CN109954163A - 一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法。该制备方法包括动物胶原蛋白提取，胶原膜制备，胶原膜导电修饰。制备的胶原膜厚度可控，弹性和韧性较好，表面经过导电处理后仍具有半透明特性。本发明的优点在于取材方便，操作简单，价格低廉，制备过程简单稳定，可控性好，具有良好的生物相容性。可以应用于医用生物材料，神经、心肌和皮肤等组织工程，细胞培养等领域。

Description

一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法
技术领域
本发明属医学生物材料和组织工程领域，具体涉及一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法。
背景技术
导电的复合材料在医学生物材料和组织工程领域具有重要的应用价值。其中生物材料主要有壳聚糖，明胶，海藻酸钠，导电材料主要有碳纳米管，金属纳米粒子，石墨烯，导电高聚合材料等。主要以膜和多孔支架形式展现。这些材料的制备过程中，涉及到有机物等交联、固化反应，步骤繁琐，材料的透光性和生物相容性较差。
胶原蛋白是体内主要的蛋白成分，在医学和生物医学研究中具有重要价值，常被用于医学生物材料和生物研究等领域。纳米银线是近几年发展起来的新型导电材料，导电性能好，与其他材料结合可以形成透明的新型导电材料。目前，尚未报道利用胶原和纳米银线结合形成导电胶原膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米银线修饰的半透明导电胶原膜的制备方法。
本发明所提供的一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)胶原膜的制备：
a.称量一定质量体积比的胶原蛋白溶液到培养皿内，冷冻干燥；胶原蛋白溶液浓度按照实际胶原蛋白质量与容器的底面积换算浓度范围为0.2-5mg/cm2；
b.加入乙醇到冷冻干燥后的胶原蛋白表面，形成水化的胶原蛋白膜；乙醇的量以高出容器底面5mm以上；固定10-20分钟；
c.小心剥离培养皿内的胶原膜，转移到去离子水内展开；
d.利用适当大小的干净玻璃片捞取胶原膜，常温风干成薄的胶原膜；
e.用环状或方形器具将胶原膜封接形成底部为胶原膜的容器；
其中胶原溶液内胶原蛋白的总含量与胶原蛋白膜的厚度成正相关。无水乙醇有利于冻干的胶原蛋白迅速成膜。
使用锋利的刀片将胶原蛋白膜与容器壁分离。
将乙醇浸泡的胶原膜置于去离子水中，利于胶原膜的展开。
利用适当大小的干净玻璃片捞取胶原膜，防止胶原膜褶皱。
风干胶原膜有利于与其他闭合孔状器件封接结合。
(2)胶原膜导电修饰
a.称取一定质量体积比的纳米银线溶液，与一定浓度胶原溶液均匀混合；纳米银线的终浓度为：(0.1-5)mg/ml，胶原溶液终浓度为(0.1-5)mg/ml；其中纳米银线的浓度和胶原蛋白浓度共同决定了导电胶原膜的透光性，纳米银线的浓度决定了胶原膜的导电性；
b.将胶原-纳米银线混合溶液加入到上述底部为胶原膜的容器内；
c.风干成表面为纳米银线修饰的胶原膜。
其中纳米银线置于去离子水中，与低浓度的胶原溶液混合制备纳米银线-胶原溶液，用于修饰步骤(1)中的胶原膜。
一种半透明导电胶原蛋白膜的应用，该胶原膜以及导电胶原膜适用于以下领域：a.医用生物材料；b.神经、心肌、皮肤、血管等组织工程；c.细胞培养；
d.化妆品领域；e.微流控芯片和器官芯片领域。
本发明的优点在于取材方便，操作简单，价格低廉，制备过程简单稳定，可控性好，具有良好的生物相容性。可以应用于医用生物材料，神经、心肌和皮肤等组织工程，细胞培养等领域。
附图说明
图1为制备的胶原膜外观；A为冷冻干燥的猪蹄筋胶原溶液后的胶原蛋白固体；B为冷冻干燥的固体胶原蛋白经过乙醇固定后形成的薄膜，在去离子水内展开；C为胶原蛋白膜。
图2为胶原膜和导电胶原膜透光性初评；A为干燥的胶原膜透光性；B为水化后胶原膜的透光性，水化后透光性增强；C为胶原膜经过纳米银线处理后的水化状态；D为胶原膜经过纳米银线处理后的透光性，透光性仍良好。
图3为原子力显微镜表征导电胶原膜形貌和导电性检测；A为胶原膜的形貌，显示表明为粗糙的3维结构；B为纳米银线修饰的胶原膜表面形貌，可见到纳米银线；C为纳米银线修饰的胶原膜导电表明检测；E为导电曲线和表明电阻，较胶原膜比较，导电电阻约为49.55.
图4为不同浓度银线修饰的胶原膜电镜照片；银线终浓度分别为0.2,0.4，0.8,1.2，1.6,2.0mg/ml的银线修饰的胶原膜电镜照片。
具体实施例
以下结合实例对本发明技术方案及效果作进一步说明。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能局限于下面的实施例。
实施例1
胶原膜的制备
本实施例采用自提的猪蹄肌腱胶原蛋白，胶原蛋白提取过程如下：从市场购得猪蹄，用清水刷洗干净，去除皮毛和肌肉。利用剪刀解剖分离猪蹄内白色肌腱，去除肌肉、脂肪和油脂和表面筋膜，无菌去离子水冲洗，获得白色肌腱(图1)。肌腱组织经过酒精消毒3-5分钟，无菌去离子水冲洗3次以上，用锋利的剪刀将肌腱剪碎成3-5毫米微组织(图2)，加入充足的去离子水冲洗3-5次冲洗，用无菌的滤纸吸走表明油滴，清洗直至完全去除油脂。配制体积百分含量为0.2％冰醋酸水溶液，过滤除菌4度备用。将剪碎的肌腱组织按照0.5％质量体积比加入到冰醋酸中，充分悬浮组织，置于4度冰箱溶解10天，每天震荡5次以上，促进肌腱组织溶解。将溶解的胶原溶液转移到50毫升离心管中，4度高速离心15分钟，转速在1.5万每分钟。收集上层溶液，去除底部未溶解的组织。将获得胶原溶液上清转移到10厘米无菌的培养皿中，冷冻干燥20-30小时，获得肌腱胶原粉末(图3)。无菌条件下定量，再溶解到体积百分含量为0.2％冰醋酸水溶液中，4度冰箱溶解6天，可以获得浓度为2mg/ml胶原蛋白溶液。将胶原蛋白溶液加入到60毫米的细菌培养皿中，为制备3种不同厚度的胶原膜，每个皿中分别加入2.5，3.5，4.5毫升的2mg/ml胶原蛋白溶液，冷冻干燥(图1A)。将冷冻干燥的胶原蛋白加入5毫升乙醇，常温固化15分钟，小心剥离胶原膜，置于去离子水内展开，裁剪成2.2厘米直径的圆形胶原膜(图1B)。操作过程中可以使用眼科镊子，胶原膜不易破裂，说明韧性较好(图1C)。
裁剪合适大小的胶原膜用干净的载玻片捞起展开，常温风干。干燥的胶原膜具有半透明特性(图2A)，水化后透光性加强(图2B)。使用直径2厘米直径的石英环，利用PDMS胶水将石英环与胶原膜和玻璃基底封接。制备胶原膜为基底的开放容器。
实施例2
导电胶原膜的制备
本实施例主要采用纳米银线作为导电材料。将纳米银线水溶液简单超声15秒使银线分散均匀。用0.8mg/ml胶原溶液(同实施例1)制备含纳米银线分别为0.2,0.4，0.8,1.2，1.6,2.0mg/ml的纳米银线胶原溶液。将1毫升上述纳米银线胶原溶液加入到上述石英环封接的胶原膜上，40度风干(图2C)；为促进纳米银线涂布均匀，该步骤重复3次。纳米银线胶原膜透明度如图(图2D)。由于边缘效应，胶原膜周边纳米银线浓度高于中心。原子力显微镜分析胶原和纳米银线胶原膜表面形貌和导电性(图3)。结果显示胶原膜表面呈现3D粗糙形貌(图3A)，纳米银线修饰的胶原膜粗糙程度增加(图3B)，表面有导电的纳米银线，银线之间形成网络连接(图3C)，电阻约在49.55(图3E)，胶原膜表面无导电性。不同浓度银线修饰的胶原膜电镜照片如图4。

