CN102220017B - 一种可注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水凝胶材料及其制备方法，特别涉及一种可采用注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法。将浓度为10～300g/l的丝素蛋白水溶液和浓度为0.01～100g/l的表面活性剂溶液分别存放于2～8℃的温度下，使用时，按体积比10:1将上述两组份混合均匀，在30～40℃的温度下静置5～30分钟，得到一种可注射成型的丝素蛋白水凝胶。它的生物相容性好，可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架，生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。尤其是它可方便地在体内原位形成，避免外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种水凝胶材料及其制备方法，特别涉及一种可采用注射成型的丝素蛋白水凝胶，它可作为组织修复材料、药物辅料等，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物理状态，具有独特的性质，尤其是水凝胶，性质柔软，能保持一定的形状，在其中保持有大量的水份，由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中，只能溶涨且保持一定的形状。水凝胶具有良好的生物相容性、水渗透性，目前被广泛用于人工皮肤、组织工程材料、药物释放、人造肌肉、生物传感器、分离装置、重金属离子回收等方面。可注射水凝胶可在体内原位形成，这样就可避免外科手术过程中的高度创伤性，加速愈合、减少病人痛苦、降低医疗费用。特别当用于修复复杂形状的组织时，可注射水凝胶具有自适应性，可体温固化，这是一般水凝胶不可比拟的。可注射水凝胶可用于生物活性分子控释、细胞的包埋以及用作组织支架材料等方面。
丝素蛋白无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性, 能够促进人体细胞的生长，具有一定的生物可降解性。通过对多种生物材料的对比研究，文献报道了丝素蛋白具有与胶原同等的体内、体外生物相容性（[J]Biomaterials，2003，24 (3)：401–416）。因此，丝素蛋白是制造生物医学材料的较理想原料。
丝素蛋白水凝胶可由丝素蛋白溶液制得。丝素蛋白溶液在静置下会逐渐向凝胶化转变，但是这个转变需要比较长的时间，常温条件下一般要在1个月以上。也可以通过改变丝素蛋白溶液的pH值来加快凝胶化的过程，有文献（[J]浙江工程学院学报, 1999，16（3），172－176）报道，当pH值接近于丝素蛋白的等电点(pH=3.9)时, 丝素蛋白容易发生胶凝作用, 但也需要8天左右的时间才能完成凝胶化。此外，丝素蛋白的浓度对于凝胶时间也有影响，在文献（[J]食品科学，2007, 28（12），58－62）中报道了丝素蛋白溶液在浓度大于10％时比较容易形成凝胶，但是在浓度小于10％时需要很长的时间才能形成凝胶的研究结果，而高浓度丝素蛋白溶液形成的凝胶含水量较低，孔隙率也较低，在应用时受到一定的限制，因此，低浓度下的丝素溶液凝胶化时间太长制约了丝素水凝胶的使用。
在本发明作出之前，中国发明专利（CN1158338C）公开了一种化学交联结构的丝素凝胶、海绵状丝素凝胶材料制备方法，采用调整丝素蛋白质水溶液的pH，并混入环氧化合物作为交联剂，经冷冻，凝固成凝胶。众所周知，环氧化合物具有一定的毒性，虽然采用水洗法去除未反应的环氧交联剂，但是凝胶中仍然存在残留的环氧交联剂，从而带来一定的毒性并且降低丝素蛋白的生物相容性（[J]生物医学工程学杂志，2007，24 (6)∶1309～1313）。中国发明专利（CN101502670）公开了一种丝素蛋白水凝胶的制备方法，采用超声波震荡的方法，能够在短时间内形成水凝胶，但是其难以做到可注射及在体内成型。
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好，可用于注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：提供一种丝素蛋白水凝胶，它包括A和B两种组份，按体积比，A:B=10:1；A组份为浓度10～300 g/l的丝素蛋白水溶液，B组份组为浓度0.01～100 g/l的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
上述的一种丝素蛋白水凝胶，所述的阴离子表面活性剂为：辛基磺酸钠，辛烷基硫酸钠，戊基硫酸钠，庚基硫酸钠，癸基硫酸钠，十一烷基硫酸钠，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十三烷基硫酸钠，十四烷基硫酸钠，十六烷基硫酸钠，十八烷基硫酸钠，硬脂酸钾，油酸钾，月桂酸钾，硬脂酸纳，油酸纳，月桂酸纳中的一种，或它们的任意组合。
上述的一种丝素蛋白水凝胶，所述的非离子表面活性剂为：月桂醇聚氧乙烯醚，十四醇聚氧乙烯醚，椰子油醇聚氧乙烯醚，月桂酸蔗糖酯，棕榈酸蔗糖酯，硬脂酸蔗糖酯，吐温，司盘，平平加O，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种，或它们的任意组合。
本发明还提供一种制备可注射丝素蛋白水凝胶的方法，包括如下步骤：
（1）将A和B两种组份分别保存于 2～8 ℃的温度下；A组份为浓度10 ～ 200g/l的丝素蛋白水溶液，B组份为浓度0.01～100 g/l的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；
（2）按体积比A:B=10:1将A和B混合均匀，在30～40 ℃的温度下静置5～30 分钟，得到一种丝素蛋白水凝胶。
本发明具有以下明显优点：
（1）本发明采用丝素蛋白作为水凝胶主体，以表面活性剂溶液为凝胶剂，两组份均为液态，在一定温度的混合过程中不会凝胶化，有利于吸入针管中，便于注射成型；混合溶液注射入体后，温度升高，溶液快速凝胶化，可由温度控制凝胶化；无化学交联剂残留，其生物相容性好；可以降解，降解产物无毒无刺激性。可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架，生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。在溶液混合时可以加入药物，一起注射后形成水凝胶，其载药率几乎达到100%，也可用作介入栓塞剂。
