CN108295315A - 一种蚕丝内固定组合支架的制备方法 - Google Patents

一种蚕丝内固定组合支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，包括如下步骤：(1)将开口茧用常温超纯水清洗至洁净状态；(2)使用物理脱胶工艺对开口茧进行脱胶处理，得到脱胶后丝素；(3)将丝素与CaCl2三元体系混合溶解；(4)将溶解完成的丝素溶液滤除杂质后置于透析袋，置于超纯水中透析；(5)将透析完成的丝素溶液进行高速低温离心，取丝素溶液；(6)将离心完成的丝素溶液倒于透析袋放入聚乙二醇溶液或空气中进行浓缩处理；(7)取浓缩完成后的丝素溶液于内固定组合支架模具中并进行甲醇处理；(8)将甲醇处理完成的蚕丝内固定组合支架用纯水洗脱，干燥；本发明具有可降解、对肌体无害、高强度等优点。

Description

一种蚕丝内固定组合支架的制备方法
技术领域
本发明涉及可降解内固定组合支架的制备技术领域，特别是一种蚕丝内固定组合支架的制备方法。
背景技术
在今天的医学背景下，骨修复已经成为十分普遍的常规手术，传统的骨修复手术中常用的内固定材料为不锈钢、钛合金及其它一些合金材料例如：镁、锌、锡等，这些金属内固定材料共同的优势在于强度和刚度高、韧性好，缺点在于需要二次手术取出，从经济、生理、心理、日常生活上都会给患者造成二次伤害；另一方面在骨愈合过程中会造成应力遮挡，具体影响机理在由于高刚度固定物的存在，使得原作用于骨骼局部的应力大部分为固定物所承受，从而使骨折愈合或骨的生长缺乏应力刺激，进而导致临床上骨折延迟愈合甚至不愈合；内固定的植入在一定程度上会引起机体的排异反应，使得手术成功几率大大降低；在内固定取出过程中很有可能发生螺丝滑牙而无法取出，从而发生螺丝永久留存于体内的情况，并且螺丝取出后所遗留下的孔洞会产生二次骨折的风险。
在合金内固定材料的种种缺点的背景下，可降解的内固定材料会是内固定材料发展的新方向，目前世界上所采用的可降解内固定材料有聚乳酸(PLA)、聚乙交酯-丙交酯(PLGA)、壳聚糖、胶原、β-三磷酸钙、羟基磷灰石等，这些可降解的生物材料在人体内的降解产物都会对肾脏造成很大的代谢压力，生物相容性有待进一步提高；材料的力学性能以及生物学性能也有很多亟待解决的问题，无论是断裂强度、脆性、疲劳性方面都有问题存在。
蚕丝应用于纺织行业制作而成的丝绸已有几千年历史，丝绸作为中国历史最早发明之一以其独特高品质响誉全球。但是几千年来蚕丝的应用途径过于狭窄，近些年来随着人们消费习惯的改变和产品的升级，丝绸不再是高品质的唯一代表，可替代性也日益加强；同时随着近代科技的发展，对于蚕丝的研究日益加深，蚕丝的应用途径也在不断拓宽，蚕丝相关新产品的出现也就势在必行。
蚕丝熟蚕结茧时所分泌丝液凝固而成的连续长纤维，长度可900-1500m，由两种蛋白组成，内层为丝素蛋白(Fibroin),外层被丝胶蛋白(Sericin)包覆。其中丝素蛋白含量约为70％-80％，含有18种人体可吸收氨基酸：丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、精氨酸、赖氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、脯氨酸、胱氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸。丝素蛋白具有两性荷电的特殊性能、无毒、良好的人体亲和性、生物降解性和生物相容性。此外，在不溶化处理过程种，蚕丝蛋白的结构会从发生从任意卷曲到β结构的转变。在蚕丝蛋白发生结构转变之后，侧链与侧链间、侧链与主链间以及分子与分子之间可形成大量的氢键结合，产生大量的次级交联点，从而可以有效控制蚕丝蛋白的溶解性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种可降解的、对机体无害的、高强度的一种蚕丝内固定组合支架的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其中：所述的制备方法步骤如下：
