一种皮肤烧伤修复材料及其制备方法技术领域
本发明属于生物医学领域，具体涉及一种皮肤烧伤修复材料及其制备方法。
背景技术
皮肤是人体最大的器官，在调节体温、在微生物防御及保持水分等方面具有关键
性的作用。正常的健康皮肤是一个结构复杂且新陈代谢活跃的人体器官，皮肤由表皮层、真
皮层和皮下组织三个部分构成。在日常生活中，烧伤是造成皮肤缺损与异常的常见因素，给
患者带来了生活上的不便及巨大的心理压力。皮肤的烧伤修复是一个复杂的生物学过程，
传统上将烧伤修复分为三个阶段，即炎症反应期、组织形成期和基质重建期；这三个阶段在
时间上相互重叠。愈合过程不仅与患者本身的体质有关，而且以烧伤创面特性为基础，在不
同的修复阶段给予有针对性的修复是关键，如在炎症反应期需要抗菌消炎药物避免或控制
伤口感染，组织形成期和基质重建期需要促修复药物来提高创面愈合效率。随着医学水平
的不断发展以及人们对敷料要求的不断提高，传统的修复材料已不能满足临床要求。
人工皮肤修复材料作为一种烧伤皮肤修复材料和替代品，在自体皮有限以及供体
紧缺的情况下，可以使皮肤大面积受损的烧伤患者得到修复治疗并使之恢复相关的生理功
能。理想的皮肤修复材料具有减轻创面疼痛感、吸收渗出液、良好的透气性、减少疤痕与收
缩、抗菌防感染和促愈合等功能。静电纺丝是一种可连续制备超细纤维及纤维膜的技术，其
原理和制备过程是通过静电场的驱动使带电纺丝溶液克服溶液表面张力并不断地被拉伸
并随着溶剂挥发，最终在收集装置上固化形成超细纤维及纤维膜。与传统无纺布、脱脂棉类
的敷料相比，静电纺丝制备的纤维（膜）具有纤维长径比大、比表面积高，孔径可调控和通透
性好等特点；另外静电纺纤维的组成成分具有可纺选择性宽的优点，可以是单一高分子、高
分子混合物、高分子/无机混合物；此外，静电纺丝法还具有装置简单、易于扩大生产、能耗
低的优点。因此，通过对筛选纺丝原料、调控静电纺参数来获得不同直径、形貌及拓扑结构
的纤维及纤维膜；可根据皮肤烧伤治疗的临床需求制备具有不同特性和功能的皮肤修复材
料。
本发明选用良好生物相容性高分子材料及功能性负载物，根据皮肤烧伤修复不同
阶段的特性，利用同轴静电纺丝制备具有核壳结构超细纤维，并分别在核壳内加入功能性
负载物，随后调控该纤维材料上表层微纳结构，可有效抵御外部微生物入侵以及细菌的滋
生。静电纺丝设备工艺简单、重复性好、可进行大规模量产。
发明内容
为了改善现有人工皮肤修复材料在减轻创面疼痛感、吸收渗出液、良好透气性、减
少疤痕与收缩、抗菌防感染和促愈合等方面的功能，本发明提供了一种皮肤烧伤修复材料
及其制备方法，在静电纺丝制备纤维的过程中加入负载物，使所制备的电纺同轴纤维具有
一定的功能性，并对材料表面微纳结构调控优化其应用效果。
本发明是分别将功能性负载物置于纺丝溶液中共混均匀，通过同轴静电纺丝工艺
制备的，并通过调控材料上表层微纳结构进而影响微生物及细菌的粘附效果。
本发明通过以下技术方案实现。
一种皮肤烧伤修复材料的制备方法，包括如下步骤：
1）纺丝溶液的配制：将高分子材料与负载物溶于有机溶剂中，充分搅拌溶解，得到两种
含有负载物的纺丝溶液；
2）静电纺丝制备纤维材料：将步骤1）中得到的纺丝溶液分别装入带有喷丝针头的同轴
注射装置中，进行同轴静电纺丝，喷丝针头连接在静电正高压之上，由注射泵控制纺丝溶液
的流速，并采用收丝装置收集纤维，待溶剂挥发干燥即得含有负载药物的同轴纤维；
3）纺丝溶液的配制：将高分子材料溶于有机溶剂中，充分搅拌溶解，得到纺丝溶液；
4）纤维膜上表层微纳结构的制备：将步骤3）中得到的纺丝溶液装入带有喷丝针头的注
射装置中，采用步骤2）中得到的同轴纤维的上表层为接收装置，进行静电纺丝，在同轴纤维
