CN107693850A - 一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料 - Google Patents

一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，将蚕茧经过一系列处理后得到丝素蛋白，经甲酸溶解后得到丝素蛋白溶液；苯胺在过硫酸铵的盐酸溶液中反应得到聚苯胺粉末，并溶解在部分丝素蛋白溶液中，得到聚苯胺丝素蛋白溶液；最后丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液进行混合静电纺丝得到支架材料。本发明解决了丝素蛋白导电性能差，无法同于神经修复的问题，制备的支架材料不仅具有良好的生物相容性及力学性能，而且具有良好的电亲性，神经导管对电信号的传导不受阻。

Description

一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，更具体的是，一种利用高压静电纺丝制备的丝素蛋白为主体的纤维支架。
背景技术
由外伤或其他神经性病变导致的外周神经损伤通常会引起神经感知或驱动功能受损，从而造成不可逆的残疾结果。人工的神经修复套管通常利用生物相容的天然高分子及合成高分子做成管套形状用于桥连间隙大于5mm的神经，通过诱导相邻神经及末梢神经的轴突分化萌芽，从而实现神经修复的功能。为了神经修复后其脉冲信号依旧准确有效，人工套管材料往往需要引入导电性材料。导电性材料如聚吡咯，碳纤维等等都被作为添加材料用于神经修复套管。尽管导电高分子材料被报道有利于神经细胞和组织的再生以及功能恢复，其可降解性以及长期植入后的降解产物的毒性仍然需要进一步确认。这也使得神经修复套管的设计开发难上加难。
天然高分子中，丝素蛋白以及丝素基的化合物由于其优异的生物相容性、优良的力学性能、可调节的结构、体液高渗透性及可控的降解性被广泛用于神经组织工程领域。但丝素蛋白的导电性很差，想要获得如心肌细胞或神经纤维这类电活性组织的修复再生能力，必须通过其他手段改善。例如在丝素蛋白中加入金属粒子就能够降低丝素蛋白的电阻率，增强被修复神经的功能性；还可以与导电高分子，如PEDOT，聚吡咯，聚苯胺等混合，其分子骨架中的共轭π轨道能够极大的降低电离能，增加电亲性，从而使得神经导管对电信号的传导不受阻。这其中，聚苯胺作为常用的导电高分子，被证实作为细胞支架能够有效的促进细胞粘附和增殖，并不会引起特殊的毒性反应或不良的免疫响应。然而，由于聚苯胺在体内无法降解，长期植入可能导致远期迟发炎性反应，其在神经修复套管方向的应用研究进展缓慢。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，解决了丝素蛋白导电性能差，无法同于神经修复的问题，制备的支架材料不仅具有良好的生物相容性及力学性能，而且具有良好的电亲性，神经导管对电信号的传导不受阻。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料由丝素蛋白、聚苯胺和明胶构成，所述丝素蛋白分子量为10-30万，重量含量＞90％；所述的明胶为白明胶，重量含量为2-5％，分子量为6-8万；所述的聚苯胺分子量为1-2万，重量含量为0.5-2％。
所述支架材料按照如下步骤制备：
步骤1，将蚕茧放入蒸馏水中蒸煮30min，取出后在0.2％碳酸钠和0.025％聚乙二醇辛基苯基醚溶液中浸泡2-6小时，得到脱胶丝纤维，并蒸馏水清洗，60℃干燥过夜；
步骤2，将脱胶丝纤维溶于浓度高于9M溴化锂离液溶剂中，60℃磁子搅拌直至完全溶解，然后采用蒸馏水透析3-4天，采用分子量为2万的聚乙二醇透析至蛋白浓度达到15％，在-20℃冷冻干燥2-3天，得到丝素蛋白；
步骤3，将1mL苯胺单体加入10-30mL 0.1M HCl溶液，室温搅拌15-30min，得到苯胺溶液；
步骤4，将2-3g过硫酸铵(APS)溶于10mL 0.1M HCl溶液，然后加入苯胺溶液，充分混合后室温反应24小时，过滤后采用去离子水和甲醇清洗，真空干燥24小时，得到聚苯胺粉末；
步骤5，将丝素蛋白溶于甲酸中，制得10％(w/v)的丝素蛋白溶液；
步骤6，取出部分丝素蛋白溶液，加入聚苯胺粉末，搅拌过夜得到聚苯胺丝素蛋白溶液；
步骤7，将丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液分别加入纺丝机中进行混合静电纺丝，得到支架材料。
所述步骤1中的浸泡温度为85-95℃。
所述步骤中的脱胶丝纤维与溴化锂离液溶剂的质液比为1:8-12.
