CN111676537A - 一种基于近场电纺技术的丝素蛋白组织工程支架制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于近场电纺技术的丝素蛋白组织工程支架制备方法，通过将再生的丝素蛋白水溶液与聚氧化乙烯水溶液混合，调节混合材料的配比，改变整个混合物的黏度特性，制备出了可以用于近场电纺的丝素蛋白/PEO溶液体系，之后采用近场电纺打印技术，按照周期循环的十字网状结构的支架模型打印，最后通过化学改性剂浸泡等后处理工艺，实现了丝素蛋白组织工程支架的制备。本发明制备方法简单，生产效率高，且不影响原料的固有特性，制备的组织工程支架的孔隙率高且可调控，孔径大小合适，良好的力学性能和较大的比表面积，支架材料的生物相容性和生物活性好，可以较好的模拟细胞外基质，适合于细胞的黏附、增殖和分化。

Description

一种基于近场电纺技术的丝素蛋白组织工程支架制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种基于近场电纺技术的丝素蛋白组织工程支架制备方法。
背景技术
组织工程是指将分离的成组细胞和干细胞等经体外培养扩增后，种植于一种天然或人工合成的可被人体逐步降解吸收的细胞支架，这种生物材料支架可为细胞提供生存的三维空间，有利于细胞获得足够的营养物质、进行气体交换、排除废料，使细胞在预制形态的三维支架上生长，再将这种黏附上细胞的材料植入组织缺损部位，在生物材料逐步降解的同时，种植的细胞不断增殖，从而达到修复组织缺损的目的。
在组织工程研究中最重要的环节是三维支架的构建及支架与细胞的复合，支架材料通过影响细胞的黏附和分化等，可以直接或间接地影响到再生组织的质量。高分子材料，如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)等因具有良好的力学机械性能及生物可降解性而被广泛应用于组织工程领域，其来源广泛、成本低廉、易造型等特点都是天然高分子所无法比拟的。而天然生物材料，如胶原、壳聚糖、明胶、去细胞外基质等，因其普遍存在于生物体内，所以生物和细胞相容性好，但由于它们来源有限、价格相对昂贵，限制了它们在构建组织工程支架上的应用。
丝素蛋白是一种无生理活性的天然结构性蛋白，具有其他高分子材料所不可比拟的优点：无毒、无刺激、无污染、独特的机械性能及优良的透气性、透湿性和生物相容性，支持组织细胞的生长与增殖。而且丝素蛋白具有与其他生物大分子一样的生物可降解性，这使其成为了组织工程器官和组织构建中的新型材料。目前，丝素蛋白组织工程支架的制备方式主要包括溶剂浇铸/粒子沥滤法、冷冻干燥法以及快速成型法(3D打印技术)。溶剂浇铸/粒子沥滤法是将含有致孔剂的高分子溶液倒入模具中，溶剂挥发后除去致孔剂，这种方法简便，成本低，形成的孔隙的大小及形状可控，但是使用有机溶剂会降低生物分子的活性，而且如果支架太厚，其中心部位的致孔剂将很难完全去除。冷冻干燥法是在低温低压的条件下，使材料中的冰晶升华后形成内部多孔的结构，采用这种方法形成的支架孔隙率高，孔的内部连通性好，易于通过模具控制支架形状，但是所形成的孔隙的孔径较小且可控性差。快速成型法(3D打印技术)是使用CAD模型直接驱动3D打印机，通过增材制造的手段快速制备任意形状的组织工程支架，通过3D打印技术得到的组织工程支架的孔径大小、孔隙率以及孔形状可控，支架形状可控，制备时间短，但是在这个过程中，形成的孔隙率较低，而且还需要使用3D打印机这种特殊设备。
自从Formhals等人于1934年利用电纺技术实现纳米纤维无纺布的构建之后，静电纺丝技术就为大家所熟知。这一技术的核心是使带电流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质。当给注射器针尖和收集板之间加上静电高压时，电场力克服针尖液滴的表面张力，高速射流被拉伸，然后形成泰勒锥，静电力使射流分岔，变成极细的丝状纤维。最后溶剂挥发，收集板收集到无序的无纺布式纳米级纤维。由于在分子结构上，丝素蛋白由轻、重两条链构成，两条链紧紧缠绕，结构致密，从而形成3种主要的空间结构构象：无规卷曲、α-螺旋和β-折叠。蛋白分子链按α-螺旋和β-平行折叠构象交替堆积形成I型结构，按β-反平行折叠堆积形II型结构，这些分子链构象与晶型结构决定了丝素蛋白具有良好的力学性能，使其在静电高压电场下容易被拉成纤维，并且它的分子量大、黏度高、分子构象稳定，因此，丝素蛋白被广泛应用于静电纺丝研究。近些年来，随着静电纺丝技术的不断发展，通过调控匹配施加电压的大小、极板间距和电纺溶液体系，可以采用近场电纺技术实现对纤维的有序控制，通过对纳米级移动平台的精确控制可以实现纤维在极板上的有序沉积。
