CN107619481B - 一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法。采用方法的要点是选用具有良好的生物相容性且来源广泛的桑蚕丝丝素蛋白为基材，聚乙二醇为辅助材料，调节混合溶液的pH来制备出一种具有一定粘性的新型凝胶，以期用于软组织注射填充。该方法操作简便、无需贵重设备，同时具有很高的生物安全性。本发明构建的丝素蛋白凝胶在体内容易固位，不易流失，可减少注射填充次数，从而减少资源浪费和患者的经济负担，同时开辟了丝素蛋白材料的一个新的应用领域，具有可观的社会效益和经济效益。

Description

一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法
技术领域
本发明涉及一种制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法，特别涉及一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法，属于软组织工程领域。
背景技术
近年来，用于微整形美容的可注射型凝胶发展十分迅速，其中透明质酸钠因为其良好的生物相容性和免疫原性被广泛运用，然而通过交联改善的透明质酸钠凝胶在人体内存在的时间仍旧只能保持3-6个月，需要重复注射来保持微整形的效果，增加了安全风险、病人的痛苦和经济负担，临床需要可降解、粘弹性好的具有长效塑形的软组织填充物。
桑蚕丝是一种具有优良生物相容性的天然高分子材料。桑蚕丝经脱胶后得到的丝素是一种纤维状蛋白。丝素大分子主要由重链(H链)和轻链(L链)多肽以及糖蛋白P25组成，分子量分别为390kDa、26kDa、28kDa，H链与L链间通过一个二硫键相连接。家蚕丝素的结晶形态主要有SilkⅡ(反平行β折叠结构)和SilkⅠ(介于α螺旋和β折叠之间的一种中间形态)两种结晶形态，此外在丝素溶液与空气界面上也发现了新的与聚甘氨酸Ⅱ相类似的结晶形态(SilkⅢ)，属于六方晶系，肽链构象为β-折叠螺旋。由于丝素蛋白纤维的结晶度和规整性比较高，蚕丝表现出优异的力学性能，不易降解等特性，恰好弥补了透明质酸存在的缺点，符合临床的需要。
在软组织工程领域，中国专利(CN201110152013.7)“一种交联透明质酸凝胶的制备方法”采用二乙烯基砜活化聚乙二醇成新的交联剂，与HA交联得到透明质酸凝胶，适合应用于整形美容，组织填充，骨关节润滑或药物缓释制剂等；中国专利(CN201480040305.3)“交联的透明质酸、用于其制备的工艺及其在美学领域中的用途”采用尿素交联透明质酸制备的生物聚合物，用于真皮填充，并对其进行流变分析；中国专利(CN201610188084.5)“一种长效皮下植入物及其制备方法”，以聚氨酯和胶原蛋白为基础材料，制成弹性很好的，降解时间超过3年以上的可皮下注射的微球，应用于皮下填充、除皱、乳房假体填充以及药物载体等；中国专利(CN201610456947.2)“温敏凝胶注射除皱剂”以温敏高分子材料泊洛沙姆407(Poloxamer,P407)或泊洛沙姆188(Poloxamer,P188)，辅助材料聚乙二醇和聚乙烯醇(PVA)中的一种或两种组合来制备一种温敏性水凝胶，并对其凝胶化温度、凝胶液化温度和弹性模量进行了表征；美国专利(US20070014282P)“SOFT TISSUE FILLER”以纤维素多糖如羧甲基纤维素(CMC)和溶解在水或其它溶剂中的聚乙烯醇(PVA)为原料制备凝胶，通过注射用于修复软组织缺陷。截至目前，还未见到利用丝素蛋白来制备软组织填充剂，应用于除皱，美容微整形的相关工艺技术出现。
养蚕取丝在中国已经有超过5000多年的历史，成熟的养蚕业使得蚕丝是目前通过传统方法唯一能够大量生产的天然丝类，全球年产规模在70万吨以上。丝素蛋白具有来源广泛、成本低、无毒性、无刺激性，具有可调控性和良好的生物相容性等优点。利用丝素蛋白制备新型软组织填充剂，能有效地克服透明质酸存在的缺点，同时开辟了丝素蛋白材料的一个新的应用领域，具有可观的社会效益和经济效益。