1)将开口蚕茧用常温超纯水清洗杂质至洁净状态；
2)将洁净后的开口蚕茧与水通过1:10的比例置于100～120℃的密闭容器中，维持水温在100～180℃中蒸煮2～5小时进行初步脱胶；
3)将步骤2)中初步脱胶的开口蚕茧放入甩干机，采用温度90～100℃的水持续注入甩干机，进行一边甩干一边冲洗，15～20min后取出脱胶完全的蚕茧丝素；
4)将步骤3)中的丝素晾干，采用真空球磨机将晾干的丝素研磨成丝素粉，再将丝素粉与CaCl2三元体系通过1:1～100的质量比置于温度为20～100℃的恒温水浴锅中混合溶解，溶解时间为10min～1000min，混合溶解后形成混合溶液；
5)将混合溶液置于透析袋中，再将透析袋浸入超纯水中透析除杂；
6)将透析完成的混合溶液冷却至3～6℃，进行高速低温离心，获取无杂质丝素溶液；离心机工作转速为1000-50000r/min，离心环境温度在-20℃-10℃；
7)将丝素溶液置于透析袋中，将所述透析袋置于聚乙二醇溶液中对丝素溶液进行干燥浓缩；
8)将干燥浓缩后的丝素溶液注入内固定组合支架模具中，并在注入模具后的丝素溶液上表面覆盖蚕丝材质的海绵体，并往海绵体上滴入甲醇，，甲醇通过海绵体均匀渗透至丝素溶液中，甲醇处理时间为3-5天；
9)将甲醇处理完成后的含蚕丝内固定组合支架的模具浸入纯水中洗脱，含内固定组合支架的模具与水的体积比为1：1～100，单次洗涤时间为1-10h，洗涤次数为1-10次，得到蚕丝内固定组合支架；
10)将洗脱后的蚕丝内固定组合支架置于真空干燥炉中通入氦气或氩气进行风干；
11)将风干后的蚕丝内固定组合支架进行灭菌处理，再密封无菌储存或使用。
作为本发明的进一步改进：所述的内固定组合支架为细小零件、柱体、管状体、异形多面体中的一种或多种组合而成。
作为本发明的进一步改进：所述的内固定组合支架模具为PE、玻璃、陶瓷或不锈钢中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进：所述的透析袋的孔径为1000-20000DA。
作为本发明的进一步改进：所述步骤7)中浓缩后的丝素溶液浓度为15％～50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用蚕茧的丝素做为原材料，制作出内固定组合支架，该支架可降解、对肌体无害、高强度；且制备方法简单，节省能耗。
具体实施方式
现结合实施例对本发明进一步说明：
一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其中：
制备方法步骤如下：
1)将开口蚕茧用常温超纯水清洗杂质至洁净状态；
2)将洁净后的开口蚕茧与水通过1:10的比例置于100～120℃的密闭容器中，维持水温在100～180℃中蒸煮2～5小时进行初步脱胶；
3)将步骤2)中初步脱胶的开口蚕茧放入甩干机，采用温度90～100℃的水持续注入甩干机，进行一边甩干一边冲洗，15～20min后取出脱胶完全的蚕茧丝素；
4)将步骤3)中的丝素晾干，采用真空球磨机将晾干的丝素研磨成丝素粉，再将丝素粉与CaCl2三元体系通过1:1～100的质量比置于温度为20～100℃的恒温水浴锅中混合溶解，溶解时间为10min～1000min，混合溶解后形成混合溶液；CaCl2三元体系为CaCl2、C2H5OH、H2O按照2:3:11的摩尔质量比组成；
5)将混合溶液置于透析袋中，透析袋的孔径为1000-20000DA，再将透析袋浸入超纯水中透析除杂；
6)将透析完成的混合溶液进行高速低温离心，获取无杂质丝素溶液；
7)将丝素溶液置于透析袋中，将所述透析袋置于聚乙二醇溶液中对丝素溶液进行干燥浓缩；使用的聚乙二醇分子量为1000-20000，所配制的聚乙二醇溶液中纯水和聚乙二醇的质量比为1：1～100；浓缩后的丝素溶液浓度为15％～50％，优选30％的浓度；
