CN109762184B - 一种胶原蛋白水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶原蛋白水凝胶的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)胶原溶液配制：称取一定量胶原置于反应釜中，加入40‑200倍重量0.05‑0.5mol/L有机酸溶液，在蠕动泵作用下使溶液反复通过50‑400目筛网使其达到均匀状态；(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中加入一定量的氨基酸，继续在蠕动泵作用下使溶液反复通过50‑400目筛网以达到均匀状态；(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于0‑10℃低温中，采用超滤法进行溶液置换，在超滤过程中加入超纯水或pH 6‑8的缓冲液，连续超滤直至透过液pH与加入的超纯水或缓冲液的pH之间的差值低于0.2；(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行辐照。本发明的制备方法能够制备均一的水凝胶，解决了辐照后液体析出的问题。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体地，本发明涉及一种胶原蛋白水凝胶的制备方法。
背景技术
胶原是具有三螺旋结构的天然生物高分子，是动物体内含量最丰富的蛋白质，哺乳动物身上所有蛋白质中约30％是胶原蛋白。胶原蛋白广泛分布于人体各组织器官中，以结缔组织中含量最高。由于它是机体内多种组织的主要组成成分，起到细胞和组织结构的支架作用，对细胞和组织的形态结构、新陈代谢、生长和分化等均有重要的影响。胶原根据其每条链的氨基酸组成差异分为多种类型，尽管各种胶原蛋白的结构差异很大，但它们具有共同的特征：都是由3条α肽链以右手螺旋方式形成蛋白质，这样的三股螺旋区域被称为胶原区域。每一个α肽链在分子结构上都是由重复出现的Gly-X-Y肽段构成左手螺旋，3条链在氨基酸残基的相互作用下，以同一轴为中心，以右手螺旋方式形成稳定的三股螺旋结构。胶原蛋白具有较大的亲和力、较弱的抗原性、良好的生物相容性和生物降解安全性，可降解吸收，粘着力好，因而具有独特的皮肤修复功能。作为一种性能优良的生物材料，胶原在医学领域已经得到广泛的应用，比如止血海绵，组织工程支架，药物缓释胶等等。
氨基酸是羧酸碳原子上的氢原子被氨基取代后的化合物，氨基酸分子中含有氨基和羧基两种官能团。氨基酸具有明确的结构特征，并且具有极高的生物相容性、可降解性及生物安全性。
水凝胶在生物医学领域有着很重要的应用，其具有三维网格结构，含有大量水分，具有可成型性以及吸湿性，广泛应用于食品、医药等各种领域。水凝胶的制备方法有很多种，包括相转变，分子自组装，化学交联等，但其使用的交联剂或者引发剂大多具有一定毒性，存在如何去除交联剂或者引发剂问题，从而限制了其应用。而辐射交联则避免了这一问题，交联过程中不会产生大量热对其造成影响，并且可以通过采用不同辐照强度则可以调节水凝胶强度。
发明内容
针对胶原蛋白水凝胶辐射后造成样品中析出一定量液体，本发明目的在于提供一种胶原蛋白水凝胶的制备方法，形成状态均一的水凝胶，很好地解决了辐照后一定量液体析出问题。本发明的一种胶原蛋白水凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)胶原溶液配制：称取一定量胶原置于反应釜中，加入40-200倍重量0.05-0.5mol/L有机酸溶液，在蠕动泵作用下使溶液反复通过50-400目筛网使其达到均匀状态；
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中加入一定量的氨基酸，继续在蠕动泵作用下使溶液反复通过50-400目筛网以达到均匀状态；
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于0-10℃低温中，采用超滤法进行溶液置换，在超滤过程中加入超纯水或pH 6-8的缓冲液，连续超滤直至透过液pH与加入的超纯水或缓冲液的pH之间的差值低于0.2；
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行辐照。
优选地，所述胶原具有三螺旋结构。
优选地，所述有机酸是乙酸、丙酸、丁酸或戊酸。
优选地，所述氨基酸为亲水性氨基酸。
优选地，所述亲水性氨基酸精氨酸、组氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺的一种或几种。
优选地，所述几种亲水性氨基酸的组合，其添加顺序是根据其亲水性强弱的顺序。
优选地，制备步骤(2)中所述氨基酸的添加量与加入胶原的质量比为1-50:1000，温度为10-30℃，pH为3.5-5。
优选地，所述制备步骤(3)中使用的超滤膜的截留分子量范围为1-30kDa。
优选地，所述制备步骤(4)中使用的辐照可以是钴60辐照或电子束辐照,辐照剂量为10-40kGy。
本发明的优点包括：使用胶原具有三螺旋结构，分子溶解后在溶液中呈单分子状态，可以提高反应速率。制备过程中通过蠕动泵使溶液过一定目数滤网实现溶液均匀，避免了搅拌不当对胶原性能造成的影响，并且工艺易于放大。制备出的胶原蛋白水凝胶能够形成的水凝胶状态均一，很好地解决了辐照后样品有一定量液体析出的问题，并且其pH在6-8范围内可调，通过辐照强度控制胶原蛋白水凝胶的强度。
具体实施例
下面通过具体实施例对本发明进行具体的描述，值得提出的是，本实施例只是用于对本发明的一种胶原蛋白水凝胶制备方法的举例说明，并不能代表本发明专利的全部，更不能理解为对本发明保护范围的限制，在不脱离本发明实质的构思的前提条件下，还可以做出若干调整或改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)胶原溶液配制：称取150g胶原，置于50L搅拌反应釜内，加入浓度为0.05mol/L的醋酸溶液30kg，在蠕动泵使溶液反复通过100目筛网以达到均匀状态。
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中加入0.15g赖氨酸粉末，继续在蠕动泵使溶液反复通过100目筛网以达到均匀状态。