发明内容
为了克服目前广泛应用的透明质酸存在的缺乏力学强度、在体内保留时间短、价格昂贵等问题，同时开辟丝素蛋白材料的一个新的应用领域，以制备出一种可以替代透明质酸的软组织填充剂。本发明的目的是提供一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：
1)将50g桑蚕丝放入含融化的15g肥皂的2.5L沸水中进行脱胶处理30～40min，将已成纤维状的蚕丝捞出拧干，用去离子水充分洗净肥皂，重复上述操作2～3次，于55～65℃烘箱中烘干12～18h，得到脱丝胶蚕丝；
2)将步骤1)得到的脱丝胶蚕丝溶解于50ml的LiBr溶液中，放入55～65℃的烘箱中静止溶解3～5h，将所得溶液置于透析袋中用去离子水透析3天，每隔12h更换一次去离子水，再用8.0～10.0wt％的聚乙二醇(PEG)溶液反透析静置12～18h，再将溶液在8000rpm下离心分离30～40min，除去未溶解的残渣，放入4℃冰箱保存，得到高浓度再生丝素蛋白溶液；
3)将步骤2)得到的高浓度再生丝素蛋白溶液与PEG(20000)溶液按不同比例进行混合，用0.1M的盐酸溶液调节混合溶液的pH至4～7，用玻璃棒进行缓慢搅拌5～10min，形成凝胶，再用超纯水洗涤凝胶6～8次，得到粘性丝素蛋白水凝胶。
所述LiBr溶液浓度为9.3M；高浓度再生丝素蛋白溶液质量分数为6.0～8.0wt％；丝素蛋白与PEG的反应质量比为18:2～10:10。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明在制备透明质酸代替物粘性丝素蛋白水凝胶的原料中引入来源广泛的桑蚕丝，有利于改善透明质酸缺乏力学强度、在体内保留时间短、价格昂贵等缺点，早日实现粘性丝素蛋白水凝胶填充剂的产品商业化；同时开辟了丝素蛋白材料的一个新的应用领域，具有可观的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是实施例1、2、3制备的粘性丝素蛋白水凝胶产品的三个不同比例体系的流变图(其中，(a)粘度-时间图，(b)是G’,G”-时间图)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
1)将50g桑蚕丝放入含融化的15g肥皂的2.5L沸水中进行脱胶处理30min，将已成纤维状的蚕丝捞出拧干，用去离子水充分洗净肥皂，重复上述操作2次，于60℃烘箱中烘干15h，得到脱丝胶蚕丝；
2)将步骤1)得到的脱丝胶蚕丝溶解于50ml浓度为9.3M的LiBr溶液中，放入60℃的烘箱中静止溶解5h，将所得溶液置于透析袋中用去离子水透析3天，每隔12h更换一次去离子水，再用9.0wt％的聚乙二醇(PEG)溶液反透析静置12h，再将溶液在8000rpm下离心分离30min，除去未溶解的残渣，放入4℃冰箱保存，得到质量分数为6.0wt％的高浓度再生丝素蛋白溶液；
3)将步骤2)得到的高浓度再生丝素蛋白溶液与PEG(20000)溶液按丝素蛋白与PEG18:2的反应质量比进行混合，用0.1M的盐酸溶液调节混合溶液的pH至4，用玻璃棒进行缓慢搅拌5min，形成凝胶，再用超纯水洗涤凝胶8次，得到粘性丝素蛋白水凝胶(1)。
实施例2:
1)将50g桑蚕丝放入含融化的15g肥皂的2.5L沸水中进行脱胶处理35min，将已成纤维状的蚕丝捞出拧干，用去离子水充分洗净肥皂，重复上述操作3次，于55℃烘箱中烘干12h，得到脱丝胶蚕丝；
2)将步骤1)得到的脱丝胶蚕丝溶解于50ml浓度为9.3M的LiBr溶液中，放入65℃的烘箱中静止溶解4h，将所得溶液置于透析袋中用去离子水透析3天，每隔12h更换一次去离子水，再用8.0wt％的聚乙二醇(PEG)溶液反透析静置18h，再将溶液在8000rpm下离心分离40min，除去未溶解的残渣，放入4℃冰箱保存，得到质量分数为7.0wt％的高浓度再生丝素蛋白溶液；
