一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜及其制备方法
技术领域
1.本发明属于功能性医用敷料的制备技术领域。
背景技术：2.手术、烧伤和外源性创伤导致的皮肤缺损往往会破坏皮肤自身的恢复机制，并导致更严重的风险，如截肢或死亡。尤其是全层皮肤缺损创面，仅依靠皮肤自身的重建能力，需要很长时间才能恢复。全层皮肤缺损创面的快速修复是皮肤组织工程领域的一个重要临床问题。全层皮肤缺损造成的皮肤创伤通常伴随着伤口周围过多的渗出物，这将严重阻碍伤口愈合过程。另一方面，伤口表面的快速脱水也会延迟伤口愈合。此外，外源性细菌感染很容易发生在伤口愈合过程中。因此，以有效管理和利用伤口渗出物及保护伤口免受外部源微生物感染为目的的伤口治疗受到了广泛关注。
3.静电纺丝因其简单、成本效益和能够制备模拟皮肤细胞外基质形态特征的纳米纤维结构而吸引了研究人员的广泛关注。非对称纳米纤维膜具有的特殊特性和与天然皮肤的高度相似性，使其得到了广泛的关注。这些膜由于其模仿表皮和真皮皮肤层的固有能力，已经成为理想的伤口敷料，它们在伤口愈合应用中发挥了至关重要的作用。利用非对称纳米纤维膜伤口敷料的目的是模拟皮肤结构，外部的致密层保护伤口部位、避免外源细菌的侵袭和提供机械支撑，内部的多孔层用于贴合伤口部位，有利于吸收伤口渗出液，促进细胞迁移、粘附和增殖，并提供润湿的环境。
4.壳聚糖(cs)是一种具有良好生物相容性的伤口敷料材料，聚乙烯醇(pva)是一种具有良好生物相容性的合成高分子材料。基于cs和pva的cs/pva纳米纤维结构有利于细胞粘附和增殖，因此cs/pva纳米纤维膜常应用于伤口敷料。然而，常应用于伤口敷料的cs/pva纳米纤维膜无法快速吸收过多的伤口渗出液，这会导致在敷料与伤口之间的界面上保留过多的伤口渗出液，无法有效抑制伤口处细菌滋生，其治疗性不能完全满足伤口加速愈合的要求。
技术实现要素：5.本发明要解决现有cs/pva纳米纤维膜固有的亲水性不可避免地导致在敷料与伤口之间的界面上保留过多的生物流体，无法有效抑制伤口处细菌滋生的问题，而提供一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜及其制备方法。
6.一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，它依次由载药层、过渡层及pvdf/sio2涂层组成；
7.所述的载药层是由环丙沙星、虾青素、壳聚糖及聚乙烯醇通过静电纺丝制备成纤维膜，然后再通过等离子体处理得到超亲水特性；
8.所述的过渡层是由聚偏氟乙烯通过静电纺丝制备而成；
9.所述的pvdf/sio2涂层是通过静电喷涂技术在过渡层表面构建的具有多尺度的
微-纳米结构。
10.一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：
11.一、将cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为15cm～16cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下静电纺丝，得到cip/atx/cs/pva纳米纤维膜；
12.所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液中聚乙烯醇的质量百分数为4.26％～4.29％，聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为9:(1～1.5)，聚乙烯醇与虾青素的质量比为9:(0.1～0.5)，聚乙烯醇与环丙沙星的质量比为9:(0.1～0.5)；
13.二、将pvdf静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下，在cip/atx/cs/pva纳米纤维膜一侧表面静电纺丝，得到过渡层；
14.所述的pvdf静电纺丝前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为19％～20％；
15.三、将pvdf/sio2静电喷涂前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.45mm～0.50mm的条件下，在过渡层上静电喷涂，得到pvdf/sio2涂层；
16.所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为4％～5％；所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中sio2的质量百分数为4％～5％；
17.四、在等离子体工作气体为n2及等离子体工作压力为7psi～10psi的条件下，对cip/atx/cs/pva纳米纤维膜表面未进行静电纺丝的一侧表面进行等离子体处理，得到可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜。
18.本发明的有益效果是：
19.1、janus纳米纤维膜中的超亲水面能够在5s内快速吸收多余的伤口渗出液，可吸收自身质量5.6倍的伤口渗出液，而超疏水面具有良好的自清洁特性，优良的自清洁特性有利于提高抵抗细菌粘附能力。
20.2、cip/atx/cs/pva载药层的超亲水表面在与伤口流体接触时能够将cip和atx快速释放，在前10h释放速率可达到72％以上和73％以上，cip和atx的早期快速释放有助于在早期愈合过程中及时抑制细菌和加速伤口愈合，且cip和atx的最终累积释放率分别为93％以上和90％以上。