所述步骤3中的搅拌速度为500-2000r/min。
所述步骤4中的真空干燥温度为60℃。
所述步骤6中的聚苯胺粉末与丝素蛋白的的质量为1：100。
所述步骤7中丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液的配比为5-13:4。
所述步骤7中的静电纺丝参数为：工作电压为20-25kV，接收距离为15cm，推进速度为0.5-1mL/h，所述接收装置为铝箔覆盖滚筒。
本发明将蚕茧经过一系列处理后得到丝素蛋白，经甲酸溶解后得到丝素蛋白溶液；苯胺在过硫酸铵的盐酸溶液中反应得到聚苯胺粉末，并溶解在部分丝素蛋白溶液中，得到聚苯胺丝素蛋白溶液；最后丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液进行混合静电纺丝得到支架材料。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了丝素蛋白导电性能差，无法同于神经修复的问题，制备的支架材料不仅具有良好的生物相容性及力学性能，而且具有良好的电亲性，神经导管对电信号的传导不受阻。
2.本发明解决了聚苯胺难以在体内降解，长期植入易造成远期迟发炎性反应的问题，通过控制聚苯胺的分子量，在丝素蛋白降解的过程中其纤维内的分子链会随时破碎断裂，聚苯胺由于分子量较低，含量较低，能够快速被吞噬细胞吞噬，进而代谢。
3.本发明采用丝素蛋白及明胶作为支架主体，能够起到缓慢的降解效果，保证神经传导的同时，保证神经的缓慢修复。
4.本发明的支架材料植入体内，一年后神经修复良好，功能恢复，支架周边组织愈合良好，无特殊炎性浸润。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料由丝素蛋白、聚苯胺和明胶构成，所述丝素蛋白分子量为10万，重量含量为97.5％；所述的明胶为白明胶，重量含量为2％，分子量为6万；所述的聚苯胺分子量为1万，重量含量为0.5％。
所述支架材料按照如下步骤制备：
步骤1，将蚕茧放入蒸馏水中蒸煮30min，取出后在0.2％碳酸钠和0.025％聚乙二醇辛基苯基醚溶液中浸泡2小时，得到脱胶丝纤维，并蒸馏水清洗，60℃干燥过夜；
步骤2，将脱胶丝纤维溶于浓度高于9M溴化锂离液溶剂中，60℃磁子搅拌直至完全溶解，然后采用蒸馏水透析3天，采用分子量为2万的聚乙二醇透析至蛋白浓度达到15％，在-20℃冷冻干燥2天，得到丝素蛋白；
步骤3，将1mL苯胺单体加入10mL 0.1M HCl溶液，室温搅拌15min，得到苯胺溶液；
步骤4，将2g过硫酸铵(APS)溶于10mL 0.1M HCl溶液，然后加入苯胺溶液，充分混合后室温反应24小时，过滤后采用去离子水和甲醇清洗，真空干燥24小时，得到聚苯胺粉末；
步骤5，将丝素蛋白溶于甲酸中，制得10％(w/v)的丝素蛋白溶液；
步骤6，取出部分丝素蛋白溶液，加入聚苯胺粉末，搅拌过夜得到聚苯胺丝素蛋白溶液；
步骤7，将丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液分别加入纺丝机中进行混合静电纺丝，得到支架材料。
所述步骤1中的浸泡温度为85℃。
所述步骤中的脱胶丝纤维与溴化锂离液溶剂的质液比为1:8。
所述步骤3中的搅拌速度为500r/min。
所述步骤4中的真空干燥温度为60℃。
所述步骤6中的聚苯胺粉末与丝素蛋白的的质量为1：100。
所述步骤7中丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液的配比为5:4。
所述步骤7中的静电纺丝参数为：工作电压为20kV，接收距离为15cm，推进速度为0.5mL/h，所述接收装置为铝箔覆盖滚筒。
本实施例的支架材料植入体内，一年后神经修复良好，功能恢复，支架周边组织愈合良好，无特殊炎性浸润。
实施例2
一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料由丝素蛋白、聚苯胺和明胶构成，所述丝素蛋白分子量为30万，重量含量为93％；所述的明胶为白明胶，重量含量为5％，分子量为8万；所述的聚苯胺分子量为2万，重量含量为2％。