研究发现，与传统的静电纺丝技术不同的是，使用近场电纺技术可以收集到有序的纤维，这些纤维的直径虽然比静电纺丝得到的纳米级纤维要粗，但是恰恰可以更好的模拟人体细胞外基质的环境，是制备组织工程支架一种新方法。本发明使用近场电纺法制备的丝素蛋白组织工程支架可以更好地模拟细胞外基质的结构，同时具有结构可控、成本低廉、比表面积大和易于表面功能化修饰的特点。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种丝素蛋白电纺溶液和组织工程支架制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种丝素蛋白电纺溶液，包括丝素蛋白水溶液和聚氧化乙烯水溶液。
其中，丝素蛋白水溶液的制备方法为：将蚕茧放入碳酸钠溶液中煮沸除去蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗，风干获得丝素纤维，将丝素纤维溶于溴化锂水溶液中形成丝素蛋白溶液，经过透析除去溶液中的溴化锂，离心去除杂质，过滤得到丝素蛋白水溶液；聚氧化乙烯水溶液的制备方法为：将一定量的聚氧化乙烯加入适量的超纯水中，边升温边搅拌直至聚氧化乙烯完全溶解，聚氧化乙烯的分子量为900000g/mol。
丝素蛋白电纺溶液的制备方法，过程包括以下步骤：
(1)丝素蛋白水溶液的制备：将剪碎的蚕茧放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30～45分钟除去蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，在室温下风干获得丝素纤维，将丝素纤维与一定量的物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，于60℃下溶解成丝素蛋白溶液，经过透析除去溶液中的溴化锂，离心去除杂质，过滤得到丝素蛋白水溶液；
(2)聚氧化乙烯水溶液的制备：将一定量的聚氧化乙烯加入适量的超纯水中，边升温边搅拌直至聚氧化乙烯完全溶解，最高温度为60～70℃，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
(3)纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10～30分钟即可。
一种丝素蛋白组织工程支架的制备方法，过程包括以下步骤：
(1)近场电纺：将所述的纺丝原液注入近场直写装置中，进行近场电纺制备复合纳米纤维支架；
(2)后处理：将所述的复合纳米纤维支架使用化学改性剂处理，随后置于往复式振荡机中，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时获得丝素蛋白纳米纤维支架。
其中，近场电纺的工艺参数为：电压3千伏～15千伏，溶液流量1.5～2.0微升/分钟，接受距离为3～7毫米，优选地，接受距离为5毫米。
其中，化学改性剂为甲醇/水混合溶液、乙醇、异丙醇或正丁醇，优选地，化学改性剂为体积比为9：1(ml:ml)的甲醇/水混合溶液。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明基于近场电纺技术，制备了丝素蛋白组织工程支架，该支架可以较好的模拟细胞外基质，是理想的组织工程支架；
2.本发明制得的丝素蛋白纤维支架具有可以调控的孔隙率，良好的力学性能和较大的比表面积，在体内可降解，可以调控损伤组织的修复；
3.本发明制备方法简单，生产效率高，且不影响原料的固有特性，制备的组织工程支架的孔隙率高，孔径大小合适，适合于细胞的黏附、增殖和分化，支架材料的生物相容性和生物活性好，符合组织工程支架的使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例中纺丝原液的配置流程图；
图2为本发明实施例中的近场电纺装置的结构组成示意图。
附图标记说明：