21.3、搭载cip和atx的janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有长期和优异的抑菌效果，抑菌效果至少持续48h。
22.4、janus纳米纤维膜中用于接触伤口的cip/atx/cs/pva载药层具有良好的生物相容性。
23.5、搭载cip和atx的janus纳米纤维膜能够有效地加速全层皮肤缺损伤口的修复并加速胶原纤维的生长及胶原沉积，在伤口早期愈合中起着重要作用，在整个伤口愈合也中表现出了良好的伤口愈合效果。
24.本发明用于一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜及其制备方法。
附图说明
25.图1为本发明可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的作用原理图；
26.图2为实施例三制备的janus 5的润湿性研究，a为载药层经等离子体处理的一侧表面水滴浸润过程，a1为液滴滴落前的图像，a2为液滴被吸收的图像，a3为5s时液滴被完全吸收的图像，b为水滴在pvdf/sio2涂层表面实物图，c为水滴在附着石墨的pvdf/sio2涂层表面的动态滚动行为图，c1为水滴为滴落的图像，c2为30s时水滴在pvdf/sio2涂层表面滴落后的图像；
27.图3为未等离子体处理的载药层表面形貌图，a为标尺20μm，b为图3a中的局部放大；
28.图4为实施例三制备的janus 5的微观形貌及横截面的形貌图，a为等离子体处理的载药层表面的sem图，b为pvdf/sio2涂层的sem图，c为janus 5横截面的sem图；
29.图5为未等离子体处理和等离子体处理的载药层afm图像，a为未等离子体处理，b为等离子体处理；
30.图6为实施例三制备的janus 5在ph值为7.2的pbs缓冲液中的cip和atx释放曲线，1为cip，2为atx；
31.图7为超亲水/超疏水janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性实物图，a为大肠杆菌，b为金黄色葡萄球菌；
32.图8为超亲水/超疏水janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径对比图，a为大肠杆菌，b为金黄色葡萄球菌；
33.图9为伤口愈合实验过程实物图；
34.图10为第16天伤口切片的h&e染色和masson三色染色图像，a为h&e染色，b为masson三色染色。
具体实施方式
35.具体实施方式一：结合图1具体说明，本实施方式一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，它依次由载药层、过渡层及pvdf/sio2涂层组成；
36.所述的载药层是由环丙沙星、虾青素、壳聚糖及聚乙烯醇通过静电纺丝制备成纤维膜，然后再通过等离子体处理得到超亲水特性；
37.所述的过渡层是由聚偏氟乙烯通过静电纺丝制备而成；
38.所述的pvdf/sio2涂层是通过静电喷涂技术在过渡层表面构建的具有多尺度的微-纳米结构。
39.本实施方式一种可应用于医用伤口敷料的受皮肤结构启发的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜。这种janus纳米纤维膜伤口敷料是通过静电纺丝技术和静电喷涂方法制备的，制备的janus纳米纤维膜一面为超亲水面，另一面为超疏水面。水滴能够在janus纳米纤维膜的超亲水面上迅速扩散，同时，janus纳米纤维膜的超疏水面对水具有有效的排斥作用。
40.本实施方式所述的janus纳米纤维膜具有多层结构，第一层为载药层，组分为环丙沙星(cip)、虾青素(atx)、壳聚糖(cs)、聚乙烯醇(pva)，其中cip用于治疗细菌感染，atx和
cs用于增强机体免疫力，促进伤口愈合，pva作为助纺高分子聚合物用于提高可纺性。制备的janus纳米纤维膜中的cip/atx/cs/pva载药层的具有类似于皮肤真皮层的亲水性。为了提高cip/atx/cs/pva载药层的亲水性，其表面通过等离子体处理，最终获得超亲水特性。
41.本实施方式所述的janus纳米纤维膜具有多层结构，第二层为过渡层，组分为pvdf。pvdf层具有类似于皮肤表皮层的疏水性。
42.本实施方式所述的janus纳米纤维膜具有多层结构，第三层为具有多尺度的微-纳米结构的pvdf/sio2涂层。为了提高pvdf层的疏水性，采用静电喷涂技术在pvdf层表面构建了多尺度的微-纳米结构的pvdf/sio2涂层。
43.本实施方式以pva、cs、cip、atx、pvdf和sio2为原始材料，通过逐层静电纺丝、等离子体处理及静电喷涂技术制备一种具有超亲水性和超疏水性的受皮肤结构启发的janus纳米纤维膜，通过加入cip和atx来克服cs/pva纳米纤维膜无法完全满足伤口愈合要求的缺点。设计的janus纳米纤维膜用于伤口敷料。在本实施方式的janus纳米纤维膜中，伤口敷料的超亲水表面可以吸收过多的伤口渗出液，以防止组织浸润或化脓性炎症并发症，并且超亲水纳米纤维网络提供引流力，将过多的伤口渗出液锁定在纳米纤维网络中，为伤口愈合创造湿润环境，渗出液也可用作中间交换介质，将包封在网络中的具有广谱抗菌性的cip和具有很强的诱导细胞分裂活性的atx释放到伤口部位，从而及时地抑制伤口处细菌的滋生并加速伤口愈合。此外，伤口敷料的超疏水表面有利于抑制微生物的粘附，防止伤口被外源性细菌和其他微生物污染。更重要的是，本实施方式的janus纳米纤维膜对全层皮肤缺损伤口具有良好的愈合效果。
