[发明专利]一种蚕丝丝素蛋白质凝胶的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种蚕丝丝素蛋白质凝胶的快速制备方法，具体的说，是一种较高力学性能和环保安全凝胶材料的制备方法，它可作为药物释放载体、组织工程支架、组织修复等应用于生物医用领域。

背景技术

凝胶是介于固体与液体之间的一种空间网络结构，具有柔软、能保持一定的形状、能保持大量水分的独特性质。由于聚合物分子链间的物理交联和化学交联等作用，凝胶不会溶解于水，但是能溶胀且保持一定的形状。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，可以改善材料的生物学性能。由于其独特的保水和仿生特性，凝胶材料可作为药物缓释剂、组织工程支架材料、组织修复材料等应用于生物医药领域。

组织工程材料的设计应最大限度仿生人体细胞外基质的结构和功能的特点，才能有效的解决材料的生物相容性和生物降解性等问题。细胞外基质的主要组成成分是蛋白质和多糖，它们分别发挥着各自的生理作用，从而共同调节细胞的分化、增殖、迁移、形状、成活和凋亡，共同维持组织的正常结构和功能。

丝素蛋白是一种特殊的蛋白质，具有优良的物理机械性能、降解性能，用作生物材料时对机体无毒性、致敏性和刺激作用，降解产物不会引起炎症反应，与人体组织有优良的生物相容性，被认为是一种可在生物医用材料领域广泛被开发利用的优良天然高分子材料。再生丝素溶液是以一种亚稳定状态形式存在的，也就是说即使是在不存在任何外部作用的条件下，丝素溶液也会随着时间的推移出现由溶液向凝胶转变现象。丝素蛋白水凝胶材料不但具有稳定的形状，同时还具有保持凝胶内的溶剂水、凝胶中溶质可扩散和透过、无毒无刺激等特性性，是一种性能优良的生物材料。但是在不借助任何外界作用的条件下，丝素溶液向凝胶的转变需要的时间很长且得到的凝胶力学性能很差，大大限制了丝素蛋白凝胶材料作在生物医药领域的应用。当丝素溶液的pH值接近于丝素蛋白的等电点(pH＝3.9)时，丝素蛋白容易发生凝胶化作用，但也需要8天左右的时间才能完成凝胶化的整个过程，同样存在丝素蛋白凝胶柔韧性差，易脆等问题。此外，作为组织工程支架，丝素水凝胶虽然细胞亲和性较好，但其结构与性能可调范围窄且力学性能很难满足不同条件下的医学要求。

目前已有有多种方法可以有效的处理丝素凝胶物理机械强力差的问题，且主要是通过化学交联来改善这一类问题。这些方法虽然可以有效的解决丝素凝胶强力差的问题，但是有机溶剂的引入不可避免的使得其生物相容性、可生物降解性等性能受到影响，尤其是丝素蛋白凝胶在生物医药领域的应用带来极大的阻力。因此，迫切的需要一种能够快速制备具较好的力学性能的丝素凝胶的方法；与此同时，要求所制备的丝素材料依然具有良好的生物相容性、良好的保水性、可生物降解且降解速度缓慢等性能使其能够广泛的应用于生物医药领域。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于采用一种新的快速制备丝素电凝胶的方法，制备并提供一种兼具良好生物相容性、力学性能及良好的保水性的组织修复工程材料。

为了实现上述目的，其技术解决方案包括如下步骤：

(1)生蚕丝经过脱胶、溶解、透析、浓缩，制成浓度为1-10wt％的丝素蛋白水溶液；

(2)在步骤(1)制备好的丝素溶液中加入pH调节试剂，搅拌，制备pH值为1～5的丝素溶液；

(3)将经过步骤(2)处理的丝素溶液置于弱电场条件下进行电解；

(4)在上述条件下，50-10分钟制得蚕丝丝素蛋白质凝胶。

优选的，所说的丝素蛋白质为桑蚕和野蚕蛋白质中的一种或几种。

优选的，所说的丝素蛋白质溶液浓度为1wt％～10wt％。

优选的，所说的pH调节试剂为磷酸、盐酸、硫酸、硝酸、甲酸中的一种或几种。

优选的，所说的丝素溶液的pH值为1-5。

优选的，所说电场强度条件为直流稳压电源。

优选的，所说直流稳压电源为12-36V。

本发明具有以下明显优点：

(1)本发明与传统化学交联制备的复合凝胶相比，无任何有机化学试剂加入，所制备的凝胶在具备同等物理机械性能的前提下，其具有更好的生物相容性、可生物降解性，使得其在生物医学领域的应用更加具有潜力；

(2)本发明与单纯丝素蛋白水凝胶相比，电解过程中所发生的丝素蛋白分子间的作用，使得凝胶形成时间非常短暂，这一特特性使得其在外科手术如堵塞、封闭、止血等方面的应用具有极大的前景；

(3)丝素蛋白电凝胶较其它复合凝胶具有炎症反应小，生物相容性好等特点，显著提高了材料的安全性；