CN101780060A - 医用小麦蛋白膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用小麦蛋白膜，该蛋白膜是在脱脂小麦蛋白中添加多元醇增塑剂和助溶剂经溶解、成膜和固定成型工序制得，所制得的蛋白膜柔韧，厚度为0.1-5mm，呈透明或半透明或不透明状，抗张强度为0.1-12MPa。本发明还公开了该蛋白膜的制备方法。该蛋白医用膜不仅柔软，力学强度适中，且吸水、保水性和透气性好，加之其血液相容性和生物相容性好，没有免疫原性，可以吸附适当的药物溶液用于药物的缓释，也可以用作为敷料、组织隔离膜或组织工程支架材料。
Description
技术领域
本发明属于生物膜材料及其制备技术领域，涉及一种医用小麦蛋白膜及其制备方法。该蛋白膜可以用作药物控制释放载体材料、医用隔离膜材料、表皮的覆盖膜和组织工程支架材料。
背景技术
用于医学领域的膜材料可以根据其是否具有降解性分为降解和不降解膜材料。不降解膜材料如膨体聚四氟乙烯、硅胶、钛膜等，这些材料虽具有良好的力学强度、化学稳定性和生物相容性，但如果作为植入材料则需要二次手术取出，这无疑会给病人带来新的伤害，而且由于它们不能降解，其取出材料作为废物排放仍然会带来环境污染，从而引发严重的生态问题。可降解膜材料由于在体内即可生物降解，被人体吸收或排出体外，因而可克服不降解膜材料的缺点。
可降解膜材料有人工合成的聚酯膜和天然来源的胶原膜或壳聚糖膜。人工合成的聚酯膜具有良好的力学强度、易于加工成型、在体内可完全水解，但合成过程较长，步骤较烦琐，而且可能对环境产生污染。天然来源的胶原膜或壳聚糖膜已有较多的报道(CN1781557，CN1781557，CN2431879)，有的已实际在使用，但因它们仍然存在一些缺点：如动物蛋白来源的胶原膜遇水易膨胀变形，吸水性强，有可能产生免疫原性；而壳聚糖膜的保湿性、机械强度等性能差，故而又不能完全满足各种医用膜材料的需要，因此，开发新的可降解医用膜就显得十分必要。
小麦蛋白也称为谷朊粉，主要由麦醇蛋白和麦谷蛋白组成，是优质的植物蛋白源，麦醇蛋白具有延伸性，麦谷蛋白具有弹性，能与水形成网络结构而具有优良的薄膜成型性。因此，小麦蛋白早已用于制备可食性可降解膜，但主要用于食品包装方面(广东工业大学学报，1998，vol 15，23-26；粮食加工/2005年第6期50-54；粮食与饲料工业，2006，No.11，19-21等)。
目前，小麦蛋白用于医学用途的主要是麦醇蛋白，其或制成肝靶向纳米组合物(CN101317840)，或是用醇蛋白与聚乳酸的混合物制备用于药剂输送的胶囊介质等(CN1662149)。但因麦醇蛋白需要从小麦蛋白中提取，且其提取过程既烦琐，又耗时，故而成本高，不利于其推广应用。而因对小麦蛋白(麦醇蛋白和麦谷蛋白)的基础性研究如血液相容性和生物相容性进行较少，以致于迄今为止，将小麦蛋白用于制备医用蛋白膜还没有文献报道。
发明内容
本发明的首要目的是针对现有技术的不足，提供一种医用小麦蛋白膜。
本发明的另一目的是提供一种制备上述医用小麦蛋白膜的方法。
本发明提供的医用小麦蛋白膜，该蛋白膜是在脱脂小麦蛋白中添加多元醇增塑剂和助溶剂经溶解、成膜和固定成型工序制得，所制得的蛋白膜柔韧，厚度为0.1-5mm，呈透明或半透明或不透明状，抗张强度为0.1-12MPa。
以上蛋白膜中添加的多元醇增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基乙烷、季戊四醇、双季戊四醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇和聚乙二醇中至少一种。
以上蛋白膜中添加的助溶剂为酸、碱、还原剂、酸和还原剂、或碱和还原剂中的任一种。其中添加的酸为无机酸中的稀盐酸或稀硫酸，或有机酸中的苹果酸、乙酸、柠檬酸、单宁酸或果胶中的任一种或两种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种；还原剂为巯基乙酸、巯基乙醇、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硝酸钠或亚硝酸钾任一种。
本发明提供的制备医用小麦蛋白膜方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
(1)配制蛋白溶液
将脱脂小麦蛋白100重量份加入以乙醇和水按体积比10∶1～1∶10的混合溶剂中，搅拌均匀形成重量百分比浓度为1～30％的蛋白溶液，同时在其中添加以脱脂小麦蛋白重量计为0.5～50％的多元醇增塑剂和0.2～20％的助溶剂；
(2)成膜和固定成型
将配制的蛋白溶液经超声脱泡后倒入模具中，待溶剂在室温～100℃挥发完后，将膜完全浸没于重量百分比浓度为1～10％的固定溶液中，并在室温～60℃下固定1～60分钟，然后将膜取出后用双蒸水冲洗或/和浸泡除去可溶解成分即可。
