一种结晶度可控的不溶性丝素膜及其制备方法

摘要

本发明提供一种结晶度可控的不溶性丝素膜，其特征在于：结晶度为20%-80%，拉伸强度为5-30MPa，断裂伸长率为10%-40%。本发明提供一种结晶度可控的不溶性丝素膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）再生丝素溶液的制备；（2）丝素膜的制备；浓度为3%-40%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.01-0.5mL/(d*mm

说明书

技术领域

本发明涉及一种丝素膜及其制备方法，特别是涉及一种结晶度可控的不溶性丝素膜及其制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

蚕丝由于具有良好的生物相容性以及优异的力学强度，广泛的用于生物材料的研发，如人工皮肤、人工角膜、人工血管、人工食道、药物缓释载体等。将蚕丝加工成丝素溶液的过程涉及到脱胶、溶解、透析等。由于在溶解的过程中，丝素蛋白分子链发生断裂，采用再生丝素蛋白溶液加工制备成的丝或者膜，其力学强度都很难达到原蚕丝的力学强度。因此，尽管研究证实再生丝素产品具有好的生物相容性，但其力学强度不足导致了其在很多领域中的应用失败。研究者们已经从力学性能的角度对丝素膜进行了各种各样的改性研究，包括甲醇处理、水蒸气处理、添加其他物质或者拉伸处理等，这些方法各有优缺点。现有技术中公开了一种再生丝素蛋白膜及其制备方法，将浇铸成的丝素膜经变性处理后，利用水或其他极性溶剂作为增塑剂进行拉伸并保持拉伸状态干燥得到高韧性高强度的丝素膜。尽管所得到的膜强度提高不少，但膜强度仅体现在沿拉伸方向较好，而且此过程不仅涉及到变性处理还涉及到进一步拉伸，步骤较复杂，制造成本较高。现有技术中还公开了一种不溶性丝素蛋白膜的制备方法，需要添加少量的纳米粒子，如TiO2，但目前纳米粒子在体内长期的毒性还处于未确定的状态。现有技术中还公开了一种难溶于水的透明丝素蛋白膜及其制备方法，是将多元醇作为交联剂与丝素溶液混合后注入模具中，在一定的湿度下形成不溶于水的丝素膜。由于制备过程中也掺杂了多元醇等有机溶剂，也会影响到丝素膜的生物相容性。

蚕吐丝过程中，头部不断摆动，在常温下吐出水不溶性的丝素蛋白，这说明在低温下丝素蛋白也能完成结晶转变。丝素蛋白的结晶度很大程度影响了其性能，丝素溶液再生通常是采用浓的盐溶液，氯化钙/水/乙醇的三元溶液或者溴化锂溶液等。由于氯化钙/水/乙醇的三元溶液成本较低，而且对丝素的溶解性好，因此更广泛的用于丝素溶液的再生。丝素溶液的溶解过程可以理解为丝素分子链中二硫键的断裂，采用不同的溶剂会影响到分子链断裂程度，进而影响到丝素溶液性质以及最终所得到的丝素产品。目前不溶性的丝素膜的制备中大多集中于将得到的再生丝素溶液在成膜过程中进行掺杂改性或者后处理方式进行改性，基于环保和生物相容性的角度，采用仿生的方法制备出性能好的丝素膜将更具应用前景，其社会效益也更突出。蚕吐丝过程中，一直处于运动状态，适度的剪切力可能有利于丝素蛋白的结晶。Jiang CY等采用旋涂的方法制备了超薄的不溶性的丝素膜。但所制备的膜厚度较薄，仅为100-1000nm，在很多生物材料的应用中都受到限制，如人工血管，角膜，皮肤等。

发明内容                                                                                                                          

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种结晶度可控的不溶性丝素膜，其特征在于，结晶度为20%–80%，拉伸强度为5–30MPa，断裂伸长率为10%–40%。

本发明提供了一种结晶度可控的不溶性丝素膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）再生丝素溶液的制备：脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1：8：3–1：10：1的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为40–80℃下搅拌浓缩得到浓度为3%–40%的丝素溶液；

（2）丝素膜的制备：浓度为3%–40%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.01–0.5mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度范围为25–55℃的恒温振荡装置中，振荡速率为50–500rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。

本发明的优点在于：首先，在蚕丝的溶解过程中，采用氯化钙/水/乙醇的三元溶液，成本低廉，通过控制三种物质的摩尔比，得到性质不同的丝素溶液；其次，在丝素膜的制备过程中，不采用常规的静置成膜，而将丝素溶液放置在恒温震荡器中，此方法也区别于通过旋涂的方法成膜，因为旋涂制膜得到的膜厚较低（100-1000nm），而本方法可以通过控制溶液的量控制所得到的膜的厚度，厚度范围可以为0.001-1mm，此厚度范围的膜将更适于生物材料领域的应用；第三，不溶性丝素膜的制备中仅通过在一定温度和挥发速率下震荡成膜，没有添加其他物质或者对膜进行后处理，避免了其他物质对材料生物相容性的影响，也使不溶性丝素膜的制备过程更为简便，更易实现放大生产。

具体实施方式

实施例1：

1.脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:9.6:1.5的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为50℃下搅拌浓缩得到浓度为4%的丝素溶液；

2.浓度为4%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.1mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为37℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为100rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为40%，拉伸强度为10MPa，断裂伸长率为35%。 

实施例2： 

1．脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:8:2的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为60℃下搅拌浓缩得到浓度为15%的丝素溶液；

2．浓度为15%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.1mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为55℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为50rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为62%，拉伸强度为25MPa，断裂伸长率为15%。

实施例3：

1．脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:10:2的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为60℃下搅拌浓缩得到浓度为10%的丝素溶液；

2．浓度为10%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.3mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为45℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为100rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为58%，拉伸强度为21MPa，断裂伸长率为40%。

实施例4： 

1．脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:9.6:1.5的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为50℃下搅拌浓缩得到浓度为10%的丝素溶液；

2．浓度为10%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.2mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为37℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为200rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为50%，拉伸强度为15MPa，断裂伸长率为20%。

实施例5： 

1．脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:8.5:1.5的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为70℃下搅拌浓缩得到浓度为15%的丝素溶液；

2．浓度为15%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.1mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为45℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为100rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为70%，拉伸强度为18MPa，断裂伸长率为12%。

实施例6： 

1．脱胶后的蚕丝清洗干净烘干后，溶解在摩尔比为1:8:2的氯化钙/水/乙醇的三元溶液中，经透析抽滤除杂后得到再生丝素溶液，再生丝素溶液在温度为50℃C下搅拌浓缩得到浓度为6%的丝素溶液；

2．浓度为6%的丝素溶液，控制溶液的挥发速率为0.01mL/(d*mm²)，将丝素溶液注入到聚苯乙烯的塑料盒中，在4℃冰箱中静置脱泡后，放入温度为25℃的恒温振荡培养摇床中，振荡速率为500rpm，待溶液干燥后得到不溶性的丝素膜。其结晶度为50%，拉伸强度为16MPa，断裂伸长率为38%。