Claims (6)

1.一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：
(1)胶原膜的制备：
a.称量一定质量体积比的胶原蛋白溶液到培养皿内，冷冻干燥；
b.加入乙醇到冷冻干燥后的胶原蛋白表面，形成固化的胶原蛋白膜；
c.小心剥离培养皿内的胶原膜，转移到去离子水内展开；
d.利用适当大小的干净玻璃片捞取胶原膜，常温风干成薄的胶原膜；
e.用环状或方形器具将胶原膜封接形成底部为胶原膜的容器；
(2)胶原膜导电修饰：
a.称取一定质量体积比的纳米银线溶液，与一定浓度胶原溶液均匀混合；
b.将胶原-纳米银线混合溶液加入到上述底部为胶原膜的容器内；
c.风干成表面为纳米银线修饰的胶原膜。
2.按照权利要求1所述一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)a中胶原蛋白溶液浓度按照实际胶原蛋白质量与容器的底面积换算浓度范围为0.2-5mg/cm2。
3.按照权利要求1所述一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)b加入无水乙醇，乙醇的量以高出容器底面5mm以上；固定10-20分钟。
4.按照权利要求1所述一种半透明导电胶原蛋白膜制备方法及应用，其特征在于：步骤(2)a中纳米银线水溶液与胶原蛋白溶液混合，纳米银线的终浓度为：0.1-5mg/ml，胶原溶液终浓度为0.1-5mg/ml。
5.按照权利要求1所述一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)c中，风干条件为40-60℃烘箱内。
6.按照权利要求1所述一种半透明导电胶原蛋白膜的制备方法，其特征在于：利用该方法制备的胶原膜和导电胶原膜可以被切割成任意大小和形状。
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