[发明专利]一种人工皮肤及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及仿生材料技术领域，具体涉及一种人工皮肤及其制备方法和应用。

背景技术

自然界拥有神奇的创造力，它将简单的原料（纤维素、木质素、蛋白等）整合成完美的微观结构从而创造了形形色色的具有独特性能的天然生物材料，如贝壳、竹、骨、皮肤、肌肉等。仿生材料的精髓就是向自然学习，通过模仿生物体材料的微观结构来制备具备与生物体材料拥有相近或相同性能的新型仿生材料，其重要性不言而喻。当今，仿生材料已经成为最重要和最热门的研究领域之一。科学家们已经成功的开放了各种仿生材料，如海参皮肤(Capadona,J.R.,Shanmuganathan,K.,Tyler,D.J.,Rowan,S.J.&Weder,C.Science319,1370-1374,(2008))、人造蜘蛛丝(Cranford,S.W.,Tarakanova,A.,Pugno,N.M.&Buehler,M.J.Nature482,72-U91,(2012))、人工肌肉(Lv,S.et al.Designed biomaterials to mimic the mechanical properties of muscles.Nature465,69-73,(2010))、人工皮肤(Takei,K.et al.Nature Mater.9,821-826,(2010))等。

人工皮肤在烧伤、烫伤等的治疗方面有广泛的医学应用前景，因此受到了国内外学者的广泛关注和深入的研究。MacNeil S等人在综述中总结了用于组织工程的人工皮肤的发展现状(MacNeil,S.Nature445,874-880,(2007))。马岩及其共同发明人公开了新型的基于甲壳质和透明质酸钠等生物材料的人工皮肤的生产方法(刘宪华、连大梁、马岩，CN1986005A)。该发明提供一种具有一定的机械强度和柔韧性有具有一定透气性和贴附性的人工皮肤。龚葆红及其共同发明人公开了一种纳米壳聚糖人造皮肤及其制造方（龚正烈、龚葆红，CN1795935A）。该纳米壳聚糖人造皮肤有半透明膜体，用生理盐水浸泡有柔软丰满的弹性形态，有良好的生物医学性能。这些文献和专利报道的人工皮肤在医学上有较好的应用价值，能够对烧伤的皮肤起到保护作用。然而这些材料在微观结构和力学性能上与皮肤有很大的差距。

人类皮肤是一种具有高度非线性粘弹性的生物材料。其典型的应力-应变曲线可以分为三个阶段，在初始阶段，加载较小的应力可以得到较大的拉伸形变，初始模量很小，随后其模量缓慢上升，最后阶段应力-应变曲线快速上升，其模量大大升高。这种独特的力学性能使得皮肤在运动自如同时能够保护皮肤使之在大形变下保持完整性，性对人体的内部组织器官有很好的保护作用。因此，一种具备皮肤力学性能的仿生材料将有巨大的应用前景。李玉宝及其共同发明人公开了人工皮肤替代材料及制备方法。该人工皮肤以聚氨酯材料为基材，表面用N-异丙基丙烯酰胺接枝改性。该材料具备与皮肤接近的力学性能，并具有一定的温度敏感性（张利、龚梅、李玉宝，CN102526810A）。然而分析其结果发现，其力学性能曲线与皮肤完全不同。目前尚无报道表明能够模拟皮肤的微结构和力学性能。

要设计具备皮肤力学性能的人工皮肤，我们首先要深刻的认识皮肤的微观结构，弄清皮肤具有该力学性能的结构基础。然后，设法模仿皮肤的结构使之具备皮肤的力学性能。皮肤拥有三层结构：上皮组织、真皮组织和下皮组织。其中真皮组织是体现皮肤力学性能的主要部分。真皮组织中，由胶原蛋白和弹性蛋白构成的三维网络结构又是真皮的主要受力组分。因此，我们认为如果能模仿胶原蛋白和弹性蛋白构成的这种三维网络结构，就能得到具备皮肤的力学性能的人工皮肤。

纤维素是一种独特的天然高分子，具有良好的生物相容性、可降解性、热稳定性及可再生性。研究人员发现，纤维素同胶原蛋白一起成为自然界中两种最常见的承力的结构组分，它们有相近的力学性能(Fratzl,P.Cellulose and collagen:From fibres to tissues.Curr.Opin.Colloid Interface Sci.8,32-39,(2003))。天然橡胶（一种天然高分子）具有与弹性蛋白类似的高弹性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种新型人工皮肤及其制备方法和应用。

为了实现本发明的目的，本发明的具体方案如下：

首先，本发明提供了一种人工皮肤，其是由纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物制备得到，所述纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物的结构式如下：