲烷(dcm)的沸点是39.8℃，而三氯甲烷(cf)的沸点在61.2℃。本实验的环境温度设置在60℃以下，因此溶于dcm的纺丝液更能形成孔，而溶于cf的纺丝液不能形成孔。因此，在对比例1的纤维敷料的纤维表面不具有孔结构，无孔纤维敷料难以达到药物控释的目的。
[0065]
因此，由图7可见，由实施1制备的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料与对比例2中不具有调温功能的多孔纤维敷料或对比例1中不具有孔结构的调温纤维敷料相比，当环境温度升温到30℃-35℃时，多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料开始能够持续有效地控制药物释放，改善药物突释的问题。这表明通过本技术的方法制备的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料在30℃左右开始具有调温和药物控释性能，符合对理性创伤敷料的要求
[0066]
最后，通过本技术的方法处理的多孔皮芯结构相变调温控释纤维敷料具有优异的调温性能和药物控释性能。
[0067]
综上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。