8)将干燥浓缩后的丝素溶液注入内固定组合支架模具中，内固定组合支架模具材质为PE、玻璃、陶瓷、不锈钢或其他金属材质的一种或多种并在注入模具后的丝素溶液上表面覆盖蚕丝材质的海绵体，并往海绵体上滴入甲醇；海绵体起到均匀甲醇的作用；，甲醇通过海绵体均匀渗透至丝素溶液中，甲醇处理时间为3-5天；
9)将甲醇处理完成后的含蚕丝内固定组合支架的模具浸入纯水中洗脱，含内固定组合支架的模具与水的体积比为1：1～100，单次洗涤时间为1-10h，洗涤次数为1-10次，得到蚕丝内固定组合支架；内固定组合支架为细小零件、柱体、管状体、异形多面体中的一种或多种组合而成；细小零件为不规则状修补用零件，如果螺钉、片子物、粒状物等；
10)将洗脱后的蚕丝内固定组合支架置于真空干燥炉中通入氦气或氩气进行风干。
实施例一：
本发明提供一种蚕丝蛋白内固定组合支架的制备方法，具体制作步骤为：
1)将挑选完成的开口茧用常温超纯水清洗至洁净状态；
作为示例，所述清洗是使用工业清洗机清洗30min，重复两次。
2)使用物理脱胶工艺对开口茧进行脱胶处理，之后自然晾干得到脱胶后丝素。
作为示例，所述物理脱胶工艺包含A:将洁净的蚕茧与超纯水置于特制的反应釜中高温蒸煮，完成后用超纯水洗脱并用工业离心机脱水；B:重复步骤A多次得脱胶后丝素。
A步骤中特制反应釜加热温度为165℃，加热压强为1.7MPa；B步骤中重复次数为5次，最终所得溶液中溶质质量分数为270ppm。
3)将晾干的丝素与CaCl2三元体系以一定的质量比混合溶解。
作为示例，丝素与CaCl2三元体系的质量比为1：20，CaCl2三元体系为CaCl2：C2H5OH：H2O以摩尔质量比为2：3：11组成的混合溶液，溶解条件为恒温水浴锅，温度为50℃，时长为100min。
4)将溶解完成的丝素溶液滤除杂质后置于透析袋，之后置于超纯水中透析；
作为示例，透析中所使用的透析袋孔径为5000DA,透析时丝素与超纯水的比例为1：200。
5)将透析完成的丝素溶液进行高速低温离心，取丝素溶液；
作为示例，进行离心操作时离心机工作转速为8000r/min，离心温度在-5℃。
6)将离心完成的丝素溶液倒于透析袋放入PEG(聚乙二醇)溶液或空气中进行浓缩处理；
作为示例，所述步骤d)中聚乙二醇分子量为20000，所配制的聚乙二醇溶液中纯水和聚乙二醇的质量比为1：30，浓缩环境为4℃恒温环境，换水时间间隔为4h，透析总时长为60h。
7)取适量浓缩完成后的丝素溶液于内固定组合支架模具中并进行甲醇处理；
作为示例，内固定组合支架模具为耐高低温石英玻璃，内固定组合支架为根据患者所需定制而成的组合结构，由细小零件、柱体、管状体、异形多面体中的一种或多种组合而成。
8)将甲醇处理完成的蚕丝内固定组合支架用纯水洗脱，之后置于真空干燥炉中进行干燥；
作为示例，纯水洗脱中内固定组合支架的质量与水的体积比为1：50，单次洗涤时间为3h，更换次数为10次。
9)将完全干燥后的初胚内固定组合支架用数控机床处理至手术所需内固定组合支架的形态。
实施实例二
本发明提供一种蚕丝蛋白内固定组合支架的制备方法，具体制作步骤为：
1)将挑选完成的开口茧用常温超纯水清洗至洁净状态；
作为示例，所述清洗是使用工业清洗机清洗1h，重复两次。
2)使用物理脱胶工艺对开口茧进行脱胶处理，之后自然晾干得到脱胶后丝素。
作为示例，所述物理脱胶工艺包含A:将洁净的蚕茧与超纯水置于特制的反应釜中高温蒸煮，完成后用超纯水洗脱并用工业离心机脱水；B:重复步骤A多次得脱胶后丝素。
A步骤中特制反应釜加热温度为180℃，加热压强为2MPa；B步骤中重复次数为4次，最终所得溶液中溶质质量分数为200ppm。
3)将晾干的丝素与CaCl2三元体系以一定的质量比混合溶解。
作为示例，丝素与CaCl2三元体系的质量比为1：20，CaCl2三元体系为CaCl2：C2H5OH：H2O以摩尔质量比为2：3：11组成的混合溶液，溶解条件为恒温水浴锅，温度为80℃，时长为120min。
