一种湿度响应人工皮肤及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种湿度响应人工皮肤及其制备方法和应用，所述湿度响应人工皮肤各组分的重量百分比为：亲水网络为10％～49.5％，亲油网络为50％～89.5％，致孔剂为0.5％～1.5％。所述亲水网络由亲水性化合物和水组成，亲水性化合物和水的质量比为7～20:80；所述亲水网络还包括偶联剂，该偶联剂和所述亲水性化合物的质量比为0～0.2:1。所述亲油网络由有机硅和交联剂聚合获得，所述有机硅与交联剂的质量比为10～80:1；所述有机硅为含乙烯基的硅氧烷，所述交联剂为含Si‑H键的硅氧烷。本发明专利技术通过将亲水网络和亲油网络结合，使得所制备的人工皮肤具有吸水和湿度响应特性；与硅胶皮肤相比能吸收大量的水，能够同时模拟干燥和湿润的皮肤的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种湿度响应人工皮肤及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医用仿生材料
，具体涉及一种湿度响应人工皮肤及其制备方法和应用。
技术介绍
皮肤是人体的最大器官，具有重要的物理、化学及生物学屏障功能。在日常生活中，由于劳动、锻炼、保健、美容、保暖等需要，人体皮肤离不开与其他多种材料的接触和摩擦。这些相互作用会涉及许多皮肤问题，如皮肤与纺织纤维材料、护肤品等接触摩擦的舒适性，皮肤与劳动生产工具、体育用品等的擦伤起泡现象，皮肤与医疗器械相互作用时的引起的病人疼痛和组织损伤问题等。因此，研究皮肤与不同产品和材料之间的接触和摩擦相互作用，对于更好地保持皮肤健康，改善皮肤接触产品的功能和质量，提高人民的生活品质具有重要的意义。皮肤与不同产品和材料之间的接触和摩擦相互作用受到皮肤的水合度、皮肤的力学性质、皮肤的表面物理化学性质、测试条件、环境温度和湿度等的影响。皮肤是由表皮、真皮和皮下层构成。由于皮肤各层的组成不同，其力学性质也各不相同。J.vanKuilenburg等人在综述中总结了人体皮肤的力学特性(ProceedingsoftheIMechEPartJ:JournalofEngineeringTribology,2013,227,4:347-359.)，其中干的角质层的弹性模量为3.5～1000MPa，湿的角质层的弹性模量为10～50MPa，活性表皮层的弹性模量为1.5MPa，真皮层的弹性模量为8～35kPa，皮下脂肪层的弹性模量为2kPa。除此以外，皮肤的弹性模量还受性别、年龄、测试部位、测试方法和条件、温度、湿度以及皮肤水合度的影响。其中湿度和皮肤水合度的影响尤为显著。由于皮肤力学性质的不同，也会进而影响皮肤与其他材料或产品之间的接触和摩擦相互作用。因此，一种具备皮肤力学性能的人工皮肤对于研究皮肤与不同产品和材料之间的接触和摩擦相互作用将具有重要的意义，也将有巨大的应用前景。作为与本专利技术密切相关的现有技术，中国专利CN102526810A公开了一种以聚氨酯为基材，表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺的人工皮肤，具有一定的温度敏感性，具备与皮肤接近的力学性能。中国专利CN103394122B公开了一种由纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物，具有类似皮肤真皮层的微结构和力学性能：初始阶段模量为1.2～9.8MPa，断裂前模量为14.3～91.6MPa，断裂强度为7.9～28.8MPa，断裂伸长率为64-178％。通过调节体系纤维素的含量可以调控其微结构和力学性能，从而模仿不同类型的皮肤。中国专利CN106474567A为了解决水凝胶材料制备的人工皮肤强度不够的问题，提供了一种由水凝胶层和高分子可降解材料编织层组成的一种柔性人工皮肤，机械强度测试表明，所制备的厚度为300～600μm的人工皮肤，其拉伸强度为0.8～1.5MPa，断裂伸长率为320～520％。中国专利CN103700303A公开了一种含二氧化钛的硅橡胶制成的仿生皮肤，用作医学教学模型，与现有硅橡胶相比力学性能、拉伸强度和抗撕强度都明显提高。但是已有的报道均只能够模拟单一类型皮肤的力学特性，不能够模拟不同水合度状态的皮肤的力学特性。因此，为解决上述问题，本专利技术特提供一种能够同时模拟干燥和湿润皮肤力学特性的湿度响应人工皮肤。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种湿度响应人工皮肤及其制备方法和应用。本专利技术提供的湿度响应人工皮肤具有多孔吸水和湿度响应特性，能够同时模拟干燥和湿润皮肤的力学特性。主要解决的技术问题是：现有技术的人工皮肤只能够模拟单一类型皮肤的力学特性，不能够模拟不同水合度状态皮肤的力学特性。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术提供的一种湿度响应人工皮肤，包括下述重量百分比的组分：亲水网络为10％～49.5％，亲油网络为50％～89.5％，致孔剂为0.5％～1.5％。优选地，所述亲水网络由亲水性化合物和水组成，亲水性化合物和水的质量比为7～20:80。进一步地，所述亲水网络还包括偶联剂，该偶联剂和所述亲水性化合物的质量比为0～0.2:1。优选地，所述亲水性化合物选自壳聚糖及其衍生物、聚乙烯醇(PVA)、透明质酸、透明质酸钠、聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、葡萄糖及其衍生物、纤维素及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚酰亚胺及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)中的一种或几种的混合物。