表面构建微纳结构，得一种皮肤烧伤修复材料。
优选的，步骤1）所述纺丝溶液中，可以是单组分高分子也可以是多组分高分子。
优选的，所述高分子材料为天然高分子材料及其衍生物和合成高分子中的一种以
上；所述负载物为药物、蛋白和生长因子中的一种以上。
进一步优选的，所述天然高分子材料及其衍生物为壳聚糖、胶原、纤维素、明胶、丝
素蛋白和透明脂酸中的一种以上；所述合成高分子为聚己内酯、聚丙交酯、聚乳酸、聚乙交
酯、聚β-羟丁酯、聚羟基乙酸、聚酸酐、聚乙二醇、聚磷酸酯、角叉胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯
乙烯、聚乙烯醇、聚膦腈类和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚中的一种以上。
进一步优选的，所述药物为地塞米松、尼莫地平、三七总皂苷、冷宁康、德莫林、慷
舒灵、利多卡因、莫匹罗星、盐酸四环素、聚六亚甲基胍、盐酸莫西沙星、纳米银、溶菌酶、万
古霉素、黄连素、抗菌多肽、小叶藤黄粗提物、鸸鹋油、沙漠柚木提取物和姜黄素中的一种以
上；所述生长因子为表皮生长因子（EGF）、血管内皮生长因子（VEGF）、成纤细胞生长因子
（FGF）、金因肽、血小板来源增殖因子（PDGF）以及生长激素释放抑制因子（SRIH）中的一种以
上；所述蛋白为纤维蛋白、球蛋白、角蛋白和血红蛋白中的一种以上。
优选的，所述有机溶剂为氯仿（CHCl3）、四氢呋喃（THF）、六氟异丙醇（HFIP）、丙酮
（Acetone）、醋酸甲酯（methyl acetate）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲基异丁酮（MIBK）、N,
N-二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基亚砜（DMSO）、二氯甲烷（DCM）、甲基氰（Acetonitrile）和乙
醇（Ethanol）中的一种以上。
优选的，步骤1）所述纺丝溶液中高分子的浓度为1～35 wt%；所述纺丝溶液中高分
子材料/负载物的质量比为1000：（1～100）；所述搅拌的转速为100～800 r/min，搅拌的时
间为2～48 h。
优选的，步骤2）所述喷丝针头为同轴针头，该同轴针头由若干根同心针头组成或
由一个针头内包裹若干根非同心针头组成。
优选的，步骤2）与步骤4）中静电纺丝的静电正高压为8～40 kV；出丝与收丝装置
间距为10～60 cm ，更优选为10～35 cm；注射速率为0.5～10 mL/h，同轴纺丝注射速率可
以相同也可以不同；所述静电纺丝的环境温度为10～55℃，相对湿度为10%～90%。
优选的，步骤2）所述收丝装置为平板收丝装置、滚筒收丝装置或点电极诱导收丝
装置；所述平板收丝装置由一块接地或与负高压相连的平板构成；所述滚筒收丝装置由接
地或与负高压相连的滚筒与电机组成，滚筒的转速为50～3500 r/min；当滚筒收丝时，每纺
一层将收集得到的纤维旋转0～90°并重新贴附于滚筒表面继续纺丝，最终可形成多层及多
方向取向的三维结构；所述点电极诱导收丝装置为在平板或滚筒收丝装置后2～6 cm放置
一个接地或与负高压相连的金属材质点电极，所述的负高压为-30～-1 kV。
由以上所述的制备方法制得的一种皮肤烧伤修复材料，该修复材料可以是负载物
与高分子共混纤维或是具有核壳结构的同轴纤维。所述核壳结构纤维中两种不同种类负载
物可以分别在对应的核壳层或核层和壳层中都含有。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与技术效果：