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于4℃低温中，采用截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤，在超滤过程中加入pH6.0的磷酸盐缓冲液，连续超滤直至透过液pH与6.0差值低于0.2。
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行电子束辐照，辐照剂量为10kGy。
辐照后即可获得所制备的均一透明状态胶原蛋白水凝胶，弹性模量为65.56kPa，复合黏度为50.21Pa·s，可以很好地贴附于皮肤并维持一定形态，此外其含水量高达98.2％，能够保证伤口处于湿性环境促进其愈合。常温下放置一个月无变质，无溶液析出。
实施例2
(1)胶原溶液配制：称取50g胶原，置于50L搅拌反应釜内，加入5kg浓度为0.1mol/L丁酸溶液，在蠕动泵使溶液反复通过400目筛网以达到均匀状态。
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中加入2.5g谷氨酸粉末，继续在蠕动泵使溶液反复通过400目筛网以达到均匀状态。
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于0℃低温中，采用截留分子量为1kDa的超滤膜进行超滤，在超滤过程中加入pH7.0的超纯水，连续超滤直至透过液pH与7.0差值低于0.2。
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行电子束辐照，辐照剂量为30kGy。
辐照后即可获得所制备的均一状态乳白色胶原蛋白水凝胶，弹性模量为45.56kPa，复合黏度为37.38Pa·s，含水量为98.8％，不仅能够与皮肤很好地贴附，还能保持伤口湿润，加速愈合。常温下放置六周无变质，无溶液析出。
实施例3
(1)胶原溶液配制：称取100g胶原，置于50L搅拌反应釜内，加入16kg浓度为0.3mol/L丙酸溶液，在蠕动泵使溶液反复通过200目筛网以达到均匀状态。
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中分别加入0.7g精氨酸与0.3天冬氨酸粉末，继续在蠕动泵使溶液反复通过200目筛网以达到均匀状态。
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于8℃低温中，采用截留分子量为10kDa的超滤膜进行超滤，在超滤过程中加入pH7.4的磷酸盐缓冲液，连续超滤直至透过液pH与7.4差值低于0.2。
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行钴60辐照，辐照剂量为20kGy。
辐照后即可获得所制备的均一状态胶原蛋白水凝胶，弹性模量为70.53kPa，复合黏度为67.43Pa·s，含水量为97.9％，具有一定弹性，与皮肤很好地贴附，并且符合湿性愈合理论，防止了换置伤口时造成的二次伤害。常温下放置三个月无变质，无溶液析出。
实施例4
(1)胶原溶液配制：称取150g胶原，置于50L搅拌反应釜内，加入6kg浓度为0.5mol/L戊酸溶液，在蠕动泵使溶液反复通过50目筛网以达到均匀状态。
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中分别加入1g天冬酰胺和0.5g组氨酸粉末，继续在蠕动泵使溶液反复通过50目筛网以达到均匀状态。
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于10℃低温中，采用截留分子量为20kDa的超滤膜进行超滤，在超滤过程中加入pH8.0的磷酸盐缓冲液，连续超滤直至透过液pH与8.0差值低于0.2。
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行钴60辐照，辐照剂量为40kGy。
辐照后即可获得所制备的均一状态胶原蛋白水凝胶，弹性模量为90.21kPa，复合黏度为85.52Pa·s，具有一定的弹性，并可以很好地与皮肤贴合。此外，其含水量高达97.8％，能够保持伤口湿润，加快愈合以及效果并且方便伤口换取敷料，不会发生二次伤害。常温下放置两个月无变质，无溶液析出。
Claims (7)
1.一种胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)胶原溶液配制：称取一定量胶原置于反应釜中，加入40-200倍重量0.05-0.5mol/L有机酸溶液，在蠕动泵作用下使溶液反复通过50-400目筛网使其达到均匀状态；其中，所述有机酸是乙酸、丙酸、丁酸或戊酸；
(2)加入氨基酸：向步骤(1)制备的胶原溶液中加入一定量的氨基酸，继续在蠕动泵作用下使溶液反复通过50-400目筛网以达到均匀状态；其中，所述氨基酸为亲水性氨基酸；
(3)pH调节：将步骤(2)制备出的溶液置于0-10℃低温中，采用超滤法进行溶液置换，在超滤过程中加入超纯水或pH 6-8的缓冲液，连续超滤直至透过液pH与加入的超纯水或缓冲液的pH之间的差值低于0.2；
(4)辐照：将步骤(3)制备的样品分装后进行辐照。
2.根据权利要求1所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，所述胶原具有三螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水性氨基酸为精氨酸、组氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，所述几种亲水性氨基酸的组合，其添加顺序是根据其亲水性强弱的顺序。
5.根据权利要求1所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，制备步骤(2)中所述氨基酸的添加量与加入胶原的质量比为1-50:1000，温度为10-30℃，pH为3.5-5。
6.根据权利要求1所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于制备步骤(3)中使用的超滤膜的截留分子量范围为1-30kDa。
7.根据权利要求1所述的胶原蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于制备步骤(4)中使用的辐照是钴60辐照或电子束辐照，辐照剂量为10-40kGy。
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