44.本实施方式的有益效果是：
45.1、janus纳米纤维膜中的超亲水面能够在5s内快速吸收多余的伤口渗出液，可吸收自身质量5.6倍的伤口渗出液，而超疏水面具有良好的自清洁特性，优良的自清洁特性有利于提高抵抗细菌粘附能力。
46.2、cip/atx/cs/pva载药层的超亲水表面在与伤口流体接触时能够将cip和atx快速释放，在前10h释放速率可达到72％以上和73％以上，cip和atx的早期快速释放有助于在早期愈合过程中及时抑制细菌和加速伤口愈合，且cip和atx的最终累积释放率分别为93％以上和90％以上。
47.3、搭载cip和atx的janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有长期和优异的抑菌效果，抑菌效果至少持续48h。
48.4、janus纳米纤维膜中用于接触伤口的cip/atx/cs/pva载药层具有良好的生物相容性。
49.5、搭载cip和atx的janus纳米纤维膜能够有效地加速全层皮肤缺损伤口的修复并加速胶原纤维的生长及胶原沉积，在伤口早期愈合中起着重要作用，在整个伤口愈合也中表现出了良好的伤口愈合效果。
50.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的载药层中纤维膜的纤维平均直径为100nm～400nm。其它与具体实施方式一相同。
51.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的具有多尺度的微-纳米结构具体为纳米尺度的pvdf纤维与多尺度的sio2颗粒构成。其它与具体实施方式一或二相同。
52.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的载药层的厚度为300μm～400μm；所述的过渡层的厚度为50μm～100μm；所述的pvdf/sio2涂层的厚度为100μm～150μm。其它与具体实施方式一至三相同。
53.具体实施方式五：本实施方式一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：
54.一、将cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为15cm～16cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下静电纺丝，得到cip/atx/cs/pva纳米纤维膜；
55.所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液中聚乙烯醇的质量百分数为4.26％～4.29％，聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为9:(1～1.5)，聚乙烯醇与虾青素的质量比为9:(0.1～0.5)，聚乙烯醇与环丙沙星的质量比为9:(0.1～0.5)；
56.二、将pvdf静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下，在cip/atx/cs/pva纳米纤维膜一侧表面静电纺丝，得到过渡层；
57.所述的pvdf静电纺丝前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为19％～20％；
58.三、将pvdf/sio2静电喷涂前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.45mm～0.50mm的条件下，在过渡层上静电喷涂，得到pvdf/sio2涂层；
59.所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为4％～5％；所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中sio2的质量百分数为4％～5％；
60.四、在等离子体工作气体为n2及等离子体工作压力为7psi～10psi的条件下，对cip/atx/cs/pva纳米纤维膜表面未进行静电纺丝的一侧表面进行等离子体处理，得到可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜。
61.本具体实施方式冰醋酸的加入使cs粉末溶解。
62.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：
63.①
、将聚乙烯醇粉末加入到蒸馏水中，在温度为80℃～85℃的条件下搅拌，得到pva溶液；
64.②
、将壳聚糖粉末加入到pva溶液中并搅拌，得到cs/pva悬浮液，在cs/pva悬浮液中加入冰醋酸，超声处理10min～12min，得到cs/pva溶液；所述的冰醋酸与壳聚糖粉末的质量相同；
65.③
、将虾青素加入到二甲基亚砜中溶解，得到atx溶液；
66.④
、通过超声处理将环丙沙星溶于蒸馏水中，得到cip溶液；
67.⑤
、将atx溶液和cip溶液加入到cs/pva溶液中搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液。其它与具体实施方式五相同。
