技术摘要：
本发明涉及一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜及其制法，首先将由合成高分子溶液、醇溶性疏水剂、环保型交联剂和功能性药物组成的前驱体纺丝液Ⅰ进行静电纺丝制得疏水纤维膜，然后将由天然高分子溶液、儿茶酚基分子溶液和无水三氯化铁粉末组成的前驱体纺  全部
背景技术：
据统计，我国每年有数千万人因自然灾害或意外事故造成皮肤创伤。传统敷料的 吸收能力有限、需频繁更换且易导致伤口表面严重脱水，因而不利于创面快速有效愈合。相 对于存在多种弊端的传统敷料，以湿润伤口愈合理论为基础的高端敷料，作为促进创面愈 合的有效方式被广泛接受。然而，我国在高端敷料的研发与生产方面较为薄弱，亟需开发高 效促伤口愈合、舒适性好的高端敷料。 兼具防水透气高弹特性的敷料可阻止外界水滴渗入伤口，而伤口渗出液等可以水 蒸汽的形式传导到外界，确保伤口不易感染并可在关节处等灵活部位使用。美国3M公司采 用聚氨酯(PU)制备的TegadermTM薄膜敷料，具有一定防水性，而透气量较低，约为1.2kg/m2/ d。国内专利公开了一种原位交联Ⅰ型胶原电纺纤维敷料及其制备方法，采用生物相容性良 好的天然交联剂(氧化海藻酸钠)参与胶原的静电纺丝过程并原位交联Ⅰ型胶原，经后处理 得到电纺纤维敷料；采用该方法制备的敷料生物相容性良好，无细胞毒性，生物活性高，但 弹性不佳，使用范围大大受限。 天然高分子材料种类繁多、资源丰富，与生物体有极为相似的结构。静电纺丝技术 能够快速高效地制备天然高分子纤维敷料，由静电纺丝技术制备的天然高分子纳米纤维孔 隙率高、长径比大、比表面积大，在尺寸、结构上都与细胞外基质高度拟合，有利于细胞的粘 附、增殖与组织再生，促进营养物质的传输及代谢产物的排出，可有效减少疤痕生成；然而 该类敷料力学强度欠佳，当部分纤维受外力断裂时会导致敷料与皮肤粘附性降低，从而延 缓渗液吸收、营养物质传输和创面愈合。故亟需赋予纤维敷料本征型自修复性能，即通过聚 合物材料内部本身具有的可逆化学反应的分子结构实现自修复。因此，通过构建动态可逆 共价键或非共价键键合体系实现材料自修复成为高分子科学的一个研究热点。贻贝足丝作 为一种特殊的生物粘附系统，具有很高的硬度、弹性和自修复功能，其优越的自修复性能被 认为是由于儿茶酚基团与金属离子的动态可逆配位作用及儿茶酚基团之间可逆的氢键相 互作用所导致。研究人员受此启发，合成出一系列含水量＞95％，打印存活率＞90％，固化 后断裂强度＞5MPa，压缩模量约为0.7MPa，断裂伸长率≥400％的双网络水凝胶以用于生物 3D打印。然而水凝胶敷料为块材结构，细胞粘附性不好，不利于细胞的生长及氧气等物质的 传输。 因此，研究一种集高弹、防水透气和自修复性能于一体的皮肤敷料用双层纳米纤 维膜及其制备方法具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中双层纳米纤维敷料无法集高弹、防水透气和自修 4 CN 111588900 A 说　明　书 2/14 页 复性能于一体，难以满足各种创面类型的不同愈合需求的问题，提供一种皮肤敷料用防水 透气高弹自修复双层纳米纤维膜及其制法。本发明制备的皮肤敷料用防水透气高弹自修复 双层纳米纤维膜，能够根据创面类型来调控纤维孔径(0.2～2.0μm)、孔隙率(20～80％)、交 联度等参数进而调节敷料的耐水压(10～100kPa)、水蒸汽透过量(2～2.5kg/m2/d)、弹性模 量(5～15MPa)和弹性回复率(70～99％)等，有效提升敷料促愈合性及贴合性。本发明将仿 生贻贝化学应用于制备纤维敷料上，采用生物相容性良好的儿茶酚基分子(多巴胺、单宁酸 或茶多酚)和过渡金属离子Fe3 配位交联天然高分子纳米纤维，并在双层纤维膜之间构建多 重键合网络(共价键、配位键和氢键)，合成高分子纳米纤维与儿茶酚基分子之间的共价键、 氢键作用，天然高分子纳米纤维与Fe3 之间的配位作用，天然高分子纳米纤维与儿茶酚基分 子之间的共价键、氢键作用以及儿茶酚基分子与Fe3 之间的金属配位作用，在赋予内层纤维 膜自修复性能的同时提高层间粘结力。本发明制备的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复 双层纳米纤维膜，外层阻隔外界水分内渗，保证适宜愈合环境并提供力学支撑；内层兼具亲 水性和自修复性，当敷料受外力时，内层纤维部分断裂可实现快速自修复，以保证敷料的粘 附性和长期使用性；双层之间通过多重键合作用(具体是指合成高分子纳米纤维与儿茶酚 基分子之间的共价键、氢键作用，天然高分子纳米纤维与儿茶酚基分子之间的共价键、氢键 作用。由于会有少量儿茶酚基分子、Fe3 游离在两层之间，所以还有儿茶酚基分子与Fe3 之 间的金属配位作用)提高层间粘结力。该双层纳米纤维膜能够在提升敷料促愈合能力的同 时保证创面的贴合性与舒适性，在医用皮肤敷料领域具有广阔的应用前景。 