1、本发明所采用的基体材料具有良好的生物相容性，避免了传统的医用纱布在换药时
对创伤区域产生的二次伤害，并可有效抵御外部因素引起的再次感染。
2、本发明采用静电纺丝法制备皮肤烧伤修复材料，设备工艺简单、重复性好、可进
行大规模量产。
附图说明
图1 a为实施例1制备的皮肤烧伤修复材料上表层的扫描电镜图像；
图1 b为实施例1制备的皮肤烧伤修复材料内表面的扫描电镜图像；
图2 a为实施例2制备的同轴纤维的扫描显微镜图像；
图2 b为实施例2制备的同轴纤维的透射电子显微镜图像；
图3 a为实施例3制备的皮肤烧伤修复材料内表面的接触角测试图；
图3 b为实施例3制备的皮肤烧伤修复材料上表层的接触角测试图；
图4为实施例4制备的同轴纤维中所含负载物的释放曲线图；
图5 a为实施例5制备的单取向的皮肤烧伤修复材料的扫描电镜图像；
图5 b为实施例5制备的多取向的皮肤烧伤修复材料的扫描电镜图像；
图6为实施例5、实施例7和实施例8的修复材料与皮肤成纤维细胞共培养的CCK8细胞毒
性测试结果对比图。
具体实施方法
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限
于此。
实施例1
将聚乳酸和聚乙烯吡咯烷酮（质量比为7:1）共混加入到DCM和THF混合溶剂中（质量比
DCM /THF = 2:1）配制成质量分数为10 %的共混溶液，并加入纳米银（质量比为高分子/纳
米银 = 200:1，所述高分子包括聚乳酸和聚乙烯吡咯烷酮），400 r/min转速下机械搅拌6
h，混合均匀形成混合纺丝溶液一；将明胶和地塞米松（质量比为300:1）加入到HFIP（六氟异
丙醇）中配制成质量分数为9 %的共混溶液，300 r/min转速下机械搅拌24 h，混合均匀形成
混合纺丝溶液二。采用同轴静电纺丝装置，以纺丝溶液一为壳层、纺丝溶液二为核层进行同
轴静电纺丝，相对湿度为99 %、环境温度为55℃，纺丝正电压为20 kV，采用平板收丝装置，
另外在收丝板后2 cm处设置一个接地针头（点电极），出丝针头与收丝板之间的距离为15
cm，两种混合纺丝溶液进样流速都是6 mL/h，待溶剂挥发后得同轴纤维备用。将氢化苯乙
烯-丁二烯嵌段共聚物加入到DMF中配制质量分数为1 %的混合溶液，200 r/min转速下机械
搅拌18 h，混合均匀形成混合纺丝溶液三并进行静电纺丝，相对湿度为50 %、环境温度为25
℃，纺丝正电压为40 kV，采用所收集到的同轴纤维接地为收丝装置，针头与收丝板之间的
距离为30 cm，进样流速为1 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料，通过扫描
电子显微镜对其上表层（如图1 a）和内表面（如图1 b）微观形貌进行观察，两者相比可发现
上表层经过调控有明显的微纳结构存在，通过与大肠杆菌共培养，具有微纳结构的纤维可
抑制细菌的粘附与生长。
实施例2
将聚乳酸和盐酸三七总皂苷（质量比为10:1）一并加入到DMF中配制成质量分数为35%
的共混溶液，100 r/min转速下机械搅拌48 h，混合均匀形成混合纺丝溶液一。将聚己内酯
和聚乙二醇（质量比为5:1）共混加入到THF中配制成质量分数为10 % 的共混溶液，并加入
成纤细胞生长因子（FGF）（质量比为高分子/FGF=1000:1，所述高分子包括聚乳酸、聚己内酯
和聚乙二醇），800 r/min转速下机械搅拌2 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二。采用同轴静
电纺丝装置，以纺丝混合溶液一为壳层、纺丝混合溶液二为核层进行同轴静电纺丝，相对湿