68.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六之一不同的是：步骤二中所述的pvdf静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：将聚偏二氟乙烯粉末加入到混合溶剂中，在温度为70℃～75℃的条件下，搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到pvdf静电纺丝前驱液。其它与具体实施方式五或六相同。
69.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤三中所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液是按以下步骤制备：聚偏二氟乙烯粉末和sio2颗粒的混合物加入到混合溶剂中，在温度为70℃～75℃的条件下，搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到pvdf/sio2静电喷涂前驱液。其它与具体实施方式五至七相同。
70.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：所述的混合溶剂是由质量比为(3～4):1的n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合而成。其它与具体实施方式五至八相同。
71.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：所述的sio2颗粒粒径为300nm～3μm。其它与具体实施方式五至九相同。
72.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
73.实施例一：
74.一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：
75.一、将cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液加入到10ml注射器中，用金属平头针连接，在施加电压为15kv、针尖端至收集板距离为15cm、针与水平线夹角为18
°
及针内径为0.9mm的条件下，静电纺丝36h，得到cip/atx/cs/pva纳米纤维膜；
76.所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液中聚乙烯醇的质量百分数为4.29％，聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为90:10，聚乙烯醇与虾青素的质量比为90:1，聚乙烯醇与环丙沙星的质量比为90:1；
77.二、将pvdf静电纺丝前驱液加入到10ml注射器中，用金属平头针连接，在施加电压为15kv、针尖端至收集板距离为17cm、针与水平线夹角为18
°
、针内径为0.9mm的条件下，在cip/atx/cs/pva纳米纤维膜一侧表面静电纺丝10h，得到过渡层；
78.所述的pvdf静电纺丝前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为20％；
79.三、将pvdf/sio2静电喷涂前驱液加入到10ml注射器中，用金属平头针连接，在施加电压为15kv、针尖端至收集板距离为17cm、针与水平线夹角为18
°
及针内径为0.45mm的条件下，在过渡层上静电喷涂12h，得到pvdf/sio2涂层；
80.所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为4％；所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中sio2的质量百分数为4％；
81.四、在等离子体工作气体为n2及等离子体工作压力为8psi的条件下，对尺寸为2.5cm
×
5.0cm的cip/atx/cs/pva纳米纤维膜表面未进行静电纺丝的一侧表面进行等离子体处理60s，得到超亲水/超疏水janus纳米纤维膜。
82.步骤一中所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：
83.①
、将聚乙烯醇粉末加入到蒸馏水中，在温度为80℃的条件下搅拌，得到pva溶液；所述的pva溶液的质量百分数为5％；
84.②
、将0.28g壳聚糖粉末加入到50g pva溶液中并搅拌，得到cs/pva悬浮液，在cs/pva悬浮液中加入冰醋酸，在超声功率为250w的条件下，超声处理10min，得到cs/pva溶液；所述的冰醋酸与壳聚糖粉末的质量相同；
85.③
、将0.028g虾青素加入到二甲基亚砜中溶解，得到atx溶液；
86.④
、通过超声处理将0.028g环丙沙星溶于蒸馏水中，得到cip溶液；
87.⑤
、在搅拌速度为900r/min的条件下，将atx溶液和cip溶液加入到cs/pva溶液中搅拌60min，最后在超声功率为250w的条件下，超声处理10min，得到cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液。
88.步骤二中所述的pvdf静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：将5g聚偏二氟乙烯粉末加入到混合溶剂中，在温度为70℃及在搅拌速度为900r/min的条件下，搅拌60min，最后在超声功率为250w的条件下，超声处理10min，得到pvdf静电纺丝前驱液；所述的混合溶剂是由质量比为4:1的n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合而成。