上述方法所用的脱脂小麦蛋白是采用小麦源蛋白粉按照[J].Cereal Chem，1973，50：292～302公开的方法来处理的，即将小麦源蛋白粉按1∶2的比例加到以体积比1∶1的氯仿和石油醚组成的有机溶剂中，搅拌3min，悬浊液过滤、冲洗3次，重复脱脂三次后低温下烘干即可。脱脂后的小麦蛋白含量达到80％以上。
上述方法中所用的多元醇增塑剂优选乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基乙烷、季戊四醇、双季戊四醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇和聚乙二醇中至少一种。
上述方法中所用的助溶剂为酸、碱、还原剂、酸和还原剂、或碱和还原剂中的任一种。其中所用的酸为无机酸中的稀盐酸、稀硫酸，或有机酸中的苹果酸、乙酸、柠檬酸、单宁酸或果胶中的任一种或两种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种；还原剂为巯基乙酸、巯基乙醇、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硝酸钠或亚硝酸钾任一种。优选有机酸和亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硝酸钠、亚硝酸钾。
上述方法中所用的固定溶液是由至少一种固定剂与双蒸水配置而成。其中所用的固定剂为N-羟基邻苯二甲酰亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐、马来酸酐、单宁、戊二醛、乙二醛、甲醛、转谷氨酰胺酶、酪氨酸酶、过氧化酶和多酚氧化酶。
对于所获得的小麦蛋白膜，本发明作了如下相关的血液相容性和生物相容性的考察：细胞的相对增殖度(Relative growth ratio，RGR)、细胞毒性、溶血和血小板黏附等实验。其测试方法和结果分别说明如下：
1、参照国家标准PRC GB/T 16175-1996推荐的方法所进行的细胞毒性实验，实验结果如表1所示。
表1.RGR值和细胞毒性评级
表中的RGR为细胞的相对增殖度(Relative growth ratio)
从表1中所得数据表明所获得的小麦蛋白膜的细胞毒性的评级均为1级，因此，材料的细胞毒性合格。
2、按照ISO 10993-4：1992和ISO/DIS 10993-4：2000标准分别进行了溶血实验和血小板黏附实验。溶血实验结果如表2所示。按该标准规定，若材料的溶血率＜5％，则说明材料符合医用材料的溶血率要求，若材料溶血率＞5％，则预示材料有溶血作用；同时，阳性对照组吸光度值应在0.8±0.3范围内，阴性对照组吸光度值小于0.03，否则试验不可进行[ISO 10993-12.Biological evaluation of medicalapparatus：preparation of reference samples and matrials.]。但从表2的测试数据可以看出，本发明小麦蛋白膜的溶血率均＜5％，说明红细胞受破坏程度很小，材料符合生物材料评价标准中的溶血要求。
表2.溶血试验结果
| 样品 | A | B | C | D | E | 平均值 | 标准偏差 |
| 小麦蛋白膜 | 0.009 | 0.009 | 0.004 | 0.008 | 0.008 | 0.0076 | 0.001854724 |
| 阳性对照组 | 0.565 | 0.574 | 0.551 | 0.574 | 0.564 | 0.5656 | 0.007715785 |
| 阴性对照组 | 0.002 | 0.008 | 0.005 | 0.005 | 0.004 | 0.0048 | 0.001770122 |
溶血率(％)＝(Dt-Dnc)/(Dpc-Dnc)×100％
＝(0.0076-0.0048)/(0.56565-0.0048)×100％
＝0.499％＜＜5％
其中Dt------小麦蛋白膜的吸光度平均值；Dnc-----阴性对照组的吸光度平均值；Dpc-----阳性对照组的吸光度平均值。
而小麦蛋白膜的血小板黏附实验结果如图1所示。虽然从图中看到小麦蛋白膜血小板黏附数量较多，与阳性对照的玻璃接近，高于阴性对照的、公认的可以应用于医学的可生物降解材料聚乳酸。但对血小板黏附实验来说，众所周知，更重要的是变形的血小板的数量和变形的程度(Zhou C，Yi Z，et al.Blood-compatibility ofpolyurethane/liquid crystal composite membranes.Biomaterials，1999；20：2093.)，因而将血小板的数量和变形的程度总结于表3，可以看出，小麦蛋白膜诱导血小板变形的能力低于聚乳酸，也就是说，小麦蛋白膜的血液相容性是好的。
表3.小麦蛋白膜表面黏附血小板的数量与形态指数
综上所述，小麦蛋白膜的血液相容性和生物相容性都很好，可以将其用作药物控制释放载体材料、医用隔离膜材料、表皮的覆盖膜和组织工程支架材料。
