絲素蛋白海綿狀三維多孔材料制備方法技術

本發(fā)明專利技術為一種絲素蛋白海綿狀三維多孔材料的制備方法。具體是利用變性劑誘導絲蛋白構象轉變后在低溫下進一步發(fā)生冷凍相分離，形成結構均勻且形狀可以任意調控的三維多孔海綿材料?？梢酝ㄟ^調節(jié)絲蛋白濃度、變性劑添加量、變性劑種類、冷凍時間、冷凍溫度、海綿體后處理等參數控制多孔材料的孔隙率、孔徑尺寸、機械力學性能等。制備過程中無需加入任何交聯劑、致孔劑、表面活性劑以及強毒性有機溶劑，制備工藝簡單易行。用本方法制備的海綿狀三維多孔材料質地均勻、孔隙率高、韌性好、具有良好的可塑性、復脹性和穩(wěn)定性，壓縮形變＞９０％，孔隙率可達到９８％，彈性回復率可達１００％，吸水率最高可達到５０００％。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高分子化學、組織工程、基因工程、生物化學、蛋白質、醫(yī)藥學、生物
，具體涉及一種用天然生物大分子—絲素蛋白制備三維多孔材料的方法。
技術介紹
蠶絲是一種天然蛋白質纖維，由18種氨基酸組成。中國是絲綢之鄉(xiāng)，蠶絲在中國的應用已有幾千年的歷史。蠶絲由于其獨特的珍珠光澤、良好的透氣性、質地柔軟等性能而廣泛用作服飾材料。由天然蠶絲或廢蠶絲脫膠得到的絲素蛋白對人體無毒、抗原性微弱，和人體具有良好的生物相容性，它在生物醫(yī)學領域的研究和應用已日益引起國內外研究人員的興趣和重視。近幾十年來，隨著人們對蠶絲研究的深入，對其應用早已不僅僅局限于傳統(tǒng)的紡織領域，還應用于醫(yī)藥、生物技術、日用化工、食品等方面。絲素蛋白是一種對人體安全的綠色材料。利用絲素蛋白制備的絲素材料具有良好的生物相容性、無抗原性、易降解等特點，已廣泛應用于醫(yī)藥、保健品、生物技術、精細化工等諸多領域。目前多用作醫(yī)用手術縫合線、藥物緩釋材料、酶固定化材料、隱形眼鏡、細胞培養(yǎng)基、醫(yī)用材料、智能水凝膠等。本專利技術人曾用絲素蛋白制備靈敏度很高的酶電極和納米微球。“組織工程，，是一門新興的學科，其最終的目的是將功能細胞與可降解三維支架材料(人工細胞外基質)在體外聯合培養(yǎng)，構建成為有生命的組織或器官，然后植入體內，替代病損的組織，恢復其形態(tài)結構和功能；或構建一個有生命的體外裝置，用于暫時替代病損器官的一部分或全部功能；或將某些生物活性物質如生物活性因子、干細胞等植入體內，引導或誘導自身組織再生，達到修復組織結構、恢復器官、器官功能的目的。理想的組織工程支架材料通常應具備以下特點(1)良好的生物相容性，其本身或降解產物對種子細胞和機體無毒性，不會引起炎癥和免疫排斥反應；(2)適度的生物降解速率，且該降解速率需和組織再生的速率相匹配，最后可完全吸收或安全地排出體外；(3)良好的結構相容性，具有一定的力學強度和可塑性，能保持穩(wěn)定的三維立體結構，海綿狀或纖維網狀三維支架應具有互相連通的孔結構與高的孔隙率，孔徑大小適當，可以為種子細胞的均勻分布和生長提供足夠的空間，同時也有利于營養(yǎng)物質和代謝產物的擴散。(4)良好的表面相容性，材料表面應有利于種子細胞的粘附與生長。從臨床應用的角度出發(fā)，組織工程的細胞支架不僅應在細胞培養(yǎng)過程中能保持一定的形狀、不會在操作中破碎，而且還應能耐受滅菌消毒處理；需具有一定的柔韌性，使之既能同機體組織縫合并貼合，又不會對機體組織造成機械損傷。因此，理想的細胞支架應具有一定的生物降解速度、良好的生物相容性和細胞親和性、有一定的力學性能、能滅菌消毒、具有特定三維多孔結構，且包含可以控制釋放生長因子的超分子集合體。用于組織工程支架的材料通常是可降解的，因為支架往往只起暫時作用，最終還是希望它能降解并被人體排泄掉。許多天然和人工合成高分子材料以及無機陶瓷材料，都可被用來制備組織工程支架。膠原和透明質酸、甲殼素、殼聚糖、糖胺聚糖、絲素蛋白等屬于天然生物降解材料，它們的細胞相容性好，異體免疫性反應較弱，由它們得到的支架材料顯示出一定的優(yōu)越性。與天然材料相比，合成可降解高分子材料來源穩(wěn)定，結構和性能可根據不同組織需要人為地修飾和調控，可適用于較多的制備技術。其中最受重視的合成生物降解材料已被美國食品與藥物管理局(FDA)批準使用。較常見的有聚己內酯(polyε-caprolactone，PCL)和聚乙交酯(polyglycolide，PGA)、聚丙交酯(polylactide，PLA)及共聚物聚丙交乙交酯。這些材料的突出優(yōu)點是具有相對良好的生物相容性及可調節(jié)的物化性能，可以通過簡單的水解而降解，產物經人體新陳代謝排出體外。