1.微量注射泵，2.注射器，3.静电高压电源，4.接收平板。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例对本发明内容作进一步说明，但本发明的保护内容不局限以下实施例。
实施例1
一种丝素蛋白组织工程支架，具体是按照以下步骤制备的：
a.丝素蛋白水溶液的制备：首先配制2升的物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液，将5克蚕茧剪碎，裁剪为硬币大小，放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30分钟去除蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，漱洗后置于烧杯中充分搅拌1小时，其间换水3次，之后置于通风橱内室温下风干获得丝素纤维，根据风干的丝素纤维的质量，配制物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂溶液，将配制好的溴化锂溶液倒入风干的丝素纤维中，将丝素纤维按照质量：体积＝1：4(g:ml)的方式与物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，在60℃的温度下孵化4小时，使丝素纤维充分溶解于溴化锂溶液中，将丝素纤维和溴化锂的共混溶液装入预处理过的透析袋中，在超纯水中透析48小时，其间换水6次，将透析得到的丝素蛋白水溶液在4℃条件下，以9000转/分钟(r.p.m.)的速度离心20分钟(共两次)，将得到的再生丝素蛋白水溶液保存在4℃的温度条件下；
b.聚氧化乙烯水溶液的制备：将5克的聚氧化乙烯加入100毫升超纯水中，边升温边搅拌，最高温度为60～70℃，搅拌12小时，直至聚氧化乙烯完全溶解，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
c.纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10分钟，搅拌过程中应避免较大的剪切力，过大的剪切力会引起丝素蛋白的结晶；
d.近场电纺：将纺丝原液注入近场直写装置中具有合适的针头直径的注射器当中，注射器另一端与微量注射泵相连，用于控制电纺原液的流量，在针头的正下端安装收集平面(收集平面必须是接地的，一般采用铝箔固定在移动平台上)，针头一端连接静电高压，收集平面一端接地，设置针头距离极板的间距为5毫米，开始电纺时，设置电流为0A，在针头上施加静电高压10kV，同时开启微量注射泵，调节电纺原液流量为1.5μL/min，得到稳定的射流后通过移动纳米平台就可以将丝素蛋白/PEO复合纤维有序沉积在收集平面上，从而打印得到丝素蛋白/PEO组织工程支架；
e.后处理：将打印出的固化件使用体积比为9：1(ml:ml)的甲醇/水混合溶液处理20分钟，引发丝素蛋白中的构象转变，使打印出的固化件不再溶于水，之后将甲醇/水溶液处理过的组织工程支架置于超纯水当中，使用往复式振荡机去除丝素蛋白/PEO组织工程支架中的聚氧化乙烯(PEO)，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
实施例2
一种丝素蛋白组织工程支架，具体是按照以下步骤制备的：
a.丝素蛋白水溶液的制备：首先配制2升的物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液，将5克蚕茧剪碎，裁剪为硬币大小，放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30分钟去除蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，漱洗后置于烧杯中充分搅拌1小时，其间换水3次，之后置于通风橱内室温下风干获得丝素纤维，根据风干的丝素纤维的质量，配制物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂溶液，将配制好的溴化锂溶液倒入风干的丝素纤维中，将丝素纤维按照质量：体积＝1：4(g:ml)的方式与物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，在60℃的温度下孵化4小时，使丝素纤维充分溶解于溴化锂溶液中，将丝素纤维和溴化锂的共混溶液装入预处理过的透析袋中，在超纯水中透析48小时，其间换水6次，将透析得到的丝素蛋白水溶液在4℃条件下，以9000转/分钟(r.p.m.)的速度离心20分钟(共两次)，将得到的再生丝素蛋白水溶液保存在4℃的温度条件下；
