CN107789674A - 具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法及其产品和应用，包括丝素蛋白的提取和具有多孔微球结构的复合膜材料的制备。本发明方法简便易行、可操作性强，能进一步满足临床应用和规模化生产的需求。本发明制备的复合膜材料具有生物相容性好、细胞响应性好、力学性能良好、降解行为可控等优点，制备方法简单易行等特点，同时材料在电镜下呈现出微球形貌，具有多孔性，有利于细胞生长、生物因子固载以及小分子药物的负载与释放，产物能满足生物医学应用的需求。

Description

具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法及其产品和 应用
技术领域
本发明涉及一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法及其产品和应用，具体涉及一种将生物大分子丝素蛋白与合成聚合物P(LA-co-CL)以一定的比例混合溶解于溶剂中，然后利用溶剂挥发法制备具有多孔微球结构的复合膜材料的方法。本发明属于生物医用高分子材料领域。
背景技术
丝素蛋白(SF)是一种提取自家养桑蚕蚕茧的天然蛋白质，它具有良好的生物相容性、可降解性以及促细胞黏附性，因此被广泛应用于组织工程、药物递释系统、手术缝合线等生物医学领域(Progress in Polymer Science, 2015, 46: 86)。然而，类似于大多数天然高分子，丝素蛋白也具有一个显著的性能缺陷，即降解速率快，难以控制，导致力学强度不佳。为了提高丝素蛋白作为一种生物材料的综合性能，拓宽其生物医学应用，SF基复合材料的研究正在如火如荼地进行中(Progress in Polymer Science, 2010, 35: 1093)。
人工合成的生物材料具有良好的力学性能，其降解速率也具有较好的可控性，但通常来说，合成高分子缺乏细胞特异性黏附位点。将疏水的合成高分子与亲水的丝素蛋白进行复合，不仅能够提高合成材料的生物相容性与细胞黏附性，增强材料与细胞的相互作用，同时也可以改善天然材料的力学性能。聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚己内酯(PCL)及其二元或三元共聚物是生物材料领域中应用较为广泛的几种合成高分子，它们具有良好的生物相容性、降解可调性、力学性能以及可加工性能。将其与SF基材料进行复合，能够取长补短，具有良好的生物医学发展前景。
在生物材料与再生医学领域，可降解的多孔材料具有广阔的应用范围。作为组织修复材料，多孔材料能够促进细胞的负载与生长，提高缺损部位的修复效果；同时，它也能提高生物因子在材料表面及内部的固载率，诱导干细胞分化为特定的组织细胞，增强干细胞治疗作用。作为药物递释系统，多孔材料能促进药物的负载，发挥缓释作用。因此，利用天然高分子与合成聚合物进行复合，构筑具有多孔微纳结构的复合生物材料，对于组织修复与药物缓释用生物材料的基础研究及临床应用都具有重要的意义与价值。
基于天然的生物大分子往往力学性能差且降解速率快，而合成的聚合物材料虽然力学强度与降解速率可控，但细胞响应性有所欠缺，有必要提出新技术方案。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法。以便将天然的生物大分子和合成的聚合物材料进行结合，提供一种有利于细胞生长、生物因子固载以及小分子药物的负载与释放的内部具有多孔微球结构的复合生物膜材料。
本发明的再一目的在于提供上述方案制得的产品。
本发明的又一目的在于提供上述具有多孔微球结构的复合生物膜材料的应用。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法，以丝素蛋白以及人工合成的聚乳酸-聚己内酯共聚物作为原料，包括以下步骤：