所述支架材料按照如下步骤制备：
步骤1，将蚕茧放入蒸馏水中蒸煮30min，取出后在0.2％碳酸钠和0.025％聚乙二醇辛基苯基醚溶液中浸泡6小时，得到脱胶丝纤维，并蒸馏水清洗，60℃干燥过夜；
步骤2，将脱胶丝纤维溶于浓度高于9M溴化锂离液溶剂中，60℃磁子搅拌直至完全溶解，然后采用蒸馏水透析4天，采用分子量为2万的聚乙二醇透析至蛋白浓度达到15％，在-20℃冷冻干燥3天，得到丝素蛋白；
步骤3，将1mL苯胺单体加入30mL 0.1M HCl溶液，室温搅拌30min，得到苯胺溶液；
步骤4，将3g过硫酸铵(APS)溶于10mL 0.1M HCl溶液，然后加入苯胺溶液，充分混合后室温反应24小时，过滤后采用去离子水和甲醇清洗，真空干燥24小时，得到聚苯胺粉末；
步骤5，将丝素蛋白溶于甲酸中，制得10％(w/v)的丝素蛋白溶液；
步骤6，取出部分丝素蛋白溶液，加入聚苯胺粉末，搅拌过夜得到聚苯胺丝素蛋白溶液；
步骤7，将丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液分别加入纺丝机中进行混合静电纺丝，得到支架材料。
所述步骤1中的浸泡温度为95℃。
所述步骤中的脱胶丝纤维与溴化锂离液溶剂的质液比为1:12.
所述步骤3中的搅拌速度为2000r/min。
所述步骤4中的真空干燥温度为60℃。
所述步骤6中的聚苯胺粉末与丝素蛋白的的质量为1：100。
所述步骤7中丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液的配比为13:4。
所述步骤7中的静电纺丝参数为：工作电压为25kV，接收距离为15cm，推进速度为1mL/h，所述接收装置为铝箔覆盖滚筒。
本实施例的支架材料植入体内，一年后神经修复良好，功能恢复，支架周边组织愈合良好，无特殊炎性浸润。
实施例3
一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料由丝素蛋白、聚苯胺和明胶构成，所述丝素蛋白分子量为20万，重量含量为95％；所述的明胶为白明胶，重量含量为4％，分子量为7万；所述的聚苯胺分子量为2万，重量含量为1％。
所述支架材料按照如下步骤制备：
步骤1，将蚕茧放入蒸馏水中蒸煮30min，取出后在0.2％碳酸钠和0.025％聚乙二醇辛基苯基醚溶液中浸泡4小时，得到脱胶丝纤维，并蒸馏水清洗，60℃干燥过夜；
步骤2，将脱胶丝纤维溶于浓度高于9M溴化锂离液溶剂中，60℃磁子搅拌直至完全溶解，然后采用蒸馏水透析3天，采用分子量为2万的聚乙二醇透析至蛋白浓度达到15％，在-20℃冷冻干燥3天，得到丝素蛋白；
步骤3，将1mL苯胺单体加入20mL 0.1M HCl溶液，室温搅拌25min，得到苯胺溶液；
步骤4，将3g过硫酸铵(APS)溶于10mL 0.1M HCl溶液，然后加入苯胺溶液，充分混合后室温反应24小时，过滤后采用去离子水和甲醇清洗，真空干燥24小时，得到聚苯胺粉末；
步骤5，将丝素蛋白溶于甲酸中，制得10％(w/v)的丝素蛋白溶液；
步骤6，取出部分丝素蛋白溶液，加入聚苯胺粉末，搅拌过夜得到聚苯胺丝素蛋白溶液；
步骤7，将丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液分别加入纺丝机中进行混合静电纺丝，得到支架材料。
所述步骤1中的浸泡温度为90℃。
所述步骤中的脱胶丝纤维与溴化锂离液溶剂的质液比为1:10。
所述步骤3中的搅拌速度为1500r/min。
所述步骤4中的真空干燥温度为60℃。
所述步骤6中的聚苯胺粉末与丝素蛋白的的质量为1：100。
所述步骤7中丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液的配比为9:4。
所述步骤7中的静电纺丝参数为：工作电压为23kV，接收距离为15cm，推进速度为0.8mL/h，所述接收装置为铝箔覆盖滚筒。