89.步骤三中所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液是按以下步骤制备：将1g聚偏二氟乙烯粉末和1g sio2颗粒的混合物加入到混合溶剂中，在温度为70℃及在搅拌速度为900r/min的条件下，搅拌60min，最后在超声功率为250w的条件下，超声处理10min，得到pvdf/sio2静电喷涂前驱液；所述的混合溶剂是由质量比为4:1的n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合而成。
90.所述的sio2颗粒粒径为300nm～3μm。
91.所述的具有多尺度的微-纳米结构具体为纳米尺度的pvdf纤维与多尺度的sio2颗粒构成。
92.所述的载药层的厚度为300μm～400μm；所述的过渡层的厚度为50μm～100μm；所述的pvdf/sio2涂层的厚度为100μm～150μm。
93.本实施例利用大气等离子束表面处理自动扫描系统(美国mti公司gsl1100x-pjf-a)产生的等离子束进行等离子体处理，步骤四中所述的等离子体处理具体为：移动2.5cm
×
5.0cm的cip/atx/cs/pva纳米纤维膜，使得等离子束从表面一侧移动至另一侧，即为一次处理，在处理速度为3～5次/秒的条件下，对cip/atx/cs/pva纳米纤维膜表面处理60s；所述的等离子束直径为0.5cm～0.7cm。
94.所述的处理速度为3～5次/秒具体为：每秒中，等离子束从表面一侧移动至另一侧3～5次，即表面处理了3次～5次；
95.将实施例一制备的超亲水/超疏水janus纳米纤维膜被命名为janus 1，其中“1”表示janus纳米纤维膜中cip、atx、cs和pva的质量比，janus 1表示cip:atx:cs:pva＝1:1:10:90。
96.实施例一制备的janus 1中cip/atx/cs/pva层的纤维直径为207.4
±
75.4nm，超疏水面-pvdf/sio2涂层的接触角为155
±
2.3
°
，超亲水面-cip/atx/cs/pva纳米纤维膜进行等离子体处理的侧面接触角值为0.7
±
0.9
°
。
97.实施例二：本实施例与实施例一不同的是：聚乙烯醇与虾青素的质量比为90:3，聚乙烯醇与环丙沙星的质量比为90:3。其它与实施例一相同。
98.将实施例二制备的超亲水/超疏水janus纳米纤维膜被命名为janus 3，其中“3”表示janus纳米纤维膜中cip、atx、cs和pva的质量比，janus 3表示cip:atx:cs:pva＝3:3:10:90。
99.实施例二制备的janus 3中cip/atx/cs/pva层的纤维直径为217.8
±
98.5nm，超疏水面-pvdf/sio2涂层的接触角值为152.7
±
1.8
°
，超亲水面-cip/atx/cs/pva纳米纤维膜进行等离子体处理的侧面接触角值为1.1
±
0.7
°
。
100.实施例三：本实施例与实施例一不同的是：聚乙烯醇与虾青素的质量比为90:5，聚
乙烯醇与环丙沙星的质量比为90:5。其它与实施例一相同。
101.将实施例三制备的超亲水/超疏水janus纳米纤维膜被命名为janus 5，其中“5”表示janus纳米纤维膜中cip、atx、cs和pva的质量比，janus 5表示cip:atx:cs:pva＝5:5:10:90。
102.实施例三制备的janus 5中cip/atx/cs/pva层的纤维直径为270.4
±
129.0nm，超疏水面-pvdf/sio2涂层的接触角值为154
±
2.7
°
，超亲水面-cip/atx/cs/pva纳米纤维膜进行等离子体处理的侧面接触角值为1.0
±
0.9
°
。
103.对比实验一：本对比实验与实施例一不同的是：未加入虾青素及环丙沙星。其它与实施例一相同。
104.将对比实验一制备的超亲水/超疏水janus纳米纤维膜被命名为janus 0，其中“0”表示janus纳米纤维膜中cip、atx、cs和pva的质量比，janus 0表示cip:atx:cs:pva＝0:0:10:90。
105.对比实验一制备的janus 0中cs/pva层的纤维直径为189.1
±
84.7nm，超疏水面-pvdf/sio2涂层的接触角为153.3
±
3.0
°
，超亲水面-cs/pva纳米纤维膜进行等离子体处理的侧面接触角值为1.5
±
0.7
°
。
106.润湿性分析及吸液性能分析：使用接触角分析仪(oca20，德国数据物理公司)记录液滴在janus纳米纤维膜的超亲水表面的动态过程。将4μl水滴滴在膜表面，并通过分析软件记录液滴的吸收过程。通过数码摄像机记录液滴在janus纳米纤维膜的超疏水表面的静态及动态过程。取纳米纤维膜并称出其质量m1，置于10ml 37℃的pbs缓冲溶液中浸泡30min。用镊子将纳米纤维膜悬挂30s后，此时准确称出其质量m2。纳米纤维膜的总吸收倍率为(m
2-m1)/m1。然后，将已经被润湿的纳米纤维膜以10000rpm的速度离心15min以除去存在于纳米纤维之间的液体，准确称出此时纳米纤维膜的质量m3。纳米纤维间的吸收倍率为(m
2-m3)/m1，纳米纤维内的吸收倍率为(m
3-m1)/m1。