(1) 提取丝素蛋白SF
称取10 g的无水碳酸钠，溶解于2 L超纯水中，配制成5 g/L的Na2CO3水溶液，将20 g家蚕生丝置于其中，加热煮沸30 min，取出蚕丝，用大量超纯水进行冲洗，同时充分撕扯蚕丝以冲去其间的丝胶，更换新的碳酸钠溶液，重复一次煮沸与清洗过程，将脱胶后的蚕丝置于鼓风干燥箱中在60 °C条件下过夜；
配制摩尔比为1:8:2的氯化钙/超纯水/乙醇三元溶剂，先将CaCl2加入超纯水中，加热至80 °C，待其全部溶解后加入乙醇，将烘干后的蚕丝按一定的比例分块投入三元溶剂中，蚕丝与溶剂的比例为10% (w/v)，80 °C条件下溶解后搅拌40 min；
待丝素溶液冷却至室温后，将其倒入透析袋中，在流动的超纯水中透析三天，以除去溶液中的无机盐和乙醇，将透析后的溶液进行抽滤，过滤掉不溶性杂质，将溶液置于-80 °C超低温冰箱中过夜，然后在冻干机中冻干，得到固态的丝素蛋白SF；
(2) 具有多孔微球结构的复合膜材料的制备
分别称取一定量的SF与P(LA-co-CL)，按SF与P(LA-co-CL)的摩尔比为70:30～30:70混合后加入溶剂中，且两者占混合溶液的质量分数之和5%，搅拌24 h以上使其完全溶解，溶液澄清透明，将SF/P(LA-co-CL)混合溶液缓慢倾倒于表面皿中，覆盖住整个表面，用石蜡封口膜对表面皿进行密封，在封口膜上扎一些小针孔，在室温下静置48 h以上使溶剂缓慢自然挥发，将材料与硅片剥离，得到具有多孔微球结构的SF/P(LA-co-CL)复合膜。
该方法以提取自家蚕蚕茧的丝素蛋白以及人工合成的聚乳酸-聚己内酯共聚物作为原料，混合后溶解于特定的溶剂中，通过自然状态下的溶剂挥发，自组装形成一种具有多孔微球结构的天然-合成高分子复合膜材料。通过改变P(LA-co-CL)的单体种类与比例、SF与P(LA-co-CL)的用量比、溶剂的种类等条件，制备出不同的复合膜材料。
在上述方案基础上，所述的P(LA-co-CL)中的LA可以为消旋乳酸DLLA或者左旋乳酸LLA。
在上述方案基础上，所述的P(LA-co-CL)的LA/CL摩尔比可以为85/15、75/25、70/30、60/40、50/50。
在上述方案基础上，所述的SF与P(LA-co-CL)的摩尔比为70:30、60:40、50:50、40:60或30:70。
在上述方案基础上，所述的混合溶液的溶剂可以为六氟异丙醇、甲酸、三氟乙酸中的一种。
本发明提供一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料，其特征在于根据上述任一所述方法制备得到。
该材料具有生物相容性好、细胞响应性好、力学性能良好、降解行为可控、制备方法简单易行等特点，同时材料在电镜下呈现出微球形貌，具有多孔性，有利于细胞生长、生物因子固载以及小分子药物的负载与释放，产物能满足生物医学应用的需求。
本发明提供一种所述具有多孔微球结构的复合生物膜材料在生物医学方面的应用，包括作为药物递释系统，在生物因子固载以及小分子药物的负载与释放。
本发明的优点在于：
(1) 本发明以丝素蛋白与聚乳酸-聚己内酯共聚物作为原料，通过溶剂挥发法自组装形成一种具有多孔微球结构的天然-合成高分子复合膜材料。所用原料的生物安全性高，部分已是商业化产品。
(2) 本发明制备的复合膜材料具有生物相容性好、细胞响应性好、力学性能良好、降解行为可控等优点。
(3) 本发明制备的复合膜材料具有多孔微球结构，有利于细胞生长、生物因子固载以及小分子药物的负载与释放。
(4) 本发明方法简便易行、可操作性强，能进一步满足临床应用和规模化生产的需求。
附图说明
图1为实施例1所制备的复合膜材料的扫描电子显微镜图片；
图2为实施例2所制备的复合膜材料的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