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，外层为防水透气高弹层， 可有效阻隔外界水分内渗，保证适宜愈合环境并提供力学支撑，内层为亲水自修复层，兼具 亲水性与自修复性，当敷料受外力时，内层纤维部分断裂可实现快速自修复，以保证敷料的 粘附性及长期使用性； 所述防水透气高弹层由合成高分子纤维基体、醇溶性疏水剂、环保型交联剂和功 能性药物组成；其中，醇溶性疏水剂、环保型交联剂和功能性药物均匀分布在合成高分子纤 维基体上，环保型交联剂与合成高分子纤维形成交联网络；所述亲水自修复层由天然高分 子纤维基体、儿茶酚基分子和Fe3 组成；其中，儿茶酚基分子和Fe3 均匀分布在天然高分子 纤维基体上，并与天然高分子纤维形成动态可逆的交联网络； 所述儿茶酚基分子为多巴胺、单宁酸或茶多酚； 皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜性能的测试方法和指标范围如 下：采用织物渗水性测试仪表征纤维膜的耐水压为5～50kPa，采用织物透湿仪表征纤维膜 的透气性为5～15kg/m2/d，采用单纤维强力仪表征纤维膜的拉伸强度为5～15MPa、断裂伸 长率为50～400％，采用万能试验机表征纤维膜的弹性模量为5～15MPa，弹性回复率60～ 99％；采用单纤维强力仪表征纤维膜经自修复后拉伸强度和断裂伸长率为初始(未破坏时) 的50～90％。 天然高分子与生物相容性良好的儿茶酚基分子(多巴胺、单宁酸、茶多酚)和过渡 金属离子Fe3 产生多重键合作用(共价键、配位键和氢键)，其中配位键和氢键是可逆的，从 而赋予内层纤维自修复性能并提升双层纤维膜层间粘合力。 作为优选的技术方案： 5 CN 111588900 A 说　明　书 3/14 页 如上所述的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，所述合成高分 子为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇缩丁醛；所述醇溶性疏水剂 为含氢硅油、聚甲基氢硅氧烷乳液和聚二甲基硅氧烷乳液中的一种以上；所述环保型交联 剂为环氧硅烷交联剂、有机硅烷交联剂、封闭型异氰酸酯交联剂或聚碳化二亚胺；所述功能 性药物为姜黄素、双氯芬酸钠、华法林、阿魏酸或阿司匹林；所述天然高分子为明胶或壳聚 糖。 如上所述的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，皮肤敷料用防 水透气高弹自修复双层纳米纤维膜的纤维直径为100～2000nm，纤维长径比为10～10000， 孔径为0.2～2.0μm，孔隙率为20～80％； 皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜外层耐水压为10～100kPa，透气 性为5～15kg/m2/d，拉伸强度为5～20MPa，断裂伸长率为100～500％，弹性回复率为70～ 99％，功能性药物加载量为1～100mg/cm3；皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维 膜内层拉伸强度为1～10MPa，断裂伸长率为50～200％。 本发明还提供制备如上所述的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤 维膜的方法，首先将由合成高分子溶液、醇溶性疏水剂、环保型交联剂和功能性药物组成的 前驱体纺丝液Ⅰ进行静电纺丝制得疏水纤维膜，然后将由天然高分子溶液、儿茶酚基分子溶 液和无水三氯化铁粉末组成的前驱体纺丝液Ⅱ进行静电纺丝并接收在疏水纤维膜上制得 复合纤维膜，最后对复合纤维膜进行后处理引发合成高分子基体与环保型交联剂发生化学 交联反应，以及天然高分子基体与儿茶酚基分子发生化学交联反应，制得皮肤敷料用防水 透气高弹自修复双层纳米纤维膜。 作为优选的技术方案： 如上所述的方法，具体制备步骤为： (1)采用环保溶剂体系配制合成高分子溶液，添加相应的醇溶性疏水剂、环保型交 联剂和功能性药物，搅拌均匀，制得均一稳定的前驱体纺丝液Ⅰ； (2)将步骤(1)制得的前驱体纺丝液Ⅰ置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺丝， 通过接收基材接收制得厚度为0.1～0.3μm的疏水纤维膜； (3)将天然高分子溶解于去离子水中，在一定条件下搅拌至完全溶解； (4)将儿茶酚基分子作为交联剂溶解于去离子水中，室温(25℃)下搅拌均匀，并将 溶液的pH值调为9～11，溶液pH值在此区间时更有利于儿茶酚基分子后续与Fe3 键合； (5)将步骤(3)和步骤(4)配置好的溶液混合并溶于溶剂中，加入无水三氯化铁粉 