4)将溶解完成的丝素溶液滤除杂质后置于透析袋，之后置于超纯水中透析。
作为示例，透析中所使用的透析袋孔径为8000DA,透析时丝素与超纯水的比例为1：150，
5)将透析完成的丝素溶液进行高速低温离心，取丝素溶液。
作为示例，进行离心操作时离心机工作转速为9000r/min，离心温度在-5℃。
6)将离心完成的丝素溶液倒于透析袋放入聚乙二醇溶液或空气中进行浓缩处理；
作为示例，所述步骤6)中聚乙二醇分子量为10000，所配制的聚乙二醇溶液中纯水和聚乙二醇的质量比为1：40，浓缩环境为4℃恒温环境，换水时间间隔为3h，透析总时长为50h。
7)取浓缩完成后的丝素溶液于内固定组合支架模具中并进行甲醇处理；
作为示例，内固定组合支架模具为耐高低温石英玻璃。
8)将甲醇处理完成的蚕丝内固定组合支架用纯水洗脱，之后置于真空干燥炉中进行干燥；
作为示例，纯水洗脱中内固定组合支架的质量与水的体积比为1：60，单次洗涤时间为2h，更换次数为12次。
9)将完全干燥后的初胚内固定组合支架用数控机床处理至手术所需内固定组合支架的形态，进行灭菌处理并在无菌环境中存储或直接使用。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其特征在于：所述的制备方法步骤如下：
1)将开口蚕茧用常温超纯水清洗杂质至洁净状态；
2)将洁净后的开口蚕茧与水通过1:10的比例置于100～120℃的密闭容器中，维持水温在100～180℃中蒸煮2～5小时进行初步脱胶；
3)将步骤2)中初步脱胶的开口蚕茧放入甩干机，采用温度90～100℃的水持续注入甩干机，进行一边甩干一边冲洗，15～20min后取出脱胶完全的蚕茧丝素；
4)将步骤3)中的丝素晾干，采用真空球磨机将晾干的丝素研磨成丝素粉，再将丝素粉与CaCl2三元体系通过1:1～100的质量比置于温度为20～100℃的恒温水浴锅中混合溶解，溶解时间为10min～1000min，混合溶解后形成混合溶液；
5)将混合溶液置于透析袋中，再将透析袋浸入超纯水中透析除杂；
6)将透析完成的混合溶液进行高速低温离心，获取无杂质丝素溶液；
7)将丝素溶液置于透析袋中，将所述透析袋置于聚乙二醇溶液中对丝素溶液进行干燥浓缩；
8)将干燥浓缩后的丝素溶液注入内固定组合支架模具中，并在注入模具后的丝素溶液上表面覆盖蚕丝材质的海绵体，并往海绵体上滴入甲醇，甲醇通过海绵体均匀渗透至丝素溶液中，甲醇处理时间为3-5天；
9)将甲醇处理完成后的含蚕丝内固定组合支架的模具浸入纯水中洗脱，含内固定组合支架的模具与水的体积比为1：1～100，单次洗涤时间为1-10h，洗涤次数为1-10次，得到蚕丝内固定组合支架；
10)将洗脱后的蚕丝内固定组合支架置于真空干燥炉中通入氦气或氩气进行风干；
11)将风干后的蚕丝内固定组合支架进行灭菌处理，再密封无菌储存或使用。
2.根据权利要求1所述的一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其特征在于：所述的内固定组合支架为细小零件、柱体、管状体、异形多面体中的一种或多种组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其特征在于：所述的内固定组合支架模具为PE、玻璃、陶瓷或不锈钢中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其特征在于：所述的透析袋的孔径为1000-20000DA。
5.根据权利要求1所述的一种蚕丝内固定组合支架的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中浓缩后的丝素溶液浓度为15％～50％。
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