CN101967282B

CN101967282B - 一种难溶于水的透明丝素蛋白膜及其制备方法

Info

Publication number: CN101967282B
Application number: CN2010102882751A
Authority: CN
Inventors: 卢神州; 李明忠
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: CN101967282A

Abstract

本发明公开了一种难溶于水的透明丝素蛋白膜及其制备方法，特别涉及一种以丝素蛋白为原料，制备难溶于水的透明膜状材料的技术。在丝素溶液中加入无毒的多元醇作为交联剂，将丝素蛋白/多元醇混合溶液注入模具中，经鼓风干燥后在30～98％湿度的环境中处理1～48小时，形成难溶于水的透明丝素蛋白膜。它在37℃的水中24小时的溶失率小于2％，在380～780nm可见光范围内透光率大于90％。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，保持了丝素蛋白良好的生物相容性。它可用于隐形眼镜、人造角膜、细胞培养、创面修复材料及暂时性覆盖、组织隔离和药物控制释放材料等。

Description

一种难溶于水的透明丝素蛋白膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种难溶于水的透明材料及其制备方法，特别涉及一种以丝素蛋白为原料，制备难溶于水的透明丝素蛋白膜的技术，所制备的材料可应用于隐形眼镜、人造角膜和角膜组织工程材料及创面覆盖材料等技术领域。

背景技术

角膜是眼睛的聚光镜头，它聚集光线并在眼睛后部的视网膜上成像。如果角膜因疾病、物理伤害等原因受损，会导致视力严重减退或失明。目前普遍采用的资料方法是移植他人捐赠的角膜，但是手术可能因为排异反应而失败，而且角膜捐献的严重缺乏。角膜组织工程技术为角膜的修复与重建开辟了新的道路。理想的人造角膜材料应具有良好的生物相容性，低免疫性，适度的生物降解性，较好的透光性以及一定的强伸度。

蚕丝由约75％的丝素蛋白和约25％的丝胶蛋白所组成，是相当纯的天然蛋白纤维。研究表明丝素蛋白无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，并具有一定的生物可降解性。近年来，通过对多种生物材料的对比研究表明，丝素蛋白具有与胶原蛋白同等的体内、体外生物相容性(Biomaterials，2003，24(3)：401-416)。因此，丝素蛋白是较理想的制造人造角膜材料的原料。

由于蚕丝是纤维状材料，为了制备膜状材料，一般的做法是脱胶后将丝素蛋白做成水溶液，再采用不同的方法制备丝素蛋白膜。在此过程中，必须要解决丝素蛋白膜的水溶性以及成膜后丝素膜的透明性的问题。中国发明专利“一种不溶性丝素蛋白膜的制备方法”(CN101234213)中，采用加入酞酸丁酯和乙醇形成纳米二氧化钛来制备水不溶性丝素蛋白膜，一方面酞酸丁酯和乙醇的加入可能影响生物相容性，另一方面纳米二氧化钛的加入可能影响丝素蛋白膜的透光性能。中国发明专利“再生丝素蛋白膜及其制备方法”(CN101760027A)中，采用加入乙醇以及拉伸的方法制备不溶性丝素膜，一方面乙醇的加入可能影响生物相容性，另一方面形成的β-折叠结构的丝素蛋白强度高而伸长率小，降解速度较慢。中国发明专利“一种创面保护膜及其制备方法”(CN1121836)中，通过加入多种药物复配的添加剂制备得到丝素膜，没有指出添加剂的成分，虽然提出了透明性的概念，但是没有给出具体透光率的数值。中国发明专利“柔韧丝素蛋白膜及其制备方法”(CN1316465)中，通过加入环氧树脂来交联丝素蛋白得到水不溶性丝素蛋白膜，其中环氧树脂的加入可能影响丝素蛋白的生物相容性。中国发明专利“丝素蛋白复层膜及其制备方法”(CN101530402)中，以甘油为增塑剂制备成复层膜来提高药物缓释性，其水中溶失率较大，为11.12％。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种生物相容性良好，透明、柔韧，且难溶于水的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：一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，它以家蚕丝素蛋白为原料，丝素蛋白的结构为丝素I型结晶结构；丝素蛋白膜在波长380～780nm的可见光范围内，透光率大于90％；在37℃的水中，24小时丝素蛋白的溶失率小于2％。

上述难溶于水的透明丝素蛋白膜的制备方法，先将家蚕丝经脱胶、溶解、透析、浓缩后得到质量浓度为1～30％的丝素蛋白溶液，再进行如下步骤的加工：

(1)按重量计，在丝素蛋白溶液中加入丝素蛋白溶液中丝素含固量1～90％的多元醇，制成混合溶液；

(2)将上述混合溶液倒入模具中鼓风干燥，得到丝素蛋白/多元醇共混膜；

(3)将上述共混膜至于相对湿度为30～98％的环境中处理1～48小时，得到一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，其丝素蛋白的结构为丝素I型结晶结构。

本发明所述的多元醇为三元醇、四元醇、五元醇和六元醇中的一种。所述的三元醇为丙三醇或1，2，4-丁三醇；所述的四元醇为赤藓糖醇、苏阿糖醇和季戊四醇中的一种；所述的五元醇为环戊五醇、木糖醇、来苏糖醇、核糖醇和阿拉伯糖醇中的一种；所述的六元醇为环己六醇、山梨醇、阿洛糖醇、阿卓糖醇、葡萄糖醇、甘露醇、古洛糖醇、艾杜糖醇、半乳糖醇、太罗糖醇或果糖醇中的一种。