107.图2为实施例三制备的janus 5的润湿性研究，a为载药层经等离子体处理的一侧表面水滴浸润过程，a1为液滴滴落前的图像，a2为液滴被吸收的图像，a3为5s时液滴被完全吸收的图像，b为水滴在pvdf/sio2涂层表面实物图，c为水滴在附着石墨的pvdf/sio2涂层表面的动态滚动行为图，c1为水滴为滴落的图像，c2为30s时水滴在pvdf/sio2涂层表面滴落后的图像。从图a中可以看出，水滴可以从载药层的超亲水表面快速渗入纳米纤维网络中，在5s内液滴被完全吸收。从图b中可以看出，宏观上，水滴可以像球一样站在超疏水表面上。研究了水滴在超疏水表面上的动态滚动行为(图c)，由于滚动角小于15
°
，水滴可以轻松地从超疏水表面滚下，带走附着在其上的污染物(石墨)，这表明了超疏水表面优异的自清洁特性，优良的自清洁特性可以增强抵抗细菌粘附的能力，这十分有利于通过抑制细菌的粘附来延迟生物膜的形成。
108.在吸液性能分析测试中，称取三组实施例三制备的janus 5来测试其吸液倍率，并进行平行实验，测试结果表明janus 5可吸收相当于自身质量5.60倍的液体。
109.微观形貌分析：使用扫描电子显微镜(sem，jsm-7500f，美国fei公司)和原子力显微镜(afm，multimode8，美国布鲁克公司)研究制备的纳米纤维膜的微观形貌。
110.图3为未等离子体处理的载药层表面形貌图，a为标尺20μm，b为图3a中的局部放大。从图中可以观察到光滑均匀的纤维。图4为实施例三制备的janus 5的微观形貌及横截
面的形貌图，a为等离子体处理的载药层表面的sem图，b为pvdf/sio2涂层的sem图，c为janus 5横截面的sem图。从图a可以观察到，经过等离子体处理的纳米纤维膜的表面形貌出现了明显的变形，纤维出现了坍塌弯曲的现象，同时纤维之间出现了熔接的现象。纳米纤维膜亲水性的增强正是由于等离子体处理显著增加了纤维膜表面的粗糙度。从图b可以观察到，纳米尺度的pvdf纳米纤维和多尺度的sio2颗粒结合在一起，形成了具有多尺度的微/纳米结构的表面。图c清楚地显示了多层结构，经等离子体处理的载药层与带有pvdf/sio2涂层的pvdf层紧密结合，其中pvdf层是janus纳米纤维膜的中间过渡层。图c表明成功制备了多层结构的janus纳米纤维膜。
111.为了更清晰地观察等离子体处理对纤维膜表面的影响，进一步通过afm观察纤维膜的表面形貌。图5为未等离子体处理和等离子体处理的载药层afm图像，a为未等离子体处理，b为等离子体处理。从图a可以看出，未处理的纤维膜表面光滑均匀，纤维分布均匀，具有良好的成膜能力。从图b可以看出，等离子体处理显著增加了纤维膜表面的粗糙度。经过等离子体处理的纳米纤维膜的表面形貌出现了明显的变形，纤维出现了弯曲坍塌的现象，同时纤维之间出现了更多的熔接点。这种粗糙的结构为水滴和纤维的接触提供了一个更大的空间，十分有利于亲水性的增加。
112.体外释放测试：在对药物释放研究中，选择药物含量最高的纳米纤维膜作为代表。在ph值为7.2的pbs缓冲液中研究制备的janus 5的cip和atx释放速率。
113.图6为实施例三制备的janus 5在ph值为7.2的pbs缓冲液中的cip和atx释放曲线，1为cip，2为atx。测试结果表明，cip和atx的释放速率在前10h非常快，释放速率分别为72.51
±
1.06％和73.25
±
2.11％，但在10h至96h之间释放速率趋于缓慢。在120h内，cip和atx的最终累积释放率分别为93.65
±
0.91％和90.12
±
0.47％。
114.抑菌活性测试：用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌对制备的janus 1、janus 3、janus 5及janus 0的48h抗菌活性进行评价。抑菌活性由抑菌圈的大小来表示。
115.图7为超亲水/超疏水janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性实物图，a为大肠杆菌，b为金黄色葡萄球菌；图8为超亲水/超疏水janus纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径对比图，a为大肠杆菌，b为金黄色葡萄球菌；实验结果表明，janus 0组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌区直径分别为23.49
±
0.99mm和15.58
±
0.88mm，具有较小的抑菌效果。janus 1组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌区直径分别为52.39
±
0.99mm和43.55
±
0.73mm，janus 1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径远大于janus 0，证明了其突出的抑菌效果。janus 3组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌区直径分别为52.74
±
0.79mm和46.85
±
1.58mm，janus 3对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制带直径远大于janus 0，证明了其突出的抑菌效果。janus 5组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为54.94
±
0.88mm和44.89
±
1.48mm，janus 5对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径远大于janus 0，证明了其突出的抑菌效果。