度为15%、环境温度为15℃，纺丝正电压为40 kV，采用平板收丝装置，在收丝装置后2 cm处
放一接地点电极，针头与收丝板之间的距离为20 cm，纺丝混合溶液一进样流速1 mL/h，纺
丝混合溶液二进样流速0.5 mL/h，待溶剂挥发后得同轴纤维备用。将聚乙交酯加入到THF中
配制质量分数为3 %的混合溶液，220 r/min转速下机械搅拌12 h，混合均匀形成混合纺丝
溶液三并进行静电纺丝，相对湿度为15%、环境温度为15℃，纺丝正电压为40 kV，采用所收
集到的同轴纤维为收丝装置，在收丝装置后6 cm处放一接地点电极，针头与收丝装置之间
的距离为20 cm，进样流速为5 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料。分别通
过扫描电子显微镜和透射电镜对其未经调控表面微观形貌进行观察，如图2a、图2b，可以明
显看到核壳结构；通过核层负载的FGF可达到缓释效果，在伤口修复的过程中持续给药，可
有效促进伤口的愈合。
实施例3
将胶原和壳聚糖（质量比4:1）共混加入到六氟异丙醇中配制成质量分数为11 % 的共
混溶液，并加入小叶藤黄粗提物（质量比为高分子/小叶藤黄粗提物= 400:1，所述高分子包
括胶原和壳聚糖），350 r/min转速下机械搅拌48 h，混合均匀形成混合纺丝溶液一；将聚乙
二醇加入到DMAC（N,N-二甲基乙酰胺）和CHCl3混合溶剂中（质量比DMAC / CHCl3 = 1:4）中
配制成质量分数为8 %的共混溶液，300 r/min转速下机械搅拌18 h，混合均匀形成混合纺
丝溶液二。采用同轴静电纺丝装置，以纺丝溶液一为壳层、纺丝溶液二为核层进行同轴静电
纺丝，相对湿度为80 %、环境温度为35℃，纺丝电压为20 kV，采用平板收丝装置，在收丝装
置后3 cm处放一接地点电极，针头与收丝板之间的距离为12 cm，两种溶液进样流速都是2
mL/h；待溶剂挥发后得同轴纤维备用。将氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物加入到DMF中配制
质量分数为2 %的混合溶液，200 r/min转速下机械搅拌18 h，混合均匀形成混合纺丝溶液
三并进行静电纺丝，相对湿度为65 %、环境温度为22.5 ℃，纺丝正电压为35 kV，采用所收
集到的同轴纤维接收丝装置，在收丝装置后3 cm处放置接-30 kV点电极，针头与收丝板之
间的距离为60 cm，进样流速为1.5 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料。通
过微纳结构的构建可有效调控该材料的亲疏水性，采用接触角测试其内表面（如图3 a）和
上表层（如图3 b）亲水性；表面微纳结构的纤维具有很强的疏水性，该性能可有效限制细菌
以及微生物的粘附。
实施例4
将聚丙交酯加入到DMAC中配制成质量分数为15 % 的共混溶液，并加入万古霉素（质量
比为聚丙交酯/万古霉素= 200:1），400 r/min转速下机械搅拌15 h，混合均匀形成混合纺
丝溶液一；将聚乙烯醇和金因肽（质量比为350:1）加入到DMSO溶剂中配制成质量分数为13
%的共混溶液，600 r/min转速下机械搅拌10 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二。采用同轴静
电纺丝装置，以混合纺丝溶液一为壳层、混合纺丝溶液二为核层进行同轴静电纺丝，相对湿
度为75 %、环境温度为30℃，纺丝电压为20 kV，采用平板收丝装置，在收丝装置后3 cm处放
置接-1 kV点电极，针头与收丝板之间的距离为15 cm，两种混合纺丝溶液进样流速都是5