b.聚氧化乙烯水溶液的制备：将5克的聚氧化乙烯加入100毫升超纯水中，边升温边搅拌，最高温度为60～70℃，搅拌12小时，直至聚氧化乙烯完全溶解，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
c.纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10分钟，搅拌过程中应避免较大的剪切力，过大的剪切力会引起丝素蛋白的结晶；
d.近场电纺：将纺丝原液注入近场直写装置中具有合适的针头直径的注射器当中，注射器另一端与微量注射泵相连，用于控制电纺原液的流量，在针头的正下端安装收集平面(收集平面必须是接地的，一般采用铝箔固定在移动平台上)，针头一端连接静电高压，收集平面一端接地，设置针头距离极板的间距为5毫米，开始电纺时，设置电流为0A，在针头上施加静电高压10kV，同时开启微量注射泵，调节电纺原液流量为2μL/min，得到稳定的射流后通过移动纳米平台就可以将丝素蛋白/PEO复合纤维有序沉积在收集平面上，从而打印得到丝素蛋白/PEO组织工程支架；
e.后处理：将打印出的固化件使用乙醇处理48小时，引发丝素蛋白中的构象转变，使打印出的固化件不再溶于水，之后将甲醇/水溶液处理过的组织工程支架置于超纯水当中，使用往复式振荡机去除丝素蛋白/PEO组织工程支架中的聚氧化乙烯(PEO)，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
实施例3
一种丝素蛋白组织工程支架，具体是按照以下步骤制备的：
a.丝素蛋白水溶液的制备：首先配制2升的物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液，将5克蚕茧剪碎，裁剪为硬币大小，放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30分钟去除蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，漱洗后置于烧杯中充分搅拌1小时，其间换水3次，之后置于通风橱内室温下风干获得丝素纤维，根据风干的丝素纤维的质量，配制物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂溶液，将配制好的溴化锂溶液倒入风干的丝素纤维中，将丝素纤维按照质量：体积＝1：4(g:ml)的方式与物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，在60℃的温度下孵化4小时，使丝素纤维充分溶解于溴化锂溶液中，将丝素纤维和溴化锂的共混溶液装入预处理过的透析袋中，在超纯水中透析48小时，其间换水6次，将透析得到的丝素蛋白水溶液在4℃条件下，以9000转/分钟(r.p.m.)的速度离心20分钟(共两次)，将得到的再生丝素蛋白水溶液保存在4℃的温度条件下；
b.聚氧化乙烯水溶液的制备：将5克的聚氧化乙烯加入100毫升超纯水中，边升温边搅拌，最高温度为60～70℃，搅拌12小时，直至聚氧化乙烯完全溶解，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
c.纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10分钟，搅拌过程中应避免较大的剪切力，过大的剪切力会引起丝素蛋白的结晶；
d.近场电纺：将纺丝原液注入近场直写装置中具有合适的针头直径的注射器当中，注射器另一端与微量注射泵相连，用于控制电纺原液的流量，在针头的正下端安装收集平面(收集平面必须是接地的，一般采用铝箔固定在移动平台上)，针头一端连接静电高压，收集平面一端接地，设置针头距离极板的间距为5毫米，开始电纺时，设置电流为0A，在针头上施加静电高压5kV，同时开启微量注射泵，调节电纺原液流量为1.5μL/min，得到稳定的射流后通过移动纳米平台就可以将丝素蛋白/PEO复合纤维有序沉积在收集平面上，从而打印得到丝素蛋白/PEO组织工程支架；
