一种柞蚕丝素蛋白膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种天然高分子医用生物材料技术，公开了一种柞蚕丝素蛋白膜及其制备方法。在柞蚕丝素溶液中加入无毒的二元醇类作为交联剂，将其注入模具中，干燥后形成柞蚕丝素蛋白膜。按重量计，它含有柞蚕丝素蛋白质40～90%；该膜在37℃的水中24小时的蛋白溶失率小于3％，拉伸断裂强度大于20Mpa，拉伸断裂伸长率大于20%。由于制备过程中不需要另外添加化学交联剂或者使用化学变性剂，不会引起柞蚕丝素蛋白生物相容性的降低，保持了柞蚕丝素蛋白良好的生物相容性。这种难溶于的柞蚕丝素蛋白膜可用于人造角膜、硬脑膜、食道、心脏瓣膜、血管和创面覆盖材料，以及作为暂时性覆盖、组织隔离、药物控制释放材料等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然高分子医用生物材料技术，特别涉及一种柞蚕丝素蛋白膜及其制备方法，所制备的材料可应用于人造角膜、硬脑膜、食道、心脏瓣膜、血管和创面覆盖材料等。

技术背景

柞蚕是野蚕中的一种，以柞叶为食。柞蚕丝是以柞蚕茧为原料缫制而成的天然蚕丝纤维。我国年产柞蚕茧3～4万吨，占世界柞蚕茧总产量的90%以上，这是世界稀有、我国特有的宝贵资源，但目前柞蚕丝主要用作普通的纺织原料，所体现出的经济价值十分有限。柞蚕丝素的蛋白质组成中以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主，具有良好的生物相容性，其本身及其降解产物对细胞和机体无毒，不会或较少引起炎症和免疫排斥反应，其蛋白质分子中含有的RGD三肽序列。RGD序列作为细胞膜整合素受体与细胞外配体相结合的识别位点，介导细胞与细胞外基质及细胞之间的相互作用，能够促进支架对细胞的戮附，使得细胞在柞蚕丝素膜上的附着率和增殖率远优于桑蚕丝素膜上的附着率和增殖率，因此柞蚕丝素蛋白材料可视为新型用于人体的理想生物和医学材料。

柞蚕丝是一种纤维状的材料，将柞蚕丝素蛋白制成膜状材料，一般是先将柞蚕丝脱胶后制备成柞蚕丝素蛋白水溶液，再采用不同的方法制备丝素蛋白膜。中国发明专利（CN101445546）“野蚕丝素蛋白溶液的制备及其浓缩方法” 公开了一种柞蚕丝素蛋白溶液的制备及其浓缩方法。中国发明专利(CN100551449 )“柞蚕丝素蛋白生物医用材料及其制备方法”，采用静电纺丝方法，得到柞蚕丝素蛋白纤维构成的三维无纺网状结构。目前，对柞蚕丝素膜的化学处理试剂主要有甲醇、乙醇, 但是经过甲醇或者乙醇处理后的柞蚕丝素膜硬而脆，力学性能较差。为了改善这些性能，有文献报道了采用聚乙二醇缩水甘油醚作为交联剂对柞蚕丝素膜进行化学交联的技术方案，该方法能够显著提高膜的抗水性和韧性（[J]中国有色金属学报, 2004, 14(6), 414-419），但其使用的交联剂为环氧化合物，其残留在丝素膜中，将影响所制备材料的生物相容性。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种柔韧性及生物相容性好，且难溶于水的柞蚕丝素蛋白膜及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种柞蚕丝素蛋白膜，按重量计，它含有柞蚕丝素蛋白质40～90%，其余为二元醇；它在37℃的水中24小时的蛋白溶失率小于3％，拉伸断裂强度大于20Mpa，拉伸断裂伸长率大于20%。

一种制备上述柞蚕丝素蛋白膜的方法，柞蚕丝经脱胶、溶解、透析、浓缩后得到质量浓度为1～30%的柞蚕丝素蛋白溶液，再进行如下步骤的加工：

（1）在柞蚕丝素蛋白溶液中加入质量比为10～60%的二元醇，制成混合溶液；

（2）将上述混合溶液置于模具中成膜，干燥后得到一种柞蚕丝素蛋白膜。

本发明所述的二元醇为乙二醇、1,3-丙二醇、2,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、一缩二乙二醇和二缩三乙二醇中的一种，或它们的任意组合。