116.对比实验二：在伤口愈合实验中，以未加任何敷料的实验组为对照组。在组织学分析中，取未经过任何敷料处理的再生组织进行组织学分析,被命名为control。
117.伤口愈合实验：选取健康的小鼠，用电动剃须刀和脱毛膏剃须后，用乙醚麻醉小鼠，用碘伏消毒。然后，用外科剪刀在每只小鼠背部移除中间皮肤，以形成10mm
×
10mm的全层缺损伤口。分别选取janus 1、janus 3、janus 5及janus 0进行伤口愈合实验，先对超亲
水/超疏水janus纳米纤维膜用紫外线照射预消毒15min，随后在每个伤口上覆盖一层15mm
×
15mm的纳米纤维膜(载药层与伤口直接接触)。同时，建立不使用任何伤口敷料的对照组。在愈合期间，每2天更换一次敷料，并在第4、8、10和14天拍摄和测量伤口面积。通过观察伤口的愈合情况来反应伤口敷料对伤口愈合的功效。
118.图9为伤口愈合实验过程实物图；观察实验结果得知，janus 0纳米纤维膜处理的伤口在第4、8、12和16天的伤口闭合率分别为5.89
±
0.68％、21.67
±
1.15％、69.07
±
1.90％和91.53
±
0.45％，对照组的在第4、8、12和16天的伤口闭合率分别为4.23
±
1.37％、16.03
±
1.83％、67.4
±
2.66％和78.30
±
1.79％。和对照组相比，janus 0纳米纤维膜的愈合效果并不十分明显。
119.janus 1纳米纤维膜处理的伤口在第4、8、12和16天的伤口闭合率分别为39.42
±
0.85％、68.55
±
1.00％、77.84
±
0.45％和93.60
±
1.10％，和对照组相比，janus 1纳米纤维膜的愈合效果十分明显，尤其是在第4和第8天的伤口闭合率增加十分明显。
120.janus 3纳米纤维膜处理的伤口在第4、8、12和16天的伤口闭合率分别为25.11
±
0.56％、41.07
±
0.61％、74.86
±
0.55％和91.02
±
0.96％，和对照组相比，janus 3纳米纤维膜的愈合效果十分明显，尤其是在第4和第8天的伤口闭合率增加十分明显。
121.janus 5纳米纤维膜处理的伤口在第4、8、12和16天的伤口闭合率分别为41.39
±
1.24％、68.24
±
0.45％、86.87
±
0.61％和95.21
±
0.77％，和对照组相比，janus 5纳米纤维膜的愈合效果最为明显，尤其是在第4和第8天的伤口闭合率增加十分明显。
122.组织学分析：将取样得到的全层皮肤缺损伤口修复后的再生皮肤进行组织学分析：为了进行组织学分析，使用co2气体对小鼠实施安乐死，并使用其伤口组织进行组织学分析。简单地说，用10％中性缓冲多聚甲醛固定再生伤口组织，并将其包埋在石蜡中。组织切片厚度为40μm，分别用苏木精-伊红(h&e)和马森三色染色。用光学显微镜(bx51,olympus corporation,tokyo,japan)观察染色的组织切片，以未经任何敷料处理的再生组织切片为对照组。
123.图10为第16天伤口切片的h&e染色和masson三色染色图像，a为h&e染色，b为masson三色染色。在40
×
和100
×
视野下观察h&e染色和masson三色染色切片。从图a可以明显看出，对照组和janus 0组的伤口愈合处于肉芽组织成熟阶段，肉芽组织中有大量成熟的毛细血管，对照组和janus 0组没有观察到明显的胶原纤维。然而，janus 1、janus 3和janus 5组的伤口出现了晚期肉芽组织，毛细血管逐渐消失，肉芽组织中出现大量成纤维细胞和胶原纤维。尤其是janus 5组，大量密集的胶原纤维排列有序，几乎平行于皮肤伤口，表明肉芽组织逐渐转变为以胶原纤维为主的血管稀少的瘢痕组织，janus 5组的皮肤愈合状态最好。
124.用马森三色染色法观察胶原沉积，与对照组和janus 0组相比，图b显示janus 1、janus3和janus 5组的胶原沉积程度显著增加，并变得非常密集。胶原沉积的加速是由于制备的搭载cip和atx的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜加速了成纤维细胞增殖，从而促进胶原的形成。
技术特征：1.一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，其特征在于它依次由载药层、过渡层及pvdf/sio2涂层组成；所述的载药层是由环丙沙星、虾青素、壳聚糖及聚乙烯醇通过静电纺丝制备成纤维膜，然后再通过等离子体处理得到超亲水特性；所述的过渡层是由聚偏氟乙烯通过静电纺丝制备而成；所述的pvdf/sio2涂层是通过静电喷涂技术在过渡层表面构建的具有多尺度的微-纳米结构。2.根据权利要求1所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，其特征在于所述的载药层中纤维膜的纤维平均直径为100nm～400nm。3.根据权利要求1所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，其特征在于所述的具有多尺度的微-纳米结构具体为纳米尺度的pvdf纤维与多尺度的sio2颗粒构成。4.根据权利要求1所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜，其特征在于所述的载药层的厚度为300μm～400μm；所述的过渡层的厚度为50μm～100μm；所述的pvdf/sio2涂层的厚度为100μm～150μm。5.