CN101028536A - 聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法，将聚乙烯醇良好的力学性能、柔软性、成膜性能与丝胶蛋白质的细胞生长促进作用结合起来，通过反复冷冻－解冻的方法在不使用化学交联剂的情况下制备聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。将分别制备的丝胶溶液和聚乙烯醇溶液按比例混合，搅拌均匀后倒入平底容器中密封，置于低温恒温槽内冷冻后再取出解冻，反复几次冷冻解冻过程后将所得薄片状水凝胶用平板压住烘干，得到微观结构均匀、力学性能良好同时具有生物活性的聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。该凝胶在水中溶胀后可再次得到含水凝胶，可以满足实际应用的需要。

Description

聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法，采用反复冷冻-解冻的方法制备一种具有生物活性的聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜，这种凝胶薄膜是一种性能良好的伤口敷料。本发明属于生物医用复合材料领域。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)水凝胶是亲水性PVA高分子经交联后形成的网状结构的水溶胀体，通过一定的工艺加工成型的PVA水凝胶以其高弹性、化学稳定性、易于成型、对生物体无毒副作用及与人体组织良好的相容性，在生物医学领域获得了诸多用途。PVA水凝胶材料在物理性质方面比其他人工合成的材料更接近活体组织，其对水分子有良好的透过性，并且其良好的柔韧性和高弹性能减少对周围细胞和组织的机械刺激。因此，PVA水凝胶可广泛应用于烧伤或创伤治疗、整形手术和制备缓释药物载体、固相酶载体和人工玻璃体、人工软骨假体等领域。但PVA水凝胶存在着生物相容性不够好，在水中易溶解等缺点，限制了它的进一步应用。
丝胶是被覆在蚕丝表面的一种胶状蛋白质，质量占蚕丝的25％左右，主要由丝氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸等18种氨基酸组成。丝胶蛋白质中所含有的这些成分，对于促进烧伤或创伤伤口处的细胞生长有良好的作用。目前在缫丝行业中，丝胶主要是作为废料经制丝、精练过程溶解于污水中被废弃，不仅浪费了宝贵的天然蛋白质资源，而且对环境造成了破坏。所以，对丝胶蛋白质的利用，既可以发挥其良好的生物学性能，又能变废为宝，减少污染。然而，纯丝胶蛋白质直接制备的薄膜，易溶于水，力学性能很差，无实用价值。为了进行利用，一般是将丝胶与其他高聚物进行共混或交联形成新的材料进行使用。例如，谢瑞娟等人在《丝胶蛋白膜的制备及其物理性能》(东华大学学报，第30卷第6期)一文中提到，用环氧树脂作为交联剂制备了丝胶膜，并测试了其物理性能，结果发现伸长率等力学指标存在不足。
反复冷冻-解冻法是制备高分子水凝胶的一种物理方法。这种方法是将一定浓度的高分子水溶液在低温条件下冷冻一段时间，再在较高温度下解冻，即会形成物理交联的高分子水凝胶。这种水凝胶具有一定的力学强度和良好的弹性，常温下在水中只能被溶胀而不能被溶解。将其反复冷冻-解冻几次后，就可使其一些物理性能和机械性能有很大的改善。用这种方法形成的水凝胶，由于不引入对生物体有毒副作用的化学交联剂，并且形成的水凝胶含水量高，所以是制备应用于生物医学领域的高分子水凝胶材料的好方法。目前尚未有采用反复冷冻-解冻法制备PVA/丝胶共混凝胶的技术公开报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法，制备的薄膜结构均匀、力学性能良好，具有良好的生物活性，能满足实际应用需求。
