一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料及其制备方法。通过控制细菌纤维素的培养条件制备出一种具有类似人体皮肤“上密下疏”的生物结构的人造皮肤生物相容性以及细胞活性良好。疏松层与致密层结合程度更深，不仅局限于材料表面。无明显物理分层，结构连续性良好，疏松层与致密层内存在结构的梯度变化，最大程度模仿了人体皮肤上密下疏的渐变梯度结构，能够明显缩短伤口愈合周期并有效减少愈合后瘢痕的增生；同时保持了细菌纤维素良好的透气性与持水性，能够长时间地使创面维持一个湿态的环境，更利于创面的愈合。成型过程简单，培养周期短，制备过程绿色环保、简便快速、制备成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是涉及一种具有梯度疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料及其制备方法，具体地说是一种通过调节培养液上方空气整体气压以及氧气分压来实现细菌纤维素薄膜的上密下疏的双层结构而制得细菌纤维素皮肤修复材料及其制备方法。
技术介绍
皮肤被覆盖于人体全身表面，与外界环境直接接触，是解剖学和生理学上的重要边界器官。皮肤不仅能使人体不受到污染物或细菌的侵袭，也能保持人体水分不流失。由于皮肤对人体的重要保护作用，因此一旦皮肤发生大面积损伤或缺失时，便会对人体造成致命的伤害。皮肤不具备自修复的功能，为了修复、代替缺损的皮肤组织，各国的科学家都在致力于开发具有良好治疗效果的人造皮肤。从结构上来说人体皮肤由表皮层和真皮层组成。表皮层在皮肤的最外层，表皮细胞彼此联接紧密，主要起到抵抗外界刺激以及防御的功能，因此是皮肤结构中最致密的一层。真皮层主要由胶原纤维和弹性纤维组成，主要起到保持皮肤弹性和张力的作用。由于真皮层中还富含血管、淋巴管以及毛发、皮脂腺、汗腺和肌肉，因此真皮层相较于表皮层结构更为疏松。因此，从表皮层到真皮层，人体的皮肤在结构上是具备一定梯度性的。 早期的人造皮肤主要有网状编织类人造皮肤，聚氨酯人造皮肤以及有机硅膜人造皮肤。这些早期人造皮肤无梯度变化，为均一结构，因此应用于临床治疗时不利于细胞的附着生长，造成新生皮肤生长缓慢从而延长了伤口愈合时间和治疗周期。具有梯度结构的人造皮肤从结构上来看更接近真实的皮肤，因此可以有效诱导缺损组织处细胞的迁移、增殖和分化。利用具有梯度结构的人造皮肤原位诱导缺损皮肤再生，可以大大的缩短伤口愈合周期。此外，还可以增强创面愈合后的皮肤弹性、柔韧性和机械耐磨性以及减少瘢痕增生。因此，在设计人造皮肤材料时，通常应模拟皮肤的表皮和真皮双层结构的特点，设计具有模拟表皮层和真皮层的双层结构人造皮肤。近几年来，关于具有梯度结构的人造皮肤的研究已经取得了不少的成果。CN101716375公开了一种由纯天然原料制备的具有梯度孔结构和性能的人工皮肤，这种人工皮肤由表皮层和真皮层构成，其中表皮层是由纤维蛋白或丝素蛋白等蛋白与壳聚糖等多糖构成的薄膜结构，真皮层的主要成分是胶原蛋白。CN 101716376A公开了一种生长因子缓释型双层人工皮肤，这种人工皮肤的表皮层是具有防水、透气、保护功能的聚氨酯或硅橡胶或聚乙二醇微孔薄膜，真皮层是由丝素蛋白和壳聚糖构成的生物大分子薄膜。CN 102526810A公开了一种人工皮肤替代材料及制备方法，这种替代材料具有双层结构，其中基层为聚氨酯材料，在基层表面覆盖一层聚氨酯与聚N-异丙基丙烯酰胺经接枝共聚改性形成的结构层。这种替代物具有与真实皮肤相近的良好力学性能。CN 102526808A公开了一种人工皮肤及制备方法，该人工皮肤包括微孔膜状表皮层以及天然高分子仿生真皮层。表皮层的主要成分为聚偏氟乙烯和/或其共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯，真皮层是胶原膜。CN 1785444A公开了一种胶原-壳聚糖和硅橡胶双层皮肤再生支架及其制备方法，该皮肤再生支架由胶原/壳聚糖多孔支架通过生物相容性良好的胶黏剂粘合而成。目前已经公开的具有双层结构的人工皮肤制备技术主要通过涂膜、胶粘、喷淋成膜、热压成膜等复合方式人为地将人造表皮层与人造真皮层结合。其中涂膜与喷淋成膜是将表皮胶液喷涂到成型的人造真皮层表面，形成表面化学键合后得到人造皮肤；胶粘与热压成膜是指利用粘合剂通过分子间氢键与范德华力将已经成型的表皮层与真皮层结合。