称取10 g的无水碳酸钠，溶解于2 L超纯水中，配制成5 g/L的Na2CO3水溶液。将20 g家蚕生丝置于其中，加热煮沸30 min。取出蚕丝，用大量超纯水进行冲洗，同时充分撕扯蚕丝以冲去其间的丝胶。更换新的碳酸钠溶液，重复一次煮沸与清洗过程。将脱胶后的蚕丝置于鼓风干燥箱中在60 °C条件下过夜。
配制摩尔比为1:8:2的氯化钙/超纯水/乙醇三元溶剂，先将CaCl2加入超纯水中，加热至80 °C，待其全部溶解后加入乙醇。将烘干后的蚕丝按一定的比例分块投入三元溶剂中，蚕丝与溶剂的比例为10% (w/v)，80 °C条件下溶解后搅拌40 min。
待丝素溶液冷却至室温后，将其倒入透析袋中，在流动的超纯水中透析三天，以除去溶液中的无机盐和乙醇。将透析后的溶液进行抽滤，过滤掉不溶性杂质。将溶液置于-80°C超低温冰箱中过夜，然后在冻干机中冻干，得到固态的丝素蛋白。
选择LA/CL摩尔比为70/30的P(DLLA-co-CL)与丝素蛋白进行复合。按照50:50的摩尔比分别称取SF与P(DLLA-co-CL)，混合后加入一定量的六氟异丙醇中，配制成总质量分数为5%的混合溶液。搅拌24 h以上使两种溶质完全溶解，溶液澄清透明。将SF/P(DLLA-co-CL)混合溶液缓慢倾倒于表面皿中，覆盖住整个表面。用石蜡封口膜对表面皿进行密封，在封口膜上扎一些小针孔，在室温下静置48 h以上使溶剂缓慢自然挥发。将材料与硅片剥离，得到具有多孔微球结构的SF/P(DLLA-co-CL)复合膜。图1为本实施例1所制备的复合膜材料的扫描电子显微镜图片，呈现出微球形貌，具有多孔性。
实施例2
称取10 g的无水碳酸钠，溶解于2 L超纯水中，配制成5 g/L的Na2CO3水溶液。将20 g家蚕生丝置于其中，加热煮沸30 min。取出蚕丝，用大量超纯水进行冲洗，同时充分撕扯蚕丝以冲去其间的丝胶。更换新的碳酸钠溶液，重复一次煮沸与清洗过程。将脱胶后的蚕丝置于鼓风干燥箱中在60 °C条件下过夜。
配制摩尔比为1:8:2的氯化钙/超纯水/乙醇三元溶剂，先将CaCl2加入超纯水中，加热至80 °C，待其全部溶解后加入乙醇。将烘干后的蚕丝按一定的比例分块投入三元溶剂中，蚕丝与溶剂的比例为10% (w/v)，80 °C条件下溶解后搅拌40 min。
待丝素溶液冷却至室温后，将其倒入透析袋中，在流动的超纯水中透析三天，以除去溶液中的无机盐和乙醇。将透析后的溶液进行抽滤，过滤掉不溶性杂质。将溶液置于-80°C超低温冰箱中过夜，然后在冻干机中冻干，得到固态的丝素蛋白。
选择LA/CL摩尔比为75/25的P(DLLA-co-CL)与丝素蛋白进行复合。按照30:70的摩尔比分别称取SF与P(DLLA-co-CL)，混合后加入一定量的三氟乙酸中，配制成总质量分数为5%的混合溶液。搅拌24 h以上使两种溶质完全溶解，溶液澄清透明。将SF/P(DLLA-co-CL)混合溶液缓慢倾倒于表面皿中，覆盖住整个表面。用石蜡封口膜对表面皿进行密封，在封口膜上扎一些小针孔，在室温下静置48 h以上使溶剂缓慢自然挥发。将材料与硅片剥离，得到具有多孔微球结构的SF/P(DLLA-co-CL)复合膜。图2为本实施例2所制备的复合膜材料的扫描电子显微镜图片，呈现出微球形貌，具有多孔性。
实施例3
称取10 g的无水碳酸钠，溶解于2 L超纯水中，配制成5 g/L的Na2CO3水溶液。将20 g家蚕生丝置于其中，加热煮沸30 min。取出蚕丝，用大量超纯水进行冲洗，同时充分撕扯蚕丝以冲去其间的丝胶。更换新的碳酸钠溶液，重复一次煮沸与清洗过程。将脱胶后的蚕丝置于鼓风干燥箱中在60 °C条件下过夜。
配制摩尔比为1:8:2的氯化钙/超纯水/乙醇三元溶剂，先将CaCl2加入超纯水中，加热至80 °C，待其全部溶解后加入乙醇。将烘干后的蚕丝按一定的比例分块投入三元溶剂中，蚕丝与溶剂的比例为10% (w/v)，80 °C条件下溶解后搅拌40 min。