为实现这一目的，本发明将聚乙烯醇良好的力学性能、柔软性、成膜性能与丝胶蛋白质的细胞生长促进作用结合起来，通过反复冷冻-解冻的方法在不使用化学交联剂的情况下制备聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。将分别制备的丝胶溶液和聚乙烯醇溶液按比例混合，搅拌均匀后倒入平底容器中密封，置于低温恒温槽内冷冻后再取出解冻，反复几次冷冻解冻过程后将所得薄片状水凝胶用平板压住烘干，得到微观结构均匀、力学性能良好同时具有生物活性的聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。该凝胶薄膜在水中溶胀后可再次得到含水凝胶，可以满足实际应用的需要。
本发明所述的聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)将蚕茧剪成0.5～1.5cm2的小片，用去离子水反复冲洗，再用丙酮清洗去除茧片中的蜡质和色素成分，然后将茧片置于去离子水中煮沸，1～1.5小时后滤去茧片，所得到的溶液即为丝胶溶液。
(2)将聚乙烯醇粉末以去离子水为溶剂，在80～90℃的水浴中加热溶解1.5～2.5小时，溶解过程中不断进行搅拌，得到10wt％浓度的聚乙烯醇溶液。
(3)按重量比丝胶∶聚乙烯醇＝4∶1～1∶3，将步骤(1)和步骤(2)制得的丝胶溶液和聚乙烯醇溶液倒入烧杯中混合，在水浴加热条件下搅拌至混合均匀，得到混合溶液静置备用。
(4)将步骤(3)制得的混合溶液倒入平底容器中，密封，浸没于低温恒温槽内的冷冻液中，在-10℃～-40℃温度下冷冻15～25小时，然后取出容器于室温下解冻3～5小时，这个过程称为一次冷冻-解冻过程。反复进行上述冷冻解冻过程2～6次后，从容器中取出薄片状共混水凝胶，用平板上下压住，置于烘箱中，在30～40℃温度下吹风烘干，得到聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明采用了反复冷冻-解冻这一制备高分子水凝胶的物理方法，将丝胶蛋白质引入到PVA成分中，并通过在制备混合溶液阶段充分的搅拌，使两种成分能充分地进行共混。利用冷冻过程中丝胶蛋白质中酰胺结构与PVA中羟基形成的氢键，使得两种分子相互紧密结合并形成微晶区，在解冻后，这些结合紧密地微晶区不再分开。当重新冷冻时，又有某些新的微晶区形成，这些微晶区起到了物理交联点的作用，从而使两种分子最终形成了三维网状交联结构，即微观结构均匀、力学性能良好且生物活性高的水凝胶，烘干后得到PVA/丝胶共混凝胶薄膜。
本发明在制备凝胶过程中，不引入任何其他对生物体有害的化学交联剂；整个过程使用的制备条件和工艺简单易行，所使用的原料无毒，制备的共混凝胶很好的结合了PVA和丝胶二者的优点，是一种性能良好的伤口敷料。与现有的合成高分子及天然高分子水凝胶伤口敷料相比，本发明制得的产品具备了丝胶良好的生物学性能和聚乙烯醇较好的力学性能，应用前景更为广泛。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1
(1)将蚕茧剪成1cm2左右的小片，用去离子水反复冲洗，再用索氏萃取器将茧片浸泡于丙酮中一段时间，再将丙酮抽提出来，以此去除蜡质和色素成分。然后将茧片置于去离子水中煮沸约1h，滤去茧片，所得到的溶液即为丝胶溶液，用重量法算出丝胶溶液的浓度。
(2)将PVA124粉末(DP＝2400，醇解度98％～99％)以去离子水为溶剂，在85℃左右的水浴中加热溶解2h，同时不断进行搅拌，得到浓度10wt％的PVA溶液。
(3)将步骤(1)和步骤(2)制得的丝胶溶液和PVA溶液倒入烧杯中混合，使混合溶液中丝胶与PVA的浓度之比为1∶2。在水浴加热条件下搅拌一段时间直至混合均匀，静置备用。
(4)将步骤(3)制得的混合溶液倒入平底容器中，密封，浸没于低温恒温槽内的冷冻液(95wt％浓度的工业酒精)中冷冻20h，冷冻时温度为-30℃，再取出容器，于室温下解冻4h，这个过程称为一次冷冻-解冻循环。反复进行5次循环，完成后，从容器中取出薄片状共混水凝胶，用平板上下压住，置于烘箱中，在40℃温度下吹风烘干。这样，就制得了PVA/丝胶共混凝胶薄膜。