3)将步骤2)得到的高浓度再生丝素蛋白溶液与PEG(20000)溶液按丝素蛋白与PEG14:6的反应质量比进行混合，用0.1M的盐酸溶液调节混合溶液的pH至5，用玻璃棒进行缓慢搅拌7min，形成凝胶，再用超纯水洗涤凝胶7次，得到粘性丝素蛋白水凝胶(2)。
实施例3:
1)将50g桑蚕丝放入含融化的15g肥皂的2.5L沸水中进行脱胶处理40min，将已成纤维状的蚕丝捞出拧干，用去离子水充分洗净肥皂，重复上述操作2次，于65℃烘箱中烘干18h，得到脱丝胶蚕丝；
2)将步骤1)得到的脱丝胶蚕丝溶解于50ml浓度为9.3M的LiBr溶液中，放入55℃的烘箱中静止溶解3h，将所得溶液置于透析袋中用去离子水透析3天，每隔12h更换一次去离子水，再用10.0wt％的聚乙二醇(PEG)溶液反透析静置15h，再将溶液在8000rpm下离心分离35min，除去未溶解的残渣，放入4℃冰箱保存，得到质量分数为8.0wt％的高浓度再生丝素蛋白溶液；
3)将步骤2)得到的高浓度再生丝素蛋白溶液与PEG(20000)溶液按丝素蛋白与PEG10:10的反应质量比进行混合，用0.1M的盐酸溶液调节混合溶液的pH至7，用玻璃棒进行缓慢搅拌10min，形成凝胶，再用超纯水洗涤凝胶6次，得到粘性丝素蛋白水凝胶(3)。
测定实施例1、2、3制备得到的三种粘性丝素蛋白水凝胶粘度η，如图1，由实施例1、2、3制备的粘性丝素蛋白水凝胶产品的三个不同比例体系的流变图(其中，(a)粘度-时间图，(b)是G’,G”-时间图)中数据可知，体系的粘度随着时间的增大而增大，并且在同一时间，体系粘度随着丝素蛋白含量的增大而增大。采用本发明所述的制备方法获得的粘性丝素蛋白水凝胶(1)、粘性丝素蛋白水凝胶(2)、粘性丝素蛋白水凝胶(3)的粘度值分别为28Kpa·s、125Kpa·s、43Kpa·s。图1(b)反映的是SF和PEG质量比为18:2，14:6，10:10三个体系G’和G”的变化图，从图中可看出G’和G”在溶液混合后立即下降，3min后达到平稳，粘性丝素蛋白水凝胶(1)、粘性丝素蛋白水凝胶(2)、粘性丝素蛋白水凝胶(3)的最终储存模量分别为16、10、5Kpa，为临床应用提供了参考依据。
以上列举的仅是在发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将50g桑蚕丝放入含融化的15g肥皂的2.5L沸水中进行脱胶处理30～40min，将已成纤维状的蚕丝捞出拧干，用去离子水充分洗净肥皂，重复上述操作2～3次，于55～65℃烘箱中烘干12～18h，得到脱丝胶蚕丝；
2)将步骤1)得到的脱丝胶蚕丝溶解于50ml的LiBr溶液中，放入55～65℃的烘箱中静止溶解3～5h，将所得溶液置于透析袋中用去离子水透析3天，每隔12h更换一次去离子水，再用8.0～10.0wt％的聚乙二醇溶液反透析静置12～18h，再将溶液在8000rpm下离心分离30～40min，除去未溶解的残渣，放入4℃冰箱保存，得到高浓度再生丝素蛋白溶液，所述高浓度再生丝素蛋白溶液质量分数为6.0～8.0wt％；
3)将步骤2)得到的高浓度再生丝素蛋白溶液与PEG20000溶液按质量比为18:2～10:10的比例进行混合，用0.1M的盐酸溶液调节混合溶液的pH至4～7，用玻璃棒进行缓慢搅拌5～10min，形成凝胶，再用超纯水洗涤凝胶6～8次，得到粘性丝素蛋白水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种利用桑蚕丝制备粘性丝素蛋白水凝胶的方法，其特征在于：所述LiBr溶液浓度为9.3M。
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