[发明专利]一种丝素蛋白/海藻酸盐水凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水凝胶材料及其制备方法，具体涉及一种丝素蛋白/海藻酸盐水凝胶材料及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一类集吸水、保水、控释于一体的高分子功能材料，其性质类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，可改善材料的生物学性能。由于其独特的吸水、保水和仿生特性，水凝胶材料可作为药物缓释剂、组织工程支架材料等应用于生物医药领域。

水凝胶包括天然水凝胶和合成水凝胶，天然水凝胶材料主要是胶原蛋白（纤维蛋白、糖蛋白等）、透明质酸、海藻酸、壳聚糖等；合成水凝胶材料主要是聚乙烯醇、聚乳酸等。

丝素蛋白是一种纯天然高分子材料，同胶原蛋白一样具有良好的体内、体外生物相容性(参见: Gregory H Altman, et al, Biomaterials, 2003, 401-416)，适合用作生物材料。丝素蛋白水凝胶可由丝素蛋白溶液制得，丝素蛋白水溶液在室温或37℃下静置会逐渐转向凝胶化，但凝胶时间较长，通常室温状态下在1个月左右或37℃下1周左右。当丝素蛋白溶液的pH值为3-4时，丝素蛋白溶液2天就可凝胶化(参见: Charu Vepari, David L. Kaplan. Prog. Polym. Sci.  2007, 991-1007）。同时，提高溶液的浓度、温度等参数也会加速丝素蛋白溶液的凝胶化过程(参见: Ung-Jin Kim, et al. Biomacromolecules, 2004, 786-792)。中国专利CN101502670B公开了一种采用超声波的方法制备丝素蛋白凝胶材料，采用超声波震荡处理的方法，不添加化学交联剂，在短时间内将丝素蛋白水溶液形成为水凝胶。但是，以上各种方法制备的丝素蛋白凝胶质脆、柔韧性差，降低了其实用价值。

为了克服纯丝素蛋白凝胶机械性能差的缺点，国内外大量科研工作者采用高聚物材料制备丝素蛋白/高聚物材料复合水凝胶(参见: Joydip Kundu, et al. Acta Biomaterialia, 2012, 1720-1729; Eun Seok Gil, et al. Langmuir, 2010, 15614-15624)，但高聚物的加入会影响丝素蛋白水凝胶的降解速度和生物相容性。

另外，组织工程材料的设计应最大限度仿生人体细胞外基质(ECM)的结构和功能的特点，才能有效地解决材料的生物相容性等问题。人体内细胞外基质主要由蛋白质和糖氨聚糖交联而成的纳米纤维凝胶网络。海藻酸盐是目前研究较为广泛的天然多糖，主要应用于食品加工、医药领域（药物缓释载体、细胞培养）等。海藻酸盐具有良好的生物相容性，一旦形成凝胶，便具有较好的机械性能。因此，将丝素蛋白和海藻酸盐共混制备的丝素蛋白复合水凝胶有望筛选出从结构、组成和功能上仿生细胞外基质的理想的组织工程支架；将丝素蛋白和海藻酸盐共混制备的复合水凝胶的方法至今尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种丝素蛋白/海藻酸盐水凝胶材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种丝素蛋白/海藻酸盐水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)蚕丝蛋白溶液的制备：蚕丝经脱胶、溶解、透析、过滤，制备成丝素蛋白溶液；

(b)海藻酸盐溶液的制备：将水溶性海藻酸盐配制成浓度为0.01%～50%的水溶液；

(c)混合步骤(a)制备的丝素蛋白溶液与步骤(b)制备的海藻酸盐溶液，搅拌均匀，并调节混合溶液pH值为1～11，然后在一定温度下，静置反应，生成胶状物；所述丝素蛋白和海藻酸盐的质量比为99:1～1:99；

(d)将上述胶状物冷冻干燥，制得丝素蛋白/海藻酸盐水凝胶材料。

上述技术方案中，所述步骤(a)中的蚕丝选自桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝、樟蚕丝、木薯蚕丝、柳蚕丝中的一种；溶解蚕丝的溶剂没有限制，可以为溴化锂溶液（9.3M），溴化锂/乙醇（40:60，质量比），溴化锂/乙醇/水（44:45:11，质量比）或者氯化钙/乙醇/水（1:2:8，摩尔比）。

上述技术方案中，所述步骤(a)中丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为0.01%～80%。

上述技术方案中，所述步骤(b)中海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、海藻酸钙和海藻酸铵中的一种。

上述技术方案中，所述步骤(c)中调节混合溶液pH值的试剂为盐酸或者氢氧化钠；静置反应温度为5～60℃；静置反应时间为1min～5h。