本发明属于生物医用材料，特别涉及一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针及其制备方法。
背景技术：
1、人体皮肤结构复杂、涉及多个模块组织。当遭受创伤时，会产生不同形态、不同程度的创伤位置，而创伤程度决定后续伤口愈合的类型、时间及瘢痕。常见创伤如烧伤、烫伤、内源性疾病引起的伤口如糖尿病足等，若未及时治疗或无效治疗将会引起巨大、难以控制脏器关联性损伤。众多创伤中，关节处皮肤等软组织损伤治愈尤其困难，这主要是因为日常活动会对伤口或新生皮肤周期性拉扯，造成持续性伤口不愈、反复感染以及瘢痕挛缩等。严重时会造成患者关节功能障碍、限制肢体正常活动等。现今，临床上将不同生物医药材料用于创伤修复、促进创伤部位快速血管化、抑制炎症和瘢痕，修复损伤的皮肤组织。现有的功能性伤口敷料虽然能够为创面提供保护作用、抑菌、促血管再生、抗炎抗氧化等，但功能单一、效果有限，难以实现损伤皮肤组织功能性再生。通过自体皮肤组织移植，可以恢复部分受损部位皮肤的功能和外观，但取皮和植皮部位极易形成瘢痕。临床上所使用的皮瓣植入相关手术流程复杂、耗时、易发生感染，取材时存在剧烈疼痛感。治疗使用的这种植皮器械对人体损害较大，最终修复效果并不理想，形成瘢痕的可能性并未减少。此外，由于要求最大限度少损伤自体皮肤组织，因此在取材治疗过程中所使用金属取皮器械尺寸较小，易于断残在皮肤组织内部，无法自行降解、具有异物感，为患者带来更大痛苦。
2、针对关节处创伤久治不愈、极易拉扯从而加重病情、部分患者因为疼痛不愿意手术治疗以及瘢痕挛缩等，仅靠现有敷料技术或皮瓣移植技术都难以带来明显功能性修复效果。微针作为一种新型的药物递送-修复治疗一体化的新型器械，可被设计成不同结构，且形状、柔顺性、尺寸可调节，使用范围广、实现药物缓释、能大大减少患者皮肤的疼痛感。基于微针的创伤修复逐渐被开发。吕金盈等制备一种含有积雪草苷的白芨多糖及壳聚糖复合双层可溶微针，不仅能满足伤口愈合要求，达到无瘢痕效果，同时实现药物的缓释。孙凌云等开发一种负载黑磷的可分离响应微针，具有氧携带和可控氧输送能力，能够为伤口持续输送氧气以达到治疗效果。gualeni等开发的中空微针装置能以最小侵入性、使用友好性和针对性的方式将功能细胞输送到皮肤，达到伤口修复、瘢痕和烧伤重塑的目的。此外，临床现有取皮治疗创伤组织效果并不理想。操作时只能取走整块皮肤组织，较大创口致使伤口愈合较差、易形成瘢痕、易感染，且无法实现取皮植皮与药物治疗同时进行，错失最佳治疗的时间段。综上所述，临床上急需一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针来实现创伤修复一体化。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提供一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法。
2、本发明的另一目的是提供一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针，通过所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法制得。
3、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
4、本发明提供一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)确定目标微针的尺寸参数，包括整个微针贴片中单个微针的内径、外径、高、内径与外径的夹角，两两相邻微针的间距、底衬厚度、阵列数目、微针贴片整体尺寸和目标取皮面积，根据所述尺寸参数制备微针成型模具；
6、(2)可降解生物材料溶液浇铸在所述微针成型模具中，离心固化，得到复合模具；
7、(3)载有目标药物的纳米球均匀分散于混合有促血管化因子的多孔微球中，形成d@n@pm一体化药物缓控释体系，再将该缓控释体系均匀分散在水凝胶中，得到d@n@pm@gel复合体系；
8、(4)步骤(3)中所述d@n@pm@gel复合体系浇铸在步骤(2)中所得复合模具中，得到模具复合体；
9、(5)可降解生物材料溶液浇铸在步骤(4)中所述模具复合体中，水平离心固化制成覆盖膜，或由所述可降解生物材料的电纺纤维膜作为覆盖膜，得到药物递送一体化可降解微针成型体；
10、(6)步骤(5)所得药物递送一体化可降解微针成型体进行真空冷冻干燥，即得。
11、作为优选，所述可降解生物材料选自聚乙烯醇(pva)、聚乙醇酸(pga)、聚(乳酸-羟基乙酸)(plga)、聚乳酸(plla)、可降解聚氨酯脲(peuu)中的一种或多种。
12、作为优选，步骤(1)中，所述微针尺寸参数的设计方法包括：
13、步骤a：首先确定单个微针的尺寸，微针针端长度控制在2～5mm，微针底部的针端部分形似医用注射器针头，微针内径与外径夹角控制在10～12°，单个微针的外直径控制在1～4mm，内直径控制在0.6～2.4mm，相邻微针外径间隔控制在0.5～2mm；