mL/h；待溶剂挥发后得同轴纤维备用。将聚苯乙烯加入到DMF中配制质量分数为3 %的混合
溶液，500 r/min转速下机械搅拌8 h，混合均匀形成混合纺丝溶液三并进行静电纺丝，相对
湿度为45 %、环境温度为20℃，纺丝正电压为10 kV，采用所收集到的同轴纤维为收丝装置，
在收丝装置后3 cm处放置接-15 kV点电极，针头与收丝板之间的距离为8 cm，进样流速为4
mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料。通过药物释放测试可明显观察到药物
负载壳层和核层具有不同的释放速率（如图4所示），由此可见负载于壳层的药物具有突释
效果可在伤口愈合初期的炎症反应期给予相应的药物辅助抗菌消炎，核层药物具有缓释效
果，在伤口愈合后期的基质重建期提供持续性的药物供给，促进伤口的修复。
实施例5
将聚己内酯和聚乙二醇（质量比为10:1）共混加入到CHCl3中配制成质量分数为15 %
的共混溶液，并加入聚六亚甲基胍（质量比为高分子/聚六亚甲基胍= 200:1，所述高分子包
括聚己内酯和聚乙二醇），350 r/min转速下机械搅拌8 h，混合均匀形成混合纺丝溶液一，
将聚乳酸和聚六亚甲基胍（质量比为200:1）加入到DCM中配制成质量分数为10 %的共混溶
液，200 r/min转速下机械搅拌18 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二。采用同轴静电纺丝装
置，以混合纺丝溶液一为壳层、混合纺丝溶液二为核层进行同轴静电纺丝，相对湿度为60
%、环境温度为30℃，纺丝正电压为25 kV，采用滚筒接地收丝装置（滚筒转速为3500 r/
min），针头与收丝板之间的距离为20 cm，两种溶液进样流速都是2 mL/h；每隔0.5 h后将所
收集的同轴纤维从滚筒取下并顺时针旋转90 o重新贴附于滚筒上继续纺丝，如此反复可得
到单取向和多取向纤维。将聚乙烯醇加入到THF中配制质量分数为3 %的混合溶液，150 r/
min转速下机械搅拌12 h，混合均匀形成混合纺丝溶液三并进行静电纺丝，相对湿度为40
%、环境温度为30℃，纺丝正电压为20 kV，采用所收集到的取向纤维接地为收丝装置，针头
与收丝板之间的距离为15 cm，进样流速是1 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复
材料。通过扫描电子显微镜可观察到纤维的取向微观结构（图5 a为单取向，图5 b为多取
向），将制备的修复材料浸泡于培养基中制备浸提液并细胞培养，发现其具有良好的生物相
容性（图6）。
实施例6
将胶原和抗菌多肽（质量比100:1）加入到HFIP中配制成质量分数为10 %的共混溶液，
300 r/min转速下机械搅拌16 h，混合均匀形成混合纺丝溶液一。将聚丙交酯和聚乙烯吡咯
烷酮（质量比为7:3）共混加入到THF中配制成质量分数为12 % 的共混溶液，并加入姜黄素
（质量比为高分子/姜黄素= 150:1，所述高分子包括聚丙交酯和聚乙烯吡咯烷酮），250 r/
min转速下机械搅拌12 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二，采用同轴静电纺丝装置，以混合
纺丝溶液一为壳层、混合纺丝溶液二为核层进行同轴静电纺丝，相对湿度55 %、环境温度为
28℃，纺丝正电压为20 kV，采用滚筒接地收丝装置（滚筒转速为50 r/min），针头与收丝板
之间的距离为15 cm，两种溶液进样流速都是1 mL/h；每隔1 h后将所收集的同轴纤维从滚