现有技术的人造皮肤在表皮层与真皮层结合界面存在结构上的突变，在各层内部不存在结构的梯度变化，只是简单的上密下疏结构。这样的构造不仅使皮肤组织细胞在材料疏密层结合界面处生长缓慢，还会破坏新生皮肤真皮层与表皮层结构的连续性，从而延长了治疗周期并且会使伤口处形成明显的疤痕。此外，胶粘与涂膜的制备工艺会在较大程度上影响表皮层与真皮层之间连通性最终影响人造皮肤材料的透气性能。现有技术中涉及的人造皮肤真皮层材料通常选用生物相容性良好的胶原蛋白，丝束蛋白，表皮层材料通常选用可降解材料(聚乳酸，聚乙二醇)或者惰性材料(硅橡胶，聚偏氟乙烯，聚氨酯)，使其制备成本十分高昂，同时表皮层与真皮层由两种不同材料构成也增加了人为复合保证两种材料结合紧密的难度。细菌纤维素(Bacterial Cellulose，也称微生物纤维素)是一种纳米纤维材料。其以细菌细胞内部作为生物合成反应器，将葡萄糖小分子在酶催化作用下经过一系列复杂的变构过程最终通过β -1, 4-糖苷键结合形成β -1, 4-葡萄糖链由细菌系细胞侧面的催化位点挤出。β -1, 4-葡萄糖链彼此之间通过分子内与分子间氢键作用，逐步、分层地形成脂多糖层、类晶团聚体、纤维素微纤并最终形成纤维素。这一系列的细胞外(Extracellular)成形过程被称为“纤维素的自组装”。正是这个独特的微生物参与的过程赋予了细菌纤维素良好的理化性能:超细三维网状结构；良好的吸湿、保湿以及透气性能；超高的持水性与湿态强度；高抗张强度与弹性模量等等。大量研究表明细菌纤维素材料具有良好的体内、体外生物相容性，加上其优异的形状可调控性与形状维持性使 其在构建体内、体外组织工程支架材料具有得天独厚的优势。
技术实现思路
本专利技术专利通过控制BC的培养条件能够快速，简便地制备出一种具有类似人体皮肤“上密下疏”的生物结构的人造皮肤。与现有技术中层状复合相比，本专利技术是使用细菌纤维素作为皮肤修复材料的基材。细菌纤维素具有良好的生物相容性以及细胞活性，是一种应用广泛的组织工程支架材料。本专利技术通过控制菌种培养过程中的培养条件，使β -1, 4-葡萄糖链构成的纤维素微纤丝在通过分子内与分子间氢键结合并结晶成型的过程中，自发、有序地形成疏松到致密渐变的结构。结合程度更深，不仅局限于材料表面。与现有技术相比人为构造表皮层与真皮层相比，本专利技术制备得到的具有疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料无明显物理分层，结构连续性十分良好，不存在现有技术人造皮肤产品在两层界面处结构不连续的缺点；其次，疏松层与致密层内也存在结构的梯度变化，使得材料在最大程度上模仿了人体皮肤上密下疏的渐变梯度结构，能够明显缩短伤口愈合周期，并有效减少愈合后瘢痕的增生；此外，由于成型过程连续，本专利技术制备得到的具有疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料保持了细菌纤维素材料良好的透气性与持水性，能够长时间地使病患的创面维持一个湿态的环境，更有利于创面的愈合。具有疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料的成型过程简单，培养周期短，制备过程绿色环保、简便快速、制备成本低廉，是一种理想的皮肤修复材料。本专利技术的一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料，是由两层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的两层结合紧密的细菌纤维素膜为致密层与疏松层；所述的结合紧密是指所述致密层的纤维素微纤丝与所述疏松层的纤维素微纤丝通过β -1, 4-葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层；组成细菌纤维素的基本单元并非单根β_1，4-葡萄糖链，而是预微纤丝(premicrofibril),其由β _1，4-葡萄糖链组成,每9根β _1，4-葡萄糖链相互平行,通过分子内与分子间氢键结合，呈左手三螺旋状，是组成微纤丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料，其特征是：所述的具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料是由两层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的两层结合紧密的细菌纤维素膜为致密层与疏松层；所述的结合紧密是指所述致密层的纤维素微纤丝与所述疏松层的纤维素微纤丝通过β?1,4?葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层；其中所述致密层中的纤维素含量0.7×10?2～1.0×10?2g/cm3，所述疏松层中的纤维素含量0.2×10?2～0.5×10?2g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料，其特征是:所述的具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料是由两层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的两层结合紧密的细菌纤维素膜为致密层与疏松层；所述的结合紧密是指所述致密层的纤维素微纤丝与所述疏松层的纤维素微纤丝通过β -1, 4-葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层； 其中所述致密层中的纤维素含量0.7Χ 10_2 1.0X 10_2g/cm3，所述疏松层中的纤维素含量 0.2 X I(T2 0.5 X l(T2g/cm3。2.根据权利要求1所述的一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料，其特征在于，所述的细菌纤维素膜是由菌种消耗糖源，分泌纤维素微纤丝通过分子内与分子间氢键结合形成；所述的菌种是指能够生物合成纤维素的微生物，包括:木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、农杆菌、根瘤菌、八叠球菌、洋葱假单胞菌、椰毒假单胞菌或空肠弯曲菌中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料，其特征在于，所述的具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料的厚度为8 10mm，其中所述疏松层的厚度为3 5mm。4.按权利要求1所述的一种具备疏密结构的细菌纤维素皮肤修复材料的制备方法，其特征是包括以下步骤: 1)发酵培养液的调配； 发酵培养液组 分，以质量百分数计，单位为wt%:葡萄糖、果糖、蔗糖或甘露醇2 5，蛋白胨0.05、.5，酵母膏 0.05^0.5，柠檬酸0.θΓθ.1，磷酸氢二钠0.02、.2，磷酸二氢钾ο.οΓο.1，余量为水； 发酵培养液的pH为4.0 6.0 ; 将上述组分混合后经高压蒸汽灭菌后紫外辐照并冷却至室温，通纯氧，即得发酵培养液； 2)菌种扩培； 将所述的发酵培养液接种和扩培；扩培程度:菌种细胞数目在2 X IO5 2 X IO7个/ml ; 3)静置培养； 将扩培后的菌液转移至装有发酵培养液的培养容器中，放置于恒温培养箱中，28 .32 °C静置培养； 通过分步调节培养液上方空气整体气压以及氧气分压来实现细菌纤维素薄膜的上密下疏的双层结构； a.细菌纤维素生长诱导期I 2天:控制与发酵培养液液面相接触的空气压力为I个标准大气压，直至细菌将培养液中溶解的氧气消耗殆尽后浮上液面，液面出现一层半透明的细菌纤维素薄膜； b.细菌纤维素快速生长期2 3天:控制与细菌纤维素膜上表面空气压力为I个标准大气压，同时保持氧气体积浓度在10 15%范围内；至细菌纤维素薄膜厚度达到0.5 .1.5mm ； C.细菌纤维素平稳生长期3 4天: 平稳生长期分两个阶段:疏松层形成阶段，维持与细菌纤维素膜上表面相接触的空气压力为I个标准大气压，同时维持氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，杨敬轩，张云，郑羿，王利群，王华平，陈仕艳，洪枫，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：