本发明与已有技术相比，具有以下优点：
1、由于本发明提供的小麦蛋白膜不仅柔软，力学强度适中，且吸水、保水性和透气性好，加之其血液相容性和生物相容性均很好，因而为药物缓释、组织隔离膜、表皮的覆盖膜或组织工程支架材料应用领域提供了一种新型的膜材料。
2、由于本发明提供的小麦蛋白膜主要是由小麦加工过程中的副产物来制备的，因而不仅来源广泛，价格低廉，且因来源于植物，使得其作为医用膜时不会产生免疫原性，更利于用作医用膜使用。
3、由于本发明提供的制备医用小麦蛋白膜方法工艺步骤简单，能耗低，易于控制，因而便于推广应用。
附图说明
附图为本发明制备的小麦蛋白膜与玻璃和聚乳酸的表面黏附血小板的数量与形态放大500倍、5000倍和10000倍的显微镜照片。
具体实施方式
下面给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例1
将3g小麦蛋白先溶解于10ml 10∶1(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成30％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加助溶剂0.3g亚硝酸钠和0.3g氢氧化钾，0.75g增塑剂乙二醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在100℃挥发完后，加入重量百分比浓度为10％的戊二醛固定溶液，使膜完全浸没其中，在60℃固定40分钟，将膜取出后用双蒸水冲洗和浸泡除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为5mm，抗张强度为10～12Mpa，膜不透明，24周内保持形状不变，之后逐渐降解。
实施例2
将1g小麦蛋白先溶解于100ml 6∶4(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成1％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加0.1g助溶剂巯基乙酸和苹果酸(1∶1，W/W)，0.5g增塑剂一缩二乙二醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在室温挥发完后，加入重量百分比浓度为1％的N-羟基丁二酰亚胺固定溶液，使膜完全浸没其中，在室温固定30分钟，将膜取出后用双蒸水冲洗除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为0.3mm，抗张强度为0.5～1Mpa，膜透明，12周内保持形状不变，之后逐渐降解。
实施例3
将5g小麦蛋白先溶解于50ml 7∶3(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成10％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加0.25g助溶剂果胶，0.5g增塑剂聚乙二醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在50℃挥发完后加入重量百分比浓度为3％的马来酸酐固定溶液，使膜完全浸没其中，在室温固定60分钟，将膜取出后用双蒸水冲洗和浸泡除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为1mm，抗张强度为3～4Mpa，膜透明，20周内保持形状不变，之后逐渐降解。
实施例4
将20g小麦蛋白先溶解于100ml 8∶2(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成20％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加0.5ml浓度为20％(W/V)助溶剂氨水，0.5g增塑剂季戊四醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在80℃挥发完后，加入重量百分比浓度为8％的甲醛固定溶液，使膜完全浸没其中，在30℃固定10分钟，将膜取出后用双蒸水浸泡除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为3mm，抗张强度为6～7Mpa，膜半透明，18周内保持形状不变，之后逐渐降解。
实施例5
将3g小麦蛋白先溶解于100ml 1∶10(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成3％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加0.006g助溶剂亚硫酸钠，0.75g增塑剂丙三醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在40℃挥发完后，加入重量百分比浓度为5％的转谷氨酰胺酶固定溶液，使膜完全浸没其中，在40℃固定1分钟，将膜取出后用双蒸水冲洗和浸泡除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为0.1mm，抗张强度为0.1～0.3Mpa，膜透明，12周内保持形状不变，之后逐渐降解。