14、步骤b：根据目标微针贴片取走皮肤的面积，以及单个微针内径所占面积，确定微针贴片中单个微针的数目，最终确定微针的行列数，其中取皮面积÷单个微针内径所占面积＝微针贴片中单个微针的数目；
15、步骤c：设计微针底衬厚度在1.5～2.5mm；
16、步骤d：基于上述步骤a～c，用黄铜制备微针的阳模，用高分子材料聚二甲基硅氧烷制备易脱模的阴模，即得微针成型模具。
17、作为更优选，步骤(1)中，所述微针尺寸参数包括：整体贴面面积不超过25～100cm2，内径为1.5mm，外径为2mm，针端长度为3mm，相邻微针外径间隔1mm，内径与外径夹角为12°，底衬厚度为2mm，阵列为10×10个，整体尺寸为4×4cm，目标取皮面积为1.77cm2。
18、作为优选，步骤(2)中，pga溶液浇铸在步骤(1)中所述微针成型模具中，经离心、固化后，得到微针针端部分；再浇铸pva溶液，经干燥固化后得到微针底衬，最后进行脱模，得到复合模具。其中，pga溶液浇铸在微针成型模具中，通过离心确保溶液完全填满模具，吸走模具表面多余溶液后进行固化，得到微针针端；再将pva溶液浇铸在模具中，经离心、固化后得到微针底衬；最后对微针整体进行脱模，可降解微针由力学性能优异的pga针端以及快速可溶的pva底衬构成。
19、作为优选，步骤(3)中，所述纳米球载有抑制瘢痕因子，粒径为20～50nm；和/或所述多孔微球含有促血管生成药物因子，粒径为20～100nm。
20、作为更优选，步骤(3)中，载有抑制瘢痕因子的纳米球的合成方法为：将抑制瘢痕的药物因子m-tor抑制剂与纳米球混合，得到载有抑制瘢痕因子的纳米球，可通过调节药物因子与纳米球混合时的搅拌转速控制纳米球的粒径，粒径为20～50nm。
21、作为优选，步骤(3)中，所述水凝胶为透明质酸(ha)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)制得ha-gma水凝胶，其浓度控制在3％～5％内。
22、作为更优选，步骤(3)中，所述多孔微球的合成方法为：步骤(3)中载有抑制瘢痕因子的纳米球与促血管化因子没食子酸以及聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)共混在有机试剂中；与水凝胶溶液在8000-10000rpm转速下乳化1min，并将乳化液均匀滴在处于搅拌状态的pva溶液中搅拌8h，所得溶液在45℃下油浴10min除去水凝胶，通过调节搅拌时的转速控制多孔微球粒径为20～100nm。
23、本发明还提供一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针，通过任一所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针制备方法制得。
24、本发明还提供所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针作为或在制备用于无创取皮植皮及药物递送一体化的医疗产品中的应用。
25、作为更优选，所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的使用方法包括：微针的pga针端刺入并取走患者健康皮肤组织，并与n@pm@gel进行充分混合-按压，最后植入患者创伤部位的皮肤组织，被植入的每一块健康皮肤组织通过自体组织系统长出新的皮肤组织，同时随着水凝胶的水解，释放出混合有促血管化因子的多孔微球，随着多孔微球的降解，释放出载有抑制瘢痕因子的纳米球，实现双因子错位-空间时序释放，使自体组织系统与不同功效药物因子错位持续释放同时进行，能够动态调控血管化、胶原纤维沉积，有效促进血管生成、抑制瘢痕增生，从而有效修复烧伤、烫伤、糖尿病足等常见创面损伤，尤其是关节处皮肤组织的损伤，实现无创取皮植皮及药物递送一体化。
26、本发明开发一种特殊结构的可降解微针，通过此微针取走健康皮肤组织，紧接着与负载有目标药物的纳米球@多孔微球@水凝胶复合材料(n@pm@gel)进行充分混合-按压，使复合材料留在微针针端的底部、已取自体皮肤组织下部。随后，将嵌有健康皮肤组织以及载有创伤组织修复的药物活性成分的n@pm@gel微针按压、嵌扣在待修复创伤处，与伤口充分接触，实现无创取皮植皮及药物递送一体化。用于创伤组织修复的药物活性成分均匀的分散在n@pm@gel体系中，载有抑制瘢痕药物的纳米球均匀分散于混合有促血管化因子的微球中，形成d@n@pm一体化药物缓控释体系，再将该缓控释体系均匀分散在水凝胶中，最终得到d@n@pm@gel，实现双因子错位-空间时序释放。
27、其中，微针整体结构是由单个微针通过一定行间距以行列阵形式规则排列，微针阵列上每个针头取走的每一块皮肤组织是小面积的，整体微针贴片取走多个圆形小面积自体皮肤。按压、嵌扣在待修复创伤处，每一块皮肤能够通过取得的自体组织诱导快速长出新生皮肤组织。同时，整个微针体系释放的药物成分能够加速创口生理性修复，特殊结构的微针在体内最终降解成二氧化碳和水排出体外。该可降解微针能够动态调控血管化、胶原纤维沉积，有效促进血管生成、抑制瘢痕增生等，同时凭借体积小的优点能降低患者治疗时的痛苦，大大提高患者治疗依从性，保证治疗效果。