如权利要求1所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、将cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为15cm～16cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下静电纺丝，得到cip/atx/cs/pva纳米纤维膜；所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液中聚乙烯醇的质量百分数为4.26％～4.29％，聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为9:(1～1.5)，聚乙烯醇与虾青素的质量比为9:(0.1～0.5)，聚乙烯醇与环丙沙星的质量比为9:(0.1～0.5)；二、将pvdf静电纺丝前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.9mm～1.05mm的条件下，在cip/atx/cs/pva纳米纤维膜一侧表面静电纺丝，得到过渡层；所述的pvdf静电纺丝前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为19％～20％；三、将pvdf/sio2静电喷涂前驱液加入到注射器中，在施加电压为15kv～16kv、针尖端至收集板距离为16cm～17cm、针与水平线夹角为15
°
～20
°
及针内径为0.45mm～0.50mm的条件下，在过渡层上静电喷涂，得到pvdf/sio2涂层；所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中聚偏二氟乙烯的质量百分数为4％～5％；所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液中sio2的质量百分数为4％～5％；四、在等离子体工作气体为n2及等离子体工作压力为7psi～10psi的条件下，对cip/atx/cs/pva纳米纤维膜表面未进行静电纺丝的一侧表面进行等离子体处理，得到可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜。6.根据权利要求5所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：
①
、将聚乙烯醇粉末加入到蒸馏水中，在温度为80℃～85℃的条件下搅拌，得到pva溶
液；
②
、将壳聚糖粉末加入到pva溶液中并搅拌，得到cs/pva悬浮液，在cs/pva悬浮液中加入冰醋酸，超声处理10min～12min，得到cs/pva溶液；所述的冰醋酸与壳聚糖粉末的质量相同；
③
、将虾青素加入到二甲基亚砜中溶解，得到atx溶液；
④
、通过超声处理将环丙沙星溶于蒸馏水中，得到cip溶液；
⑤
、将atx溶液和cip溶液加入到cs/pva溶液中搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到cip/atx/cs/pva静电纺丝前驱液。7.根据权利要求5所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的pvdf静电纺丝前驱液是按以下步骤制备：将聚偏二氟乙烯粉末加入到混合溶剂中，在温度为70℃～75℃的条件下，搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到pvdf静电纺丝前驱液。8.根据权利要求5所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的pvdf/sio2静电喷涂前驱液是按以下步骤制备：聚偏二氟乙烯粉末和sio2颗粒的混合物加入到混合溶剂中，在温度为70℃～75℃的条件下，搅拌60min～65min，最后超声处理10min～12min，得到pvdf/sio2静电喷涂前驱液。9.根据权利要求7或8所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于所述的混合溶剂是由质量比为(3～4):1的n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合而成。10.根据权利要求8所述的一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水janus纳米纤维膜的制备方法，其特征在于所述的sio2颗粒粒径为300nm～3μm。
技术总结一种可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水Janus纳米纤维膜及其制备方法，它属于功能性医用敷料的制备技术领域。本发明解决现有CS/PVA纳米纤维膜固有的亲水性不可避免地导致在敷料与伤口之间的界面上保留过多的生物流体，无法有效抑制伤口处细菌滋生的问题。载药超亲水/超疏水Janus纳米纤维膜，它依次由载药层、过渡层及PVDF/SiO2涂层组成；制备方法：一、CIP/ATX/CS/PVA纳米纤维膜制备；二、过渡层制备；三、PVDF/SiO2涂层制备；四、等离子体处理。本发明可应用于医用伤口敷料的载药超亲水/超疏水Janus纳米纤维膜及其制备。水/超疏水Janus纳米纤维膜及其制备。水/超疏水Janus纳米纤维膜及其制备。
技术研发人员：姜再兴 张大伟 张威 石浩磊 王雨佳
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/11/1