该薄膜的拉伸断裂强度为28MPa，拉伸断裂伸长率为74％。熔融温度为223℃，起始分解温度为292℃。将该薄膜浸渍于55℃的去离子水中12h后，再取出烘干，发现其在水中的质量溶失率是9.5％。
实施例2
(1)将蚕茧剪成1cm2左右的小片，用去离子水反复冲洗，再用索氏萃取器将茧片浸泡于丙酮中一段时间，再将丙酮抽提出来，以此去除蜡质和色素成分。然后将茧片置于去离子水中煮沸约1h，滤去茧片，所得到的溶液即为丝胶溶液，用重量法算出丝胶溶液的浓度。
(2)将PVA124粉末(DP＝2400，醇解度98％～99％)以去离子水为溶剂，在85℃左右的水浴中加热溶解2h，同时不断进行搅拌，得到浓度10wt％的PVA溶液。
(3)将步骤(1)和步骤(2)制得的丝胶溶液和PVA溶液倒入烧杯中混合，使混合溶液中丝胶与PVA的浓度之比为1∶1。在水浴加热条件下搅拌一段时间直至混合均匀，静置备用。
(4)将步骤(3)制得的混合溶液倒入平底容器中，密封，浸没于低温恒温槽内的冷冻液(95wt％浓度的工业酒精)中冷冻15h，冷冻时温度为-20℃，再取出容器，于室温下解冻5h，这个过程称为一次冷冻-解冻循环。反复进行2次循环，完成后，从容器中取出薄片状共混水凝胶，用平板上下压住，置于烘箱中，在30℃温度下吹风烘干。这样，就制得了PVA/丝胶共混凝胶薄膜。
该薄膜的拉伸断裂强度为29MPa，拉伸断裂伸长率为39％。熔融温度为222℃，起始分解温度为270℃。将该薄膜浸渍于55℃的去离子水中12h后，再取出烘干，发现其在水中的质量溶失率是8.7％。
实施例3
(1)将蚕茧剪成1cm2左右的小片，用去离子水反复冲洗，再用索氏萃取器将茧片浸泡于丙酮中一段时间，再将丙酮抽提出来，以此去除蜡质和色素成分。然后将茧片置于去离子水中煮沸约1.5h，滤去茧片，所得到的溶液即为丝胶溶液，用重量法算出丝胶溶液的浓度。
(2)将PVA124粉末(DP＝2400，醇解度98％～99％)以去离子水为溶剂，在85℃左右的水浴中加热溶解2.5h，同时不断进行搅拌，得到浓度10wt％的PVA溶液。
(3)将步骤(1)和步骤(2)制得的丝胶溶液和PVA溶液倒入烧杯中混合，使混合溶液中丝胶与PVA的浓度之比为3∶2。在水浴加热条件下搅拌一段时间直至混合均匀，静置备用。
(4)将步骤(3)制得的混合溶液倒入平底容器中，密封，浸没于低温恒温槽内的冷冻液(95wt％浓度的工业酒精)中冷冻25h，冷冻时温度为-10℃，再取出容器，于室温下解冻5h，这个过程称为一次冷冻-解冻循环。反复进行4次循环，完成后，从容器中取出薄片状共混水凝胶，用平板上下压住，置于烘箱中，在35℃温度下吹风烘干。这样，就制得了PVA/丝胶共混凝胶薄膜。
该薄膜的拉伸断裂强度为14MPa，拉伸断裂伸长率为21％。熔融温度为217℃，起始分解温度为275℃。将该薄膜浸渍于55℃的去离子水中12h后，再取出烘干，发现其在水中的质量溶失率是19.6％。

Claims (1)

1、一种聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将蚕茧剪成0.5～1.5cm2的小片，用去离子水反复冲洗，再用丙酮清洗去除茧片中的蜡质和色素成分，然后将茧片置于去离子水中煮沸，1～1.5小时后滤去茧片，得到丝胶溶液；
2)将聚乙烯醇粉末以去离子水为溶剂，在80～90℃的水浴中加热溶解1.5～2.5小时，溶解过程中不断进行搅拌，得到10wt％浓度的聚乙烯醇溶液；
3)按重量比丝胶∶聚乙烯醇＝4∶1～1∶3，将制得的丝胶溶液和聚乙烯醇溶液倒入烧杯中混合，在水浴加热条件下搅拌至混合均匀，得到混合溶液静置备用；
4)将制得的混合溶液倒入平底容器中，密封，浸没于低温恒温槽内的冷冻液中，在-10℃～-40℃温度下冷冻15～25小时，然后取出容器于室温下解冻3～5小时，反复进行上述冷冻解冻过程2～6次后，从容器中取出薄片状共混水凝胶，用平板上下压住，置于烘箱中，在30～40℃温度下吹风烘干，得到聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜。
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