e.后处理：将打印出的固化件使用乙醇处理48小时，引发丝素蛋白中的构象转变，使打印出的固化件不再溶于水，之后将甲醇/水溶液处理过的组织工程支架置于超纯水当中，使用往复式振荡机去除丝素蛋白/PEO组织工程支架中的聚氧化乙烯(PEO)，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
实施例4
一种丝素蛋白组织工程支架，具体是按照以下步骤制备的：
a.丝素蛋白水溶液的制备：首先配制2升的物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液，将5克蚕茧剪碎，裁剪为硬币大小，放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30分钟去除蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，漱洗后置于烧杯中充分搅拌1小时，其间换水3次，之后置于通风橱内室温下风干获得丝素纤维，根据风干的丝素纤维的质量，配制物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂溶液，将配制好的溴化锂溶液倒入风干的丝素纤维中，将丝素纤维按照质量：体积＝1：4(g:ml)的方式与物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，在60℃的温度下孵化4小时，使丝素纤维充分溶解于溴化锂溶液中，将丝素纤维和溴化锂的共混溶液装入预处理过的透析袋中，在超纯水中透析48小时，其间换水6次，将透析得到的丝素蛋白水溶液在4℃条件下，以9000转/分钟(r.p.m.)的速度离心20分钟(共两次)，将得到的再生丝素蛋白水溶液保存在4℃的温度条件下；
b.聚氧化乙烯水溶液的制备：将5克的聚氧化乙烯加入100毫升超纯水中，边升温边搅拌，最高温度为60～70℃，搅拌12小时，直至聚氧化乙烯完全溶解，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
c.纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10分钟，搅拌过程中应避免较大的剪切力，过大的剪切力会引起丝素蛋白的结晶；
d.近场电纺：将纺丝原液注入近场直写装置中具有合适的针头直径的注射器当中，注射器另一端与微量注射泵相连，用于控制电纺原液的流量，在针头的正下端安装收集平面(收集平面必须是接地的，一般采用铝箔固定在移动平台上)，针头一端连接静电高压，收集平面一端接地，设置针头距离极板的间距为5毫米，开始电纺时，设置电流为0A，在针头上施加静电高压5kV，同时开启微量注射泵，调节电纺原液流量为2μL/min，得到稳定的射流后通过移动纳米平台就可以将丝素蛋白/PEO复合纤维有序沉积在收集平面上，从而打印得到丝素蛋白/PEO组织工程支架；
e.后处理：将打印出的固化件使用体积比为9：1(ml:ml)的甲醇/水混合溶液处理20分钟，引发丝素蛋白中的构象转变，使打印出的固化件不再溶于水，之后将甲醇/水溶液处理过的组织工程支架置于超纯水当中，使用往复式振荡机去除丝素蛋白/PEO组织工程支架中的聚氧化乙烯(PEO)，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
实施例5
一种丝素蛋白组织工程支架，具体是按照以下步骤制备的：
a.丝素蛋白水溶液的制备：首先配制2升的物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液，将5克蚕茧剪碎，裁剪为硬币大小，放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30分钟去除蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，漱洗后置于烧杯中充分搅拌1小时，其间换水3次，之后置于通风橱内室温下风干获得丝素纤维，根据风干的丝素纤维的质量，配制物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂溶液，将配制好的溴化锂溶液倒入风干的丝素纤维中，将丝素纤维按照质量：体积＝1：4(g:ml)的方式与物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，在60℃的温度下孵化4小时，使丝素纤维充分溶解于溴化锂溶液中，将丝素纤维和溴化锂的共混溶液装入预处理过的透析袋中，在超纯水中透析48小时，其间换水6次，将透析得到的丝素蛋白水溶液在4℃条件下，以9000转/分钟(r.p.m.)的速度离心20分钟(共两次)，将得到的再生丝素蛋白水溶液保存在4℃的温度条件下；