所述偶联剂选自戊二醛(GA)、1,6-己二异氰酸酯(HDI)、碳化二亚胺(EDC)、叠氮二苯基磷(DPPA)、酰基叠氮化物、聚环氧化物以及(1S,2R,6S)-2-羟基-9-(羟甲基)-3-氧代二环丙[4.3.0]壬-4,8-二烯-5-甲酸甲酯、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、亚甲基双丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐、四羧酸丁烷中的一种。所述亲油网络由有机硅和交联剂聚合获得，所述有机硅与交联剂的质量比为10～80:1，进一步优选的质量比为30～65:1。所述有机硅为含乙烯基的硅氧烷，所述交联剂为含Si-H键的硅氧烷。所述致孔剂选自水、无机金属盐、有机盐。无机金属盐包括但不限于金属卤化物、金属碳酸盐、金属碳酸氢盐、金属硫酸盐，具体例如氯化钠、氯化钾、碳酸钙、硫酸镁等。有机盐包括但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等中的一种或几种。进一步优选地，所述人工皮肤各组分的重量百分比为：亲水网络为30％～49％，亲油网络为50％～69％，致孔剂为1.0％～1.5％。本专利技术还提供一种湿度响应人工皮肤的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤1，将亲水性化合物和水在25～90℃下混合溶解，然后加入偶联剂，混合均匀获得亲水性网络前驱物；所述亲水性化合物和水的质量比为7～20:80，所述偶联剂和所述亲水性化合物的质量比为0～0.2:1；步骤2，将有机硅和交联剂混合均匀，获得亲油性网络前驱物，所述有机硅和交联剂的质量比为10～80:1；步骤3，将前述制备的亲水性网络前驱物、亲油性网络前驱物和致孔剂混合均匀，静置或真空脱泡，获得人工皮肤前驱物；所述亲油性网络前驱物、亲水性网络前驱物和致孔剂的重量百分比为：亲水网络为10％～49.5％，亲油网络为50％～89.5％，致孔剂为0.5％～1.5％；步骤4，将前述制备的人工皮肤前驱物在模板上旋涂或刮涂成膜或在模具中流延成膜，液体胚膜厚度为1.0～3.0mm；然后将涂有液体胚膜的模板或装有液体胚膜的模具，在40～80℃中固化12～24h，获得人工皮肤膜；步骤5，将前述制备的人工皮肤膜经去离子水浸泡或抽提2～3天除去致孔剂，在浸泡或抽提的过程中每天更换一次去离子水，再取出人工皮肤膜，烘干后得到湿度响应人工皮肤。所述湿度响应人工皮肤的具体制备方法，包括下述步骤：(1)制备人工皮肤前驱物：向三口烧瓶中加入一定量的亲水性化合物和一定量的水，在25～90℃下搅拌至溶解，冷却后，静置或真空脱泡，然后向其中加入一定量的偶联剂，搅拌均匀获得亲水性网络前驱物。然后，将一定质量比的硅氧烷及其交联剂混合搅拌15～20min，获得亲油性网络前驱物。最后，将一定质量比的亲油性网络前驱物和亲水性网络前驱物以及致孔剂混合搅拌10～30min，静置或真空脱泡，获得人工皮肤前驱物。(2)制备人工皮肤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿度响应人工皮肤，其特征在于，所述人工皮肤各组分的重量百分比为：亲水网络为10％～49.5％，亲油网络为50％～89.5％，致孔剂为0.5％～1.5％。

【技术特征摘要】
1.一种湿度响应人工皮肤，其特征在于，所述人工皮肤各组分的重量百分比为：亲水网络为10％～49.5％，亲油网络为50％～89.5％，致孔剂为0.5％～1.5％。2.如权利要求1所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于：所述亲水网络由亲水性化合物和水组成，亲水性化合物和水的质量比为7～20:80。3.如权利要求2所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于：所述亲水网络还包括偶联剂，该偶联剂和所述亲水性化合物的质量比为0～0.2:1。4.如权利要求2所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于：所述亲水性化合物选自壳聚糖及其衍生物、聚乙烯醇、透明质酸、透明质酸钠、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、葡萄糖及其衍生物、纤维素及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚酰亚胺及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一种或几种的混合物；所述偶联剂选自戊二醛、1,6-己二异氰酸酯、碳化二亚胺、叠氮二苯基磷、酰基叠氮化物、聚环氧化物、(1S,2R,6S)-2-羟基-9-(羟甲基)-3-氧代二环丙[4.3.0]壬-4,8-二烯-5-甲酸甲酯、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、亚甲基双丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐、四羧酸丁烷中的一种。5.如权利要求1所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于：所述亲油网络由有机硅和交联剂聚合获得，所述有机硅与交联剂的质量比为10～80:1。6.如权利要求5所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于：所述有机硅为含乙烯基的硅氧烷，所述交联剂为含Si-H键的硅氧烷。7.如权利要求1所述的一种湿度响应人工皮肤，其特征在于，所述人工皮肤各组分的重量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥琼，陈景民，李久盛，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31