本实施例的支架材料植入体内，一年后神经修复良好，功能恢复，支架周边组织愈合良好，无特殊炎性浸润。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了丝素蛋白导电性能差，无法同于神经修复的问题，制备的支架材料不仅具有良好的生物相容性及力学性能，而且具有良好的电亲性，神经导管对电信号的传导不受阻。
2.本发明解决了聚苯胺难以在体内降解，长期植入易造成远期迟发炎性反应的问题，通过控制聚苯胺的分子量，在丝素蛋白降解的过程中其纤维内的分子链会随时破碎断裂，聚苯胺由于分子量较低，含量较低，能够快速被吞噬细胞吞噬，进而代谢。
3.本发明采用丝素蛋白及明胶作为支架主体，能够起到缓慢的降解效果，保证神经传导的同时，保证神经的缓慢修复。
4.本发明的支架材料植入体内，一年后神经修复良好，功能恢复，支架周边组织愈合良好，无特殊炎性浸润。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料由丝素蛋白、聚苯胺和明胶构成，所述丝素蛋白分子量为10-30万，重量含量＞90％；所述的明胶为白明胶，重量含量为2-5％，分子量为6-8万；所述的聚苯胺分子量为1-2万，重量含量为0.5-2％。
2.根据权利要求1所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述支架材料按照如下步骤制备：
步骤1，将蚕茧放入蒸馏水中蒸煮30min，取出后在0.2％碳酸钠和0.025％聚乙二醇辛基苯基醚溶液中浸泡2-6小时，得到脱胶丝纤维，并蒸馏水清洗，60℃干燥过夜；
步骤2，将脱胶丝纤维溶于浓度高于9M溴化锂离液溶剂中，60℃磁子搅拌直至完全溶解，然后采用蒸馏水透析3-4天，采用分子量为2万的聚乙二醇透析至蛋白浓度达到15％，在-20℃冷冻干燥2-3天，得到丝素蛋白；
步骤3，将1mL苯胺单体加入10-30mL 0.1M HCl溶液，室温搅拌15-30min，得到苯胺溶液；
步骤4，将2-3g过硫酸铵(APS)溶于10mL 0.1M HCl溶液，然后加入苯胺溶液，充分混合后室温反应24小时，过滤后采用去离子水和甲醇清洗，真空干燥24小时，得到聚苯胺粉末；
步骤5，将丝素蛋白溶于甲酸中，制得10％(w/v)的丝素蛋白溶液；
步骤6，取出部分丝素蛋白溶液，加入聚苯胺粉末，搅拌过夜得到聚苯胺丝素蛋白溶液；
步骤7，将丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液分别加入纺丝机中进行混合静电纺丝，得到支架材料。
3.根据权利要求2所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤1中的浸泡温度为85-95℃。
4.根据权利要求2所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤中的脱胶丝纤维与溴化锂离液溶剂的质液比为1:8-12。
5.根据权利要求2所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤3中的搅拌速度为500-2000r/min。
6.根据权利要求2所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤4中的真空干燥温度为60℃。
7.根据权利要求2所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤6中的聚苯胺粉末与丝素蛋白的的质量为1：100。
8.根据权利要求1所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤7中丝素蛋白溶液和聚苯胺丝素蛋白溶液的配比为5-13:4。
9.根据权利要求1所述的一种丝素蛋白纤维的神经再生用支架材料，其特征在于：所述步骤7中的静电纺丝参数为：工作电压为20-25kV，接收距离为15cm，推进速度为0.5-1mL/h，所述接收装置为铝箔覆盖滚筒。
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