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静电纺丝制备纳米纤维面膜及其应用

美容护理    2021-09-18 16:24

由超细纤维和连续纤维组成的纳米纤维,由于其高孔隙率,可变的孔径分布,高的体积比和可完美贴合面部的能力,最近在再生医学工程和化妆品行业引起了关注。 纳米纤维是一种由超细连续纤维组成的纤维,由于其高孔隙率、可变孔径分布、高表面与体积比以及能够完美贴合面部用于美容工程等特点,近年来在再生医学工程和美容工业中受到广泛关注。静电纺丝利用电场将聚合物溶液转化为连续的聚合物纤维,可用于制造模仿商业面膜结构的纤维膜。产生的纤维直径从微米到几纳米不等,具有非织造结构,可以更多地附着在脸上的皮肤上。

 

聚乙烯醇(PVA)是由聚乙烯醇醋酸酯用羟基取代乙酸基团而制备的一种可降解的水溶性合成聚合物。PVA是一种生物相容性高、亲水性好、无毒、生物稳定性好的聚合物,具有优异的成膜性、乳化性、粘性和柔性机械性能。明胶是从动物的皮肤、骨骼和结缔组织中提取的胶原蛋白部分水解而得到的肽和蛋白质的混合物。明胶是一种可生物降解的天然高分子材料,在生物医用材料上进行交联改性后可作为生物胶、创面敷料或药物载体。磷酸抗坏血酸镁和氨甲环酸是美白成分,可以降低酪蛋白酶的活性,抑制黑色素的产生,达到美白效果。

 

在这项研究中,研究者研究了电纺纳米纤维面膜,然后将其与美白成分混合以测试实际美容脸部的美白效果的可能效果。将PVA/明胶/磷酸抗坏血酸镁/氨甲环酸溶液混合,可用静电纺丝机纺出600〜800nm的纤维面膜。分析纤维面膜的组成、机械强度、溶胀率和营养素释放率。最后,通过人体试验评估纳米纤维面膜的效果。这项研究提供了一种优质的纳米纤维面膜,有望在未来取代现有的市售面膜。相关研究成果以“Nanofiber Mask Fabrication by Electrospun and Its

Application”为题目发表于期刊《Journal of Physics: Conference Series》上。

 

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图1.市售面膜(a,c)和纳米纤维面膜(b,d)的SEM显微照片以及纳米纤维面膜的直径分布(e)

 

电纺丝过程可以改变收集板的类型、收集板的转速、进料流速、溶液的类型、溶液的浓度、电压、工作距离、注射针的大小等变量,可以产生不同的纤维类型。 这些过程改变了传统固有的二维平面形式,并保留或改善了纳米纤维本身的优点,例如小直径、高孔隙率和网状结构、并增加了纳米纤维形式的多样性。优化的静电纺丝条件:电压为20 kV,流速为1.2 mL/h,工作距离为25 cm。纤维面膜的平均直径将在600至850 nm之间。

 

通过视觉检查和SEM拍摄分别对PVA /明胶/营养素纳米纤维面膜与商用面膜进行了初步比较。可以发现,纳米纤维面膜的外观与商用面膜没有太大区别,只是纳米纤维面膜较厚,如图1所示。比较两者之间的纤维直径分布,即平均直径。 纳米纤维面膜的波长在600至850 nm之间(图1e),商业面膜的直径在15至30μm之间(图1a)。因此,当附着在皮肤上时,由于纳米纤维面膜具有较大的比表面积,因此每单位时间释放营养物质的速度更快,因此与无纺布载体相比具有明显的优势。

 

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图2.不同成分的纳米纤维面膜的溶胀率和水分含量

 

通过静电纺丝将纳米纤维面膜摩擦,其中包含水溶性PVA和明胶两种亲水性聚合物,因此该纳米纤维面膜具有927%的良好溶胀率和90%的高水分含量,如图2所示。尽管溶胀度的性能略逊于1196%的商用面膜,但其水分含量可以达到90%以上。

 

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图3.PVA/明胶/营养素纳米纤维面膜的FTIR(a),以及具有不同明胶含量的10%PVA的应力-应变曲线(b)

 

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图4.抗坏血酸磷酸镁(左)和氨甲环酸(右)在PBS中的释放速率

 

图4显示,在10至15分钟内,抗坏血酸磷酸镁和氨甲环酸的释放曲线在达到稳定之前突然释放,这与Xiao和Huang提出的零级药物释放系统一致。这种现象导致营养素随机分布在纳米纤维上,因此营养素将迅速释放到PBS中,并发生爆发释放。

 

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图5.受试者使用纳米纤维面膜后的客观感觉

 

全面分析了使用纳米纤维面膜前后的实际比较以及受试者的主观感受。对所有受试者的面部皮肤进行客观分析。结果如图5所示。随着使用次数的增加,皮肤状况得到了显着改善。由于纳米纤维面膜的比表面积大,因此保湿程度与普通的商用面膜没有什么不同,并且高度的可使用性使其更容易将营养成分释放到皮肤表面。连续使用后,脸上容易出油、皮肤松弛、毛孔扩张和黑色素沉积的现象都会得到改善。

 

营养成分不含任何防腐剂和刺激性添加剂,使用过程中不会出现红肿、瘙痒和过敏现象。测试结束后,所有参与者都认为纳米纤维面膜在美白、保湿、整合性方面表现优异。

 

论文链接:https://doi.org/10.1088/1742-6596/1637/1/012102