待丝素溶液冷却至室温后，将其倒入透析袋中，在流动的超纯水中透析三天，以除去溶液中的无机盐和乙醇。将透析后的溶液进行抽滤，过滤掉不溶性杂质。将溶液置于-80°C超低温冰箱中过夜，然后在冻干机中冻干，得到固态的丝素蛋白。
选择LA/CL摩尔比为50/50的P(LLA-co-CL)与丝素蛋白进行复合。按照60:40的摩尔比分别称取SF与P(LLA-co-CL)，混合后加入一定量的甲酸中，配制成总质量分数为5%的混合溶液。搅拌24 h以上使两种溶质完全溶解，溶液澄清透明。将SF/P(LLA-co-CL)混合溶液缓慢倾倒于表面皿中，覆盖住整个表面。用石蜡封口膜对表面皿进行密封，在封口膜上扎一些小针孔，在室温下静置48 h以上使溶剂缓慢自然挥发。将材料与硅片剥离，得到具有多孔微球结构的SF/P(LLA-co-CL)复合膜。

Claims (7)

1.一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法，其特征在于，以丝素蛋白以及人工合成的聚乳酸-聚己内酯共聚物作为原料，包括以下步骤：
(1) 提取丝素蛋白SF
称取10 g的无水碳酸钠，溶解于2 L超纯水中，配制成5 g/L的Na2CO3水溶液，将20 g家蚕生丝置于其中，加热煮沸30 min，取出蚕丝，用大量超纯水进行冲洗，同时充分撕扯蚕丝以冲去其间的丝胶，更换新的碳酸钠溶液，重复一次煮沸与清洗过程，将脱胶后的蚕丝置于鼓风干燥箱中在60 °C条件下过夜；
配制摩尔比为1:8:2的氯化钙/超纯水/乙醇三元溶剂，先将CaCl2加入超纯水中，加热至80 °C，待其全部溶解后加入乙醇，将烘干后的蚕丝按一定的比例分块投入三元溶剂中，蚕丝与溶剂的比例为10% (w/v)，80 °C条件下溶解后搅拌40 min；
待丝素溶液冷却至室温后，将其倒入透析袋中，在流动的超纯水中透析三天，以除去溶液中的无机盐和乙醇，将透析后的溶液进行抽滤，过滤掉不溶性杂质，将溶液置于-80 °C超低温冰箱中过夜，然后在冻干机中冻干，得到固态的丝素蛋白SF；
(2) 具有多孔微球结构的复合膜材料的制备
分别称取一定量的SF与P(LA-co-CL)，按SF与P(LA-co-CL)的摩尔比为70:30～30:70混合后加入溶剂中，且两者占混合溶液的质量分数之和5%，搅拌24 h以上使其完全溶解，溶液澄清透明，将SF/P(LA-co-CL)混合溶液缓慢倾倒于表面皿中，覆盖住整个表面，用石蜡封口膜对表面皿进行密封，在封口膜上扎一些小针孔，在室温下静置48 h以上使溶剂缓慢自然挥发，将材料与硅片剥离，得到具有多孔微球结构的SF/P(LA-co-CL)复合膜。
2.根据权利要求1所述具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法，其特征在于所述的P(LA-co-CL)中的LA为消旋乳酸DLLA或者左旋乳酸LLA。
3.根据权利要求1或2的一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料及其制备方法，其特征在于所述的P(LA-co-CL)的LA/CL摩尔比可以为85/15、75/25、70/30、60/40、50/50。
4.根据权利要求3所述具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法，其特征在于所述的SF与P(LA-co-CL)的摩尔比为70:30、60:40、50:50、40:60或30:70。
5.根据权利要求1所述具有多孔微球结构的复合生物膜材料的制备方法，其特征在于所述的混合溶液的溶剂为六氟异丙醇、甲酸、三氟乙酸中的一种。
6.一种具有多孔微球结构的复合生物膜材料，其特征在于根据权利要求1-5任一所述方法制备得到。
7.一种根据权利要求6所述具有多孔微球结构的复合生物膜材料在生物医学方面的应用。
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