柞蚕丝素的结构与家蚕不同，其丝素蛋白溶液易沉淀，成膜困难，采用现有技术所制成的膜材料，其柔软性差，且在水中易溶解，无法满足医用生物材料的技术要求。本发明依据的原理是：二元醇的结构中含有两个羟基，加入到柞蚕丝素蛋白溶液中后，能与柞蚕丝素蛋白分子间形成氢键交联，从而达到降低丝素蛋白的热水溶失率的效果；同时，二元醇还起到了增塑剂的作用，使形成的柞蚕丝素蛋白膜保持一定的柔韧性。

与现有技术相比，本发明采用了无毒性的二元醇为交联剂，不需要另外添加化学交联剂或者使用化学变性剂，因此，得到的柞蚕丝素蛋白膜不仅难溶于水，柔软性好，还具有良好的生物相容性，适合于细胞生长，并能在一段时间内完全生物降解，最终降解产物为无毒性的氨基酸，适合于用作生物医用材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一

本实施例提供的难溶于水的柞蚕丝素蛋白膜制备步骤如下：

1、将0.1公斤柞蚕生丝放入3升质量浓度为0.15％的碳酸钠水溶液中，于98～100℃处理2小时，使生丝脱胶，充分洗涤后得到纯丝素（即柞蚕丝素蛋白）。将晾干后的纯丝素，用1升浓度为15摩尔/升的硫氰酸锂溶液，在60±5℃下加热溶解得到柞蚕丝素蛋白混合溶液。

2、用纤维素膜为透析材料，将所得的柞蚕丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除硫氰酸锂等杂质，得到质量浓度为10%的柞蚕丝素蛋白溶液。

3、在上述柞蚕丝素蛋白溶液中加入乙二醇，按质量比，乙二醇的加入量为溶液中柞蚕丝素蛋白含固量的40%。

4、将上述柞蚕丝素蛋白溶液注入模具中成膜，在60℃的温度条件下鼓风吹干。

5、将上述干燥后的丝素/乙二醇共混膜放入相对湿度60%的环境中处理10小时，得到难溶于水的透明丝素蛋白膜。

按本实施例技术方案制备的柞蚕丝素蛋白膜的主要性能指标参见表一。

表一

实施例二

将0.5公斤柞蚕生丝放入25升质量浓度为0.5％的中性皂溶液中，于98～100℃处理2小时脱胶，充分洗涤后得到纯丝素（即柞蚕丝素蛋白）。将晾干后的纯丝素，用2升16摩尔/升的硫氰酸锂水溶液，在60±2℃搅拌溶解成柞蚕丝素蛋白混合溶液。

用纤维素膜为透析材料，将所得的柞蚕丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除硫氰酸锂等杂质，得到质量浓度为20%的柞蚕丝素蛋白溶液。

在纯柞蚕丝素蛋白溶液中加入1,3-丙二醇，1,3-丙二醇的加入量（按质量比）为柞蚕丝素蛋白溶液中含固量的45%。

将丝素蛋白溶液注入模具中制成膜状，在室温下鼓风吹干。

将上述干燥后的丝素/丙二醇共混膜放入相对湿度50%的环境中处理20小时，得到难溶于水的柞蚕丝素蛋白膜。

按本实施例技术方案制备的柞蚕丝素蛋白膜的主要性能指标参见表二。

表二

实施例三

将200克柞蚕生丝放入8升质量浓度为0.05％的碳酸钠水溶液中，加入质量浓度为0.01%的十二烷基硫酸钠，于98～100℃处理0.5小时脱胶，重复处理3次，充分洗涤后得到纯丝素。将晾干后的纯丝素用1升14摩尔/升的硫氰酸锂水溶液，在65±5℃下加热溶解得到柞蚕丝素蛋白混合溶液。

用纤维素膜为透析材料，将所得的柞蚕丝素蛋白混合溶液用去离子水透析3天，得到质量浓度为16%的柞蚕丝素蛋白溶液。

在纯柞蚕丝素蛋白溶液中加入1,2-丁二醇，1,-2丁二醇的加入量（按质量比）为柞蚕丝素蛋白溶液中含固量的50%。

将丝素蛋白溶液注入模具中成膜，在80℃的温度下下鼓风吹干。

将上述干燥后的丝素/丁二醇共混膜放入相对湿度70%的环境中处理30小时，得到难溶于水的柞蚕丝素蛋白膜。

按本实施例技术方案制备的柞蚕丝素蛋白膜的主要性能指标参见表三。

表三

由表一、表二和表三的结果可以看出，本发明所提供的柞蚕丝素蛋白膜难溶于水，其拉伸性能好，拉伸断裂强度大于20Mpa，拉伸断裂伸长率大于20%。尤其是湿态的强伸度，因此，其具有良好的柔软性，可用作于人造角膜、硬脑膜、食道、心脏瓣膜、血管和创面覆盖材料，以及作为暂时性覆盖、组织隔离和药物控制释放材料等。