但從更高的生物安全性角度來講，天然高分子材料避免了合成高分子制備過程中可能存在的引發(fā)劑、強毒性有機溶劑殘留以及是否能完全降解的問題。因此尋求開發(fā)一種天然的而又來源穩(wěn)定，結構和性能可根據不同組織需要人為地修飾和調控的高分子材料就顯得尤為重要。絲素蛋白由于其本身的特性，可作為一種潛在的兼有天然和合成高分子材料特性的生物材料。本專利技術人曾系統(tǒng)的研究了在溫和條件下制備絲素蛋白納米微球的工藝過程，研究結果顯示如果工藝條件選擇得當絲素蛋白就有很強的可塑性能，可以按應用目的制備不同的應用器件。傳統(tǒng)的海綿狀多孔材料都是用添加致孔劑、發(fā)泡法、低溫反復冷凍等方法。日本的Rina Nazarov等曾研究了三種制備再生絲素蛋白三維多孔材料的方法，分別用凍干法、發(fā)泡法、鹽瀝濾法制備多孔材料。但在制備工藝、材料的均一性、柔韌性、孔隙率、吸水率等方面仍有不足。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種全新的高性能絲素蛋白三維多孔材料的制備方法，使得工藝簡單，制得到材料性能優(yōu)異，易于按特定需求澆注成型。本專利技術提出的高性能絲素蛋白三維多孔材料的制備方法，是一種全新的方法，具體是以天然的或再生絲素蛋白為原料，配成水溶液，用醇類有機溶劑(如正丁醇等)作變性劑誘導蛋白質變性，然后澆注到特定容器，經冷凍-解凍得到乳白色的海綿狀多孔材料；再用后處理溶劑浸泡、洗滌，調節(jié)海綿體的強度以及除去海綿體中殘留的有機溶劑，再經真空干燥或冷凍干燥即得到絲素蛋白海綿狀三維多孔材料。上述方法中，所用的絲蛋白為天然蠶繭或工業(yè)廢蠶絲經脫膠，中性鹽溶解后用去離子水或PEG等水溶性高分子透析制備，重量濃度為0.1～40％。上述方法中，添加的變性劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇、丁醇、異丁醇、叔丁醇、丙酮、四氫呋喃、吡啶之一種或幾種。加入的體積為絲素蛋白溶液體積的0.1-20倍。上述方法中，所用的后處理劑為醇類溶劑(如甲醇、乙醇)、去離子水之一種或幾種。上述方法的操作步驟如下將廢蠶絲用0.1～3.0％的NaHCO3或NaCO3溶液，或0.1～1.0mol/L的硼酸-硼砂緩沖溶液，在90～100℃的溫度下處理20～90分鐘，然后用去離子水漂洗干凈；按需要重復1～5次以完全脫除絲膠；65℃下干燥24h；接著將脫膠干燥后的絲蛋白用某種中性鹽(如7～10mol/L的BrLi溶液)或CaCl2-H2O-C2H5OH三元體系恒溫25～90℃攪拌下溶解，溶液灌入膜通量為10,000～1,4000的纖維素透析袋中，用去離子水透析三天，制備的絲蛋白可調配濃度為0.1～40.0％的溶液。取5mL絲蛋白溶液，在25℃低速攪拌下滴加0.1～20mL變性劑，放入變溫冰箱冷凍12～120h，冷凍溫度為-80-0℃。取出結冰的絲蛋白溶液室溫下解凍之后即得到白色海綿狀材料，再用乙醇等醇類有機溶劑和去離子水浸泡、洗滌以調節(jié)海綿體的強度同時除去海綿體中殘留的有機溶劑，再經真空干燥或冷凍干燥即得到絲素蛋白海綿狀三維多孔材料。上述方法制備的絲素蛋白海綿狀三維多孔材料具有很好的柔韌性和機械力學性能，孔隙率高、澆鑄性能好、復脹性好。實物和掃描電子顯微鏡如附圖1、2所示。本專利技術可以通過調節(jié)絲蛋白濃度、變性劑添加量、變性劑種類、冷凍時間、冷凍溫度、海綿體后處理時間等參數控制海綿體的孔隙率、孔徑尺寸、機械力學性強度等。用本方法制備的絲素蛋白海綿狀多孔材料穩(wěn)定性好、孔徑均一；柔韌性、彈性好，可任意折疊彎曲而不出現斷裂，壓縮形變＞90％，孔隙率可達到98％，彈性回復率可達100％，吸水率最高可達到5000％；復脹性能好，干態(tài)海綿放入水中五分鐘本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種絲素蛋白三維多孔材料的制備方法，其特征在于以天然的或再生絲素蛋白為原料，配成水溶液，用醇類有機溶劑作變性劑誘導蛋白質變性，然后澆注到特定容器中，經冷凍－解凍得到乳白色的海綿狀多孔材料；再用后處理溶劑浸泡、洗滌，調節(jié)海綿體的強度以及除去海綿體中殘留的有機溶劑，再經真空干燥或冷凍干燥即得到絲素蛋白海綿狀三維多孔材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：邵正中，曹正兵，陳新，周平，姚晉榮，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發(fā)明
國別省市：31[中國|上海]