b.聚氧化乙烯水溶液的制备：将5克的聚氧化乙烯加入100毫升超纯水中，边升温边搅拌，最高温度为60～70℃，搅拌12小时，直至聚氧化乙烯完全溶解，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
c.纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10分钟，搅拌过程中应避免较大的剪切力，过大的剪切力会引起丝素蛋白的结晶；
d.近场电纺：将纺丝原液注入近场直写装置中具有合适的针头直径的注射器当中，注射器另一端与微量注射泵相连，用于控制电纺原液的流量，在针头的正下端安装收集平面(收集平面必须是接地的，一般采用铝箔固定在移动平台上)，针头一端连接静电高压，收集平面一端接地，设置针头距离极板的间距为5毫米，开始电纺时，设置电流为0A，在针头上施加静电高压15kV，同时开启微量注射泵，调节电纺原液流量为1.5μL/min，得到稳定的射流后通过移动纳米平台就可以将丝素蛋白/PEO复合纤维有序沉积在收集平面上，从而打印得到丝素蛋白/PEO组织工程支架；
e.后处理：将打印出的固化件使用体积比为9：1(ml:ml)的甲醇/水混合溶液处理20分钟，引发丝素蛋白中的构象转变，使打印出的固化件不再溶于水，之后将甲醇/水溶液处理过的组织工程支架置于超纯水当中，使用往复式振荡机去除丝素蛋白/PEO组织工程支架中的聚氧化乙烯(PEO)，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
综上，本发明通过将再生的丝素蛋白水溶液与聚氧化乙烯(PEO)混合，调节混合材料的配比，改变整个混合物的黏度特性，制备出了可以用于近场电纺的丝素蛋白/PEO溶液体系，之后采用近场电纺打印技术，按照周期循环的十字网状结构的支架模型打印，最后通过甲醇/水混合溶液浸泡等后处理工艺，实现了丝素蛋白组织工程支架的制备。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种丝素蛋白电纺溶液，其特征在于，包括丝素蛋白水溶液和聚氧化乙烯水溶液。
2.根据权利要求1所述的丝素蛋白电纺溶液，其特征在于，所述丝素蛋白水溶液的制备方法为：将蚕茧放入碳酸钠溶液中煮沸除去蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗，风干获得丝素纤维，将丝素纤维溶于溴化锂水溶液中形成丝素蛋白溶液，经过透析除去溶液中的溴化锂，离心去除杂质，过滤得到丝素蛋白水溶液；
所述聚氧化乙烯水溶液的制备方法为：将一定量的聚氧化乙烯加入适量的超纯水中，边升温边搅拌直至聚氧化乙烯完全溶解。
3.根据权利要求2所述的丝素蛋白电纺溶液，其特征在于：所述聚氧化乙烯的分子量为900000g/mol。
4.根据权利要求1或2所述的丝素蛋白电纺溶液的制备方法，其特征在于，过程包括以下步骤：
(1)丝素蛋白水溶液的制备：将剪碎的蚕茧放入物质的量浓度为0.02mol/L的碳酸钠溶液中煮沸30～45分钟除去蚕茧表面的丝胶，取出，挤干，用超纯水反复漱洗2～3次，在室温下风干获得丝素纤维，将丝素纤维与一定量的物质的量浓度为9.3mol/L的溴化锂水溶液混合，于60℃下溶解成丝素蛋白溶液，经过透析除去溶液中的溴化锂，离心去除杂质，过滤得到丝素蛋白水溶液；
(2)聚氧化乙烯水溶液的制备：将一定量的聚氧化乙烯加入适量的超纯水中，边升温边搅拌直至聚氧化乙烯完全溶解，最高温度为60～70℃，配制质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液；
(3)纺丝原液的制备：按照体积比为4：1(ml:ml)将丝素蛋白水溶液与质量百分比浓度为5％的聚氧化乙烯水溶液混合，在4℃的条件下，缓慢搅拌10～30分钟即可。
5.一种丝素