实施例6
将5g小麦蛋白溶解于50ml 7∶3(V/V)的乙醇和水混合溶剂中，配制成10％的小麦蛋白溶液，同时在其中添加0.25g助溶剂果胶，0.5g增塑剂聚乙二醇和0.5g季戊四醇，然后超声波脱泡处理(1000Hz)2min，将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，待溶剂在60℃挥发完后，加入重量百分比浓度为3％的马来酸酐固定溶液，使膜完全浸没其中，在室温固定60分钟，将膜取出后用双蒸水冲洗和浸泡除去可溶解成分如助溶剂、未交联的增塑剂、未反应的固定剂即可。
用测厚仪测得膜厚度为1mm，抗张强度为3～4Mpa，膜透明，20周内保持形状不变，之后逐渐降解。
Claims (10)
1.一种医用小麦蛋白膜，该蛋白膜是在脱脂小麦蛋白中添加多元醇增塑剂和助溶剂经溶解、成膜和固定成型工序制得，所制得的蛋白膜柔韧，厚度为0.1-5mm，呈透明或半透明或不透明状，抗张强度为0.1-12MPa。
2.根据权利要求1所述的医用小麦蛋白膜，该蛋白膜中添加的多元醇增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基乙烷、季戊四醇、双季戊四醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇和聚乙二醇中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的医用小麦蛋白膜，该蛋白膜中添加的助溶剂为酸、碱、还原剂、酸和还原剂、或碱和还原剂中的任一种。
4.根据权利要求3所述的医用小麦蛋白膜，该蛋白膜中添加的酸为无机酸中的稀盐酸或稀硫酸，或有机酸中的苹果酸、乙酸、柠檬酸、单宁酸或果胶中的任一种或两种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种；还原剂为巯基乙酸、巯基乙醇、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硝酸钠或亚硝酸钾任一种。
5.一种制备权利要求1～4中任一项所述的医用小麦蛋白膜的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：
(1)配制蛋白溶液
将脱脂小麦蛋白100重量份加入以乙醇和水按体积比10∶1～1∶10的混合溶剂中，搅拌均匀形成重量百分比浓度为1～30％的蛋白溶液，同时在其中添加以脱脂小麦蛋白重量计为0.5～50％的多元醇增塑剂和0.2～20％的助溶剂；
(2)成膜和固定成型
将配制的蛋白溶液经超声脱泡后倒入模具中，待溶剂在室温～100℃挥发完后，将膜完全浸没于重量百分比浓度为1～10％的固定溶液中，并在室温～60℃下固定1～60分钟，然后将膜取出后用双蒸水冲洗或/和浸泡除去可溶解成分即可。
6.根据权利要求5所述的医用小麦蛋白膜的制备方法，该方法中所用的多元醇增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基乙烷、季戊四醇、双季戊四醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇和聚乙二醇中至少一种。
7.根据权利要求6所述的医用小麦蛋白膜的制备方法，该方法中所用的助溶剂为酸、碱、还原剂、酸和还原剂、或碱和还原剂中的任一种。
8.根据权利要求7所述的医用小麦蛋白膜的制备方法，该方法中所用的酸为无机酸中的稀盐酸或稀硫酸，或有机酸中的苹果酸、乙酸、柠檬酸、单宁酸或果胶中的任一种或两种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种；还原剂为巯基乙酸、巯基乙醇、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硝酸钠或亚硝酸钾任一种。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的医用小麦蛋白膜的制备方法，该方法中所用的固定溶液是由至少一种固定剂与双蒸水配置而成。
10.根据权利要求9所述的医用小麦蛋白膜的制备方法，该方法中所用的固定剂为N-羟基邻苯二甲酰亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐、马来酸酐、单宁、戊二醛、乙二醛、甲醛、转谷氨酰胺酶、酪氨酸酶、过氧化酶和多酚氧化酶。
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