28、另外，本发明设计的微针具有特殊结构，尺寸也能根据需求进行调节，能够实现无创取皮植皮及药物递送一体化，能刺入并取走患者健康皮肤组织的微针针端是力学性能优异的可降解生物材料pga，微针的底衬是能溶解在皮肤表面的可降解生物材料pva，取走的皮肤组织嵌在pga针端，随之与n@pm@gel进行充分混合-按压，在压力作用下，n@pm@gel通过挤压pga针端内的皮肤组织而留在针端底部，作用于创伤处皮肤组织时能够使自体组织系统与药物错位持续释放同时进行。
29、与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
30、1、本发明打破以往传统微针结构，设计的微针能将取走的皮肤组织嵌在微针针端，微针整体结构是由单个微针通过一定行间距以行列阵形式规则排列，单个微针取走的每一块皮肤组织是小面积的，整体微针贴片取走的是一定数目的块状皮肤，从而达到无创效果，且作用于创口上的每一块皮肤能够通过自体组织系统长出新的皮肤。
31、2、本发明中微针贴片的具体尺寸可根据临床所需取皮面积进行调节，具有可调节性。
32、3、本发明中微针的体积较小，能降低患者治疗时的痛苦，大大提高患者治疗的依从性，保证治疗效果。
33、4、本发明中微针的针端部分为可降解生物材料，在体内最终降解成二氧化碳和水排出体外，能够避免金属取皮器械治疗时因金属断残皮肤组织内部而加重患者的痛苦。
34、5、本发明中的n@pm@gel含有用于创伤组织修复的药物活性成分，载有抑制瘢痕因子的纳米球均匀分散于混合有促血管化因子的微球中，形成n@pm一体化药物缓控释体系，再将该缓控释体系均匀分散在水凝胶中，得到n@pm@gel，实现双因子错位-空间时序释放，且纳米球和多孔微球的粒径可调。
35、6、本发明实现无创取皮植皮及药物递送一体化，实现自体组织系统与不同功效药物因子错位持续释放同时进行，能够动态调控血管化、胶原纤维沉积，有效促进血管生成、抑制瘢痕增生等，从而有效修复地烧伤、烫伤、糖尿病足等常见创面损伤，尤其是关节处皮肤组织的损伤，最大程度保证治疗的及时性。
1.一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，所述可降解生物材料选自pva、pga、plga、plla、peuu中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述微针尺寸参数的设计方法包括：
4.根据权利要求3所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述微针尺寸参数包括：整体贴面面积不超过25～100cm2，内径为1.5mm，外径为2mm，针端长度为3mm，相邻微针外径间隔1mm，内径与外径夹角为12°，底衬厚度为2mm，阵列为10×10个，整体尺寸为4×4cm，目标取皮面积为1.77cm2。
5.根据权利要求1所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，pga溶液浇铸在步骤(1)中所述微针成型模具中，经离心、固化后，得到微针针端部分；再浇铸pva溶液，经干燥固化后得到微针底衬，最后进行脱模，得到复合模具。
6.根据权利要求1所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述纳米球载有抑制瘢痕因子，粒径为20～50nm；
7.根据权利要求6所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，载有抑制瘢痕因子的纳米球的合成方法为：将抑制瘢痕的药物因子m-tor抑制剂与纳米球混合，得到载有抑制瘢痕因子的纳米球，可通过调节药物因子与纳米球混合时的搅拌转速控制纳米球的粒径，粒径为20～50nm。
8.根据权利要求6所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述多孔微球的合成方法为：所述载有抑制瘢痕因子的纳米球与促血管化因子没食子酸以及plga共混在有机试剂中；与水凝胶溶液在8000-10000rpm转速下乳化1min，并将乳化液均匀滴在处于搅拌状态的pva溶液中搅拌8h，所得溶液在45℃下油浴10min除去水凝胶，通过调节搅拌时的转速控制多孔微球粒径为20～100nm。
9.一种无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针，其特征在于，通过权利要求1至8任一项所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针制备方法制得。
10.权利要求9所述无创取皮植皮及药物递送一体化可降解微针作为或在制备用于无创取皮植皮及药物递送一体化的医疗产品中的应用。