筒取下并顺时针旋转0o重新贴附于滚筒上继续纺丝，如此反复可得到单取向致密纤维备
用。将聚乳酸加入到DCM中配制质量分数为5 %的混合溶液，相同条件下机械搅拌，混合均匀
形成混合纺丝溶液三并进行静电纺丝，相对湿度为和环境温度同同轴纺丝条件，纺丝正电
压为15 kV，采用所收集到的同轴纤维接地为收丝装置，针头与收丝板之间的距离为15 cm，
进样流速是2 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料。分别将本实施例所得负
载抗菌多肽的修复材料、表面微纳结构调控的纤维和无负载药物的普通纤维与金黄色葡萄
球菌一起培养后观察，可发现其负载抗菌多肽的纤维具有明显的抗菌效果，具有微纳结构
的纤维抑菌效果显著，而普通纤维不具有抑菌抗菌效果。
实施例7
将聚乙交酯加入到CHCl3中配制成质量分数为10 % 的溶液，并加入聚六亚甲基胍（质
量比为聚乙交酯/聚六亚甲基胍= 100:1），300 r/min转速下机械搅拌10 h，混合均匀形成
混合纺丝溶液一，将聚乙二醇和聚六亚甲基胍（质量比为100:1）加入到THF中配制成质量分
数为9 %的共混溶液，200 r/min转速下机械搅拌12 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二。采用
同轴静电纺丝装置，以混合纺丝溶液一为壳层、混合纺丝溶液二为核层进行同轴静电纺丝，
相对湿度为65 %、环境温度为35℃，纺丝正电压为20 kV，采用滚筒接-1 kV负压收丝装置
（滚筒转速为1750 r/min），针头与收丝板之间的距离为15 cm，两种溶液进样流速都是3
mL/h；每隔0.3 h后将所收集的同轴纤维从滚筒取下并顺时针旋转45 o重新贴附于滚筒上
继续纺丝，如此反复可得到单取向和多取向纤维。将聚乳酸加入到DMF中配制质量分数为1
%的混合溶液，100 r/min转速下机械搅拌12 h，混合均匀形成混合纺丝溶液三并进行静电
纺丝，相对湿度为65 %、环境温度为30℃，纺丝正电压为20 kV，采用所收集到的取向纤维
接-30 kV为收丝装置，针头与收丝板之间的距离为25 cm，进样流速是1 mL/h，得到具有微
纳结构表面的皮肤烧伤修复材料，将制备的修复材料浸泡于培养基中制备浸提液并细胞培
养，如图6，发现其具有良好的生物相容性。
实施例8
将壳聚糖和万古霉素（质量比150:1）加入到HFIP中配制成质量分数为18 %的共混溶
液，400 r/min转速下机械搅拌48 h，混合均匀形成混合纺丝溶液一。将聚丙交酯和聚乙二
醇（质量比为6:4）共混加入到THF中配制成质量分数为10% 的共混溶液，并加入FGF（质量比
为高分子/ FGF= 300:1，所述高分子包括聚丙交酯和聚乙二醇），200 r/min转速下机械搅
拌6 h，混合均匀形成混合纺丝溶液二，采用同轴静电纺丝装置，以混合纺丝溶液一为壳层、
混合纺丝溶液二为核层进行同轴静电纺丝，相对湿度55 %、环境温度为30℃，纺丝正电压为
30 kV，平板接 -15 kV负高压为收集装置，针头与收丝板之间的距离为35 cm，混合纺丝溶
液一进样流速是5 mL/h，混合纺丝溶液一进样流速是3 mL/h。将聚己内酯加入到THF中配制
质量分数为6 %的混合溶液，与混合纺丝溶液一相同条件下机械搅拌，混合均匀形成混合纺
丝溶液三，并进行静电纺丝，相对湿度为和环境温度与同轴纺丝条件相同，纺丝正电压为15
kV，采用所收集到的同轴纤维接地为收丝装置，针头与收丝板之间的距离为10 cm，进样流
速是1 mL/h，得到具有微纳结构表面的皮肤烧伤修复材料，将制备的修复材料浸泡于培养
基中制备浸提液并细胞培养，如图6，发现其具有良好的生物相容性。