末，搅拌均匀，配置成均一稳定的前驱体纺丝液Ⅱ； (6)将步骤(5)配置好的前驱体纺丝液Ⅱ置于注射器中，采用静电纺丝装置进行纺 丝，所得的亲水纤维膜接收在步骤(3)中疏水纤维膜上，制得厚度为0.2～0.6μm的复合纤维 膜； (7)对步骤(6)制得的复合纤维膜进行后处理引发合成高分子基体与环保型交联 剂发生化学交联反应，以及天然高分子基体与儿茶酚基分子发生化学交联反应，获得皮肤 敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜； 通过后处理引发疏水纤维膜中合成高分子分子链上的端羧基与环保型交联剂所 带氨基发生缩合反应形成共价交联网状，从而增强纤维膜的耐水性与结构稳定性；通过后 6 CN 111588900 A 说　明　书 4/14 页 处理能够促使天然高分子与生物相容性良好的儿茶酚基分子(多巴胺、单宁酸、茶多酚)以 及过渡金属离子Fe3 产生多重键合作用(共价键、配位键和氢键)，其中配位键和氢键是可逆 的，从而赋予内层纤维自修复性能并提升双层纤维膜层间粘合力。 如上所述的方法，前驱体纺丝液Ⅰ中合成高分子的质量分数为5～20％，醇溶性疏 水剂和环保型交联剂的添加量分别为合成高分子的1～20wt％和1～5wt％； 前驱体纺丝液Ⅱ中天然高分子的质量分数为10～30％，儿茶酚基分子的加入量为 天然高分子的1～10wt％。 上述这些物质的用量不宜过多或过少，低于设定的范围得到的纤维膜性能不能达 到预期指标，高于设定的范围会影响纺丝过程。 如上所述的方法，所述步骤(1)中的环保溶剂为水、无水乙醇、丙醇、乙二醇、丙二 醇或异丙醇； 所述步骤(5)中的溶剂为冰醋酸，由于本发明所制备的纳米纤维膜主要用于皮肤 敷料，需采用无毒环保的溶剂体系，以防敷料上残留的溶剂对创面造成二次伤害。 如上所述的方法，所述步骤(3)中的在一定条件搅拌至完全溶解为在30℃水浴中 搅拌30min，之后升温至50℃继续搅拌30min；或者为在常温下搅拌至天然高分子(溶质)溶 解； 所述步骤(4)中通过加入1mol/L  NaOH溶液调节pH值； 所述步骤(5)中的搅拌在常温或50℃水浴中进行。 如上所述的方法，步骤(2)中的静电纺丝采用的接收基材为油光纸、非织造布或铝 箔；步骤(2)和步骤(6)中静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压10～30kV，接收距离5～30cm，灌 注速度0.5～10mL/h，温度10～40℃，相对湿度5～100％。 如上所述的方法，所述后处理为热处理； 所述热处理采用真空烘箱，处理时间为10～120min，处理温度为30～200℃，室温 放置10～120min。 有益效果： (1)本发明的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜的制备方法， 简单易行，成本低廉； (2)本发明制备的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，外层为 防水透气高弹层，不仅具有优越的回弹性，以保证敷料能够贴合在伤口关节处并具有良好 的舒适性，而且能够在防止水分、细菌等入侵的同时确保伤口渗液以水蒸气的形式传导到 外界，并且可以根据创面类型来调控纤维孔径、孔隙率等参数进而调节敷料的耐水压与水 蒸汽透过量，有效提升敷料促愈合性能； (3)本发明制备的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，内层为 亲水自修复层，由静电纺丝技术制备的天然高分子纳米纤维孔隙率高、长径比大、比表面积 大，在尺寸、结构上都与细胞外基质高度拟合，有利于细胞的粘附、增殖与组织再生，促进营 养物质的传输及代谢产物的排出，可有效减少疤痕生成；天然高分子与生物相容性良好的 儿茶酚基分子(多巴胺、单宁酸、茶多酚)、过渡金属离子Fe3 产生多重键合作用(共价键、配 位键、氢键)，赋予内层纤维膜自修复性并提升双层纤维膜的层间粘结力，以避免纤维受外 力断裂而导致的敷料与皮肤粘附性降低，从而延缓渗液吸收、营养物质传输和创面愈合等 7 CN 111588900 A 说　明　书 5/14 页 情况； (4)本发明制备的一种皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜，集高弹、 防水透气、自修复性能于一体，适用于皮肤关节处的创伤，当敷料受外力时，内层纤维部分 断裂可实现快速自修复，以保证敷料的粘附性及长期使用性；能够在提升敷料促愈合能力 的同时保证创面的贴合性与舒适性。 附图说明 图1为本发明的皮肤敷料用防水透气高弹自修复双层纳米纤维膜的结构示意图； 图2为实施例1中聚氨酯纳米纤维膜的应力-应变曲线图； 图3为实施例1中聚氨酯纳米纤维纤维膜的SEM图； 图4为实施例2中明胶纳米纤维纤维膜的SEM图。