（2）本发明所提供的丝素蛋白水凝胶，可以注射入人体形成任意形状的水凝胶，不需要在体外塑形，可在体内原位形成，避免了外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步描述。
实施例一：
本实施例提供的丝素蛋白水凝胶制备步骤如下：
1、将40克白厂丝放入4升质量浓度为0.05％的碳酸钠溶液中，于98～100℃处理0.5小时，然后洗涤，再次放入4升浓度为0.05％的碳酸钠溶液中，于98～100℃处理0.5小时，重复3次，使蚕丝脱胶，充分洗涤干燥后得到纯丝素纤维。将纯丝素纤维300毫升9.3摩尔/升的溴化锂溶液，在65±2℃搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为30g/l，为组份A，存放于4 ℃的温度下；
4、配置浓度为15 g/l 的辛基硫酸钠溶液，为组份B，存放于4 ℃的温度下；
5、将上述组份A与B以A:B=10:1体积比混合均匀，注入成型模具中，静置升温至37℃，10分钟后得到成型的丝素蛋白水凝胶。
实施例二：
1、将40克生丝放入5升浓度为0.2％的碳酸钠溶液中，于98～100℃处理2小时，使蚕丝脱胶，充分洗涤干燥后得到纯丝素纤维。将纯丝素纤维置于300毫升浓度为9.3摩尔/升的溴化锂溶液中，在65±2℃的温度下搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为20 g/l为组份A，于6℃存放；
4、配置浓度为20 g/l 的十二烷基硫酸钠溶液为组份B，于6℃存放；
5、将上述组份A与组份B以A:B=10:1体积比混合均匀，采用注射器将该混合溶液注入体内，在37℃的体温下约15分钟后形成所需形状的水凝胶。
本实施例所提供的丝素蛋白水凝胶，可以液体状注射入体内，当温度升高至体温后，约在15分钟形成所需形状的水凝胶，不需要在体外塑形，可在体内原位形成，避免了外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。该丝素蛋白水凝胶生物相容性好，可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架，生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。同时，在溶液混合时可以加入药物，一起注射后形成水凝胶，其载药率几乎达到100%，也可用作介入栓塞剂。
实施例三：
1、将100克废蚕丝放入4升浓度为0.05％的中性皂溶液中，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纤维。将晾干后的纯丝素纤维用100毫升摩尔比为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；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除氯化钙、乙醇等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为40g/l为组份A；存放于8 ℃的温度条件下；
4、配置浓度为10 g/l 的十八烷基硫酸钠，1 g/l 的Poloxamer188溶液为组份B；存放于8℃的温度条件下；
5、将上述A与B组份以A:B=10:1体积比混合均匀，升温至37℃, 约16分钟形成水凝胶。
实施例四：
1、将200克茧壳放入20升浓度为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（即丝素蛋白）。将晾干后的纯丝素，用100毫升9.3摩尔/升的溴化锂溶液，在65±2℃搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；于2℃存放；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为40 g/l为组份A；于2℃存放；
4、配置浓度为10g/l 的十八烷基硫酸钠，0.1 g/l 的硬脂酸蔗糖酯溶液为组份B；
5、将上述组份A与组份B以10:1体积比混合均匀，升温至37℃,约10分钟形成水凝胶。
Claims (2)
1. 一种丝素蛋白水凝胶，其特征在于：它包括A和B两种组份，按体积比，A:B=10:1；A组份为浓度10～300 g/l的丝素蛋白水溶液，B组份组为浓度0.01～100 g/l的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；所述的阴离子表面活性剂为：辛基磺酸钠，辛烷基硫酸钠，戊基硫酸钠，庚基硫酸钠，癸基硫酸钠，十一烷基硫酸钠，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十三烷基硫酸钠，十四烷基硫酸钠，十六烷基硫酸钠，十八烷基硫酸钠，硬脂酸钾，油酸钾，月桂酸钾，硬脂酸钠，油酸钠，月桂酸钠中的一种，或它们的任意组合；所述的非离子表面活性剂为：月桂醇聚氧乙烯醚，十四醇聚氧乙烯醚，椰子油醇聚氧乙烯醚，月桂酸蔗糖酯，棕榈酸蔗糖酯，硬脂酸蔗糖酯，吐温，司盘，平平加O，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种，或它们的任意组合。
2. 一种制备如权利要求1所述的丝素蛋白水凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将A和B两种组份分别保存于 2～8 ℃的温度下；A组份为浓度10～300g/l的丝素蛋白水溶液，B组份为浓度0.01～100 g/l的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；
（2）按体积比A:B = 10:1，将A和B混合均匀，在30～40 ℃的温度下静置5～30分钟，得到一种丝素蛋白水凝胶。
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