本发明的原理是：多元醇含有多个羟基，加入丝素蛋白溶液后与丝素蛋白分子间形成了氢键交联，在干燥过程中，诱导丝素蛋白由无规向SilkI结晶结构转变，从而达到降低丝素蛋白的热水溶失率的效果。

与现有技术相比，本发明具有以下明显优点：

1、本发明以天然丝素蛋白为原料，在制备过程中加入的多元醇类，能诱导丝素蛋白由无规向Silk I结晶结构转变，因此，得到的丝素蛋白膜不仅具有良好的生物相容性，且难溶于水，透光性好，在可见光波长380-780nm范围内透光率大于90％，可以作为人造角膜材料得到应用。

2、本发明在制备过程中由于不添加其他有毒有害的化学交联剂或者使用化学变性剂，因此，成膜后不会引起丝素蛋白生物相容性的降低，适合于细胞生长，且可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，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是不同丝素蛋白材料的X-衍射曲线图；

图中，曲线A为丝素纤维，曲线B为本实施例提供的一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，曲线C为纯丝素膜。

具体实施方式

下面结合附图及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透明丝素蛋白膜制备步骤如下：

1、将0.1公斤生丝放入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(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用1升浓度为9.0摩尔/升的溴化锂溶液，在60±5℃下加热溶解得到丝素蛋白混合溶液。

2、用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，得到纯丝素蛋白溶液，丝素蛋白的质量浓度约为5％。

3、在纯丝素蛋白溶液中加入木糖醇，木糖醇的加入量为丝素蛋白溶液中丝素含固量的40％。

4、将丝素蛋白溶液注入模具中，在40℃鼓风吹干。

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

膜的主要性能指标如表一所示。

表一

参见附图1，它是本实施例提供的一种难溶于水的透明丝素蛋白膜与丝素纤维、纯丝素膜材料的X-衍射曲线图。图中，曲线A为丝素纤维，曲线B为本实施例提供的一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，曲线C为纯丝素膜；由图1可以看出，不同丝素蛋白材料的结构是不同的，丝素纤维为β-折叠结构，纯丝素膜为无规卷曲结构，而本实施例提供的难溶于水的透明丝素膜为丝素I结晶结构。

实施例二

将0.5公斤茧壳放入25升质量浓度为0.5％的中性皂溶液中，于98～100℃处理2小时，使茧壳脱胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用2.5升9.2摩尔/升的溴化锂水溶液，在60±2℃搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液。

用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液，其质量浓度约为4％左右。

在纯丝素蛋白溶液中加入丙三醇，丙三醇的加入量为丝素蛋白溶液中丝素含固量的50％。。

将丝素蛋白溶液注入模具中，在室温下鼓风吹干。

将上述干燥后的丝素/丙三醇共混膜放入相对湿度50％的环境中处理20小时，得到难溶于水的透明丝素蛋白膜。

膜的主要性能指标如表二所示。

表二

实施例三

将200克废蚕丝放入8升质量浓度为0.05％的碳酸钠水溶液中，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升摩尔比为1∶8∶2的氯化钙、水、乙醇溶液，在75±5℃下加热溶解得到丝素蛋白混合溶液。

用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析3天，得到纯的丝素蛋白溶液，其质量浓度约为2.5％左右。

在纯丝素蛋白溶液中加入赤藓醇，赤藓醇的加入量为丝素蛋白溶液中丝素含固量的20％。。

将丝素蛋白溶液注入模具中，在室温下鼓风吹干。

将上述干燥后的丝素/赤藓醇共混膜放入相对湿度70％的环境中处理30小时，得到难溶于水的透明丝素蛋白膜。

膜的主要性能指标如表三所示。

表三

实施例四

将200克茧壳放入10升质量浓度为0.3％的碳酸钠溶液中，于98～100℃处理2小时，使茧壳脱胶，充分洗涤后得到纯丝素。将晾干后的纯丝素，用200毫升9.1摩尔/升的溴化锂水溶液，在65±2℃搅拌溶解成丝素蛋白溶液。

用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用去离子水透析，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液，其质量浓度约为6％左右。

在纯丝素蛋白溶液中加入山梨醇，山梨醇的加入量为为丝素蛋白溶液中丝素含固量的30％。

将丝素蛋白溶液注入模具中，在室温下鼓风吹干。

将上述干燥后的丝素/山梨醇共混膜放入相对湿度40％的环境中处理40小时，得到难溶于水的透明丝素蛋白膜。

膜的主要性能指标如表四所示。

表四

Claims

1.一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，它以家蚕丝素蛋白为原料，其特征在于：丝素蛋白的结构为丝素I型结晶结构；丝素蛋白膜在波长380～780nm的可见光范围内，透光率大于90％；在37℃的水中，24小时丝素蛋白的溶失率小于2％。

2.一种难溶于水的透明丝素蛋白膜的制备方法，先将家蚕丝经脱胶、溶解、透析、浓缩后得到质量浓度为1～30％的丝素蛋白溶液，其特征在于再进行如下步骤的加工：

(1)按重量计，在丝素蛋白溶液中加入丝素蛋白溶液中丝素含固量1～90％的多元醇，制成混合溶液；所述多元醇选自1，2，4-丁三醇、赤藓糖醇、苏阿糖醇、季戊四醇、环戊五醇、木糖醇、来苏糖醇、核糖醇、阿拉伯糖醇、环己六醇、阿洛糖醇、阿卓糖醇、葡萄糖醇、甘露醇、古洛糖醇、艾杜糖醇、半乳糖醇、太罗糖醇或果糖醇中的一种；

(3)将上述共混膜置于相对湿度为30～98％的环境中处理1～48小时，得到一种难溶于水的透明丝素蛋白膜，其丝素蛋白的结构为丝素I型结晶结构。