CN102000362A - 丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料及其制备方法 - Google Patents

丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料及其制备方法 Download PDF

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朱君
周涓
王美艳
王俊玲
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Abstract

本发明公开了丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合多孔支架材料的制备方法，其特征在于：将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙三元溶液后按照钙磷比为1.67的比例向所得溶液中逐滴滴加磷酸盐，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末，再向粉末中加入H2O2溶液和羧甲基纤维素，进行调和并发泡得到浆料，将浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24h，将冷冻24h后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合多孔支架材料。本发明通过化学方法制备的丝素蛋白/纳米羟基磷灰石支架材料孔隙率较高，孔隙分散均匀且孔与孔之间相互贯通，并且力学性能改善显著。

Description

丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔支架材料的制备方法，特别是涉及一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料的制备方法。
背景技术
自然骨是由纳米羟基磷灰石(HA)为主的无机相与胶原为主的有机相有序组合的复合材料。蚕丝丝素蛋白(SF)与胶原蛋白同属结构蛋白，提取方法简便，成本低廉，对细胞的粘附、扩展、分化的作用好，适用于组织工程材料。用蚕丝丝素蛋白(SF)与纳米羟基磷灰石(HA)制备复合多孔骨支架，兼具良好的力学性能和生物相容性，在骨组织工程领域具有重要的应用价值，成为研究的热点。
近年来，以丝素蛋白为基质，制备丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架材料的方法已经有所报道。如：将羟基磷灰石溶胶与丝素溶液通过共混首先制备混合材料然后通过成型技术制备支架；以丝素粉末和羟基磷灰石为原料，以氯化钠(NaCl)为造孔剂模压成型制备蚕丝丝素蛋白(SF)/纳米羟基磷灰石(HA)复合多孔材料等。但上述方法都是通过物理方法混合达到复合目的，这种方法实质上是物理混合，而并非化学复合，因此混合的效果有可能会不如复合明显，具体体现在力学性能提高有限。文献记载通过溶液共混-冷冻凝胶法制备了丝素羟基磷灰石复合支架；采用化学合成-冷冻凝胶法制备纳米羟基磷灰石/丝素蛋白-壳聚糖复合支架法，得到了内部结构与力学性能更加优良可控的材料，但该种方法过程繁琐复杂。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料及其制备方法，
本发明提供一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料，其特征在于：丝素蛋白与纳米羟基磷灰石的质量比为1∶9～3∶7，复合材料中具有平均孔径为40-70微米的相互贯通的孔隙，抗压强度为1.3-3.69MPa，抗弯强度为1.3-4.75MPa。
所述的丝素蛋白和纳米羟基磷灰的质量比为3∶7；所述的复合材料中具有平均孔径为51微米的相互贯通的孔隙，抗压强度为3.69MPa，抗弯强度为4.75MPa。
本发明提供一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水三元体系中(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解；
第二步、按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向第一步所得丝素溶解液中逐滴滴加磷酸氢二铵或磷酸氢铵，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石沉淀物；
第三步、将第二步所得的沉淀物清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；
第四步、配制质量浓度为3-7％的H2O2的水溶液，将该溶液与第三步得到的粉末以及0.5-2％的羧甲基纤维素进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；
第五步、将第四步所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24小时；
第六步、将冷冻24小时后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
该方法具有以下优势：
从化学尺度制备出丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料，钙离子(Ca2+)和丝素蛋白通过电子吸附结合，是一种化学力的结合，弥补了物理方法可能带来的丝素蛋白与羟基磷灰石的分离的可能，同时改善了单一材料带来的力学性能不足的问题；
支架材料成型工艺简单，不添加造孔剂，试剂少且廉价，成本低；本发明所制备的支架材料孔隙率较高，孔隙分散均匀且孔与孔之间相互贯通，适用于骨组织工程支架材料对孔隙及孔径结构的要求。
附图说明
图1为本发明中合成的纳米羟基磷灰石以及丝素蛋白/纳米羟基磷灰石的透射电镜照片。
图2为本发明的复合多孔支架材料的孔隙结构显微镜照片。
具体实施方式
以下实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
对比例
称取氯化钙(CaCl2)为11g；按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向溶液中逐滴滴加磷酸氢二铵(NH4)2HPO4，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时；将所得的沉淀清洗并离心，干燥，得到纳米羟基磷灰石粉末；向粉末中加入质量分数为3％的H2O2溶液，并加入1％质量分数的羧甲基纤维素，进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；将所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24小时；将冷冻24小时后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得纳米羟基磷灰石复合多孔支架材料。
该材料的丝素蛋白含量为0，成分为纯羟基磷灰石，力学强度参见表一。
实施例1
称取脱胶后的丝素纤维111g，将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)三元体系中，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解，记录氯化钙(CaCl2)用量为11g；按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向溶液中逐滴滴加磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时；将所得的沉淀清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；向粉末中加入质量分数为3％的H2O2溶液，并加入1％质量分数的羧甲基纤维素，进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；将所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24小时；将冷冻24小时后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
该材料的丝素蛋白与羟基磷灰石质量比为1∶9，力学强度参见表一。
实施例2
称取脱胶后的丝素纤维2.5g，将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)三元体系中，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解，记录氯化钙(CaCl2)用量为11g；按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向溶液中逐滴滴加磷酸氢二铵(NH4)2HPO4，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时；将所得的沉淀清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；向粉末中加入质量分数为5％的H2O2溶液，并加入1.5％质量分数的羧甲基纤维素，进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；将所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24h；将冷冻24h后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
该材料的丝素蛋白与羟基磷灰石质量比为2∶8，力学强度参见表一。
实施例3
称取脱胶后的丝素纤维4.3g，将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)三元体系中，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解，记录氯化钙(CaCl2)用量为11g；按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向溶液中逐滴滴加磷酸氢二铵(NH4)2HPO4，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时；将所得的沉淀清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；向粉末中加入质量分数为7％的H2O2溶液，并加入2％质量分数的羧甲基纤维素，进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；将所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24h；将冷冻24h后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
该材料的丝素蛋白与羟基磷灰石质量比为3∶7，力学强度参见表一。
表1为本发明实施例的力学强度列表。
  编号   抗压强度(MPa)   抗弯强度   孔隙率(％)   平均孔径(um)
  对比例   0.3   0.23   88   56
  实施例1   1.27   1.36   79   49
  实施例2   2.44   3.22   82   58
  实施例3   3.69   4.75   89   51

Claims (4)

1.一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料，其特征在于：丝素蛋白与纳米羟基磷灰石的质量比为1∶9～3∶7，复合材料中具有平均孔径为40-70微米的相互贯通的孔隙，抗压强度为1.3-3.69MPa，抗弯强度为1.3-4.75MPa。
2.如权利要求1所述的丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料，其特征在于：所述的丝素蛋白和纳米羟基磷灰的质量比为3∶7；所述的复合材料中具有平均孔径为51微米的相互贯通的孔隙，抗压强度为3.69MPa，抗弯强度为4.75MPa。
3.一种如权利要求1或2所述的丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水三元体系中(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解；
第二步、按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向第一步所得丝素溶解液中逐滴滴加磷酸氢二铵或磷酸氢铵，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石沉淀物；
第三步、将第二步所得的沉淀物清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；
第四步、配制质量浓度为3-7％的H2O2的水溶液，将该溶液与第三步得到的粉末以及0.5-2％的羧甲基纤维素进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；
第五步、将第四步所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24小时；
第六步、将冷冻24小时后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
4.根据权利要求3所述的一种丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、将脱胶后的丝素纤维溶解于氯化钙-乙醇-水三元体系中(CaCl2-CH3CH2OH-H2O)，其中摩尔比为1∶2∶8，温度80℃，直至全部溶解；
第二步、按照钙磷比(Ca/P)为1.67的比例，向第一步所得丝素溶解液中逐滴滴加磷酸氢二铵或磷酸氢铵，滴加过程中快速搅拌，并通过滴加氨水维持溶液的PH＝10，滴加完毕后恒温并搅拌保持3小时，之后室温静置24小时，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石沉淀物；
第三步、将第二步所得的沉淀物清洗并离心，干燥，得到丝素蛋白/纳米羟基磷灰石粉末；
第四步、配制质量浓度为7％的H2O2的水溶液，将该溶液与第三步得到的粉末以及2％的羧甲基纤维素进行调和，调和至粘稠状后搅拌30分钟发泡，得到浆料；
第五步、将第四步所得到的浆料快速移入12孔细胞培养平板，并立即放入-20℃冰箱预冷冻24小时；
第六步、将冷冻24小时后的载样细胞培养平板取出，放入-50℃冷冻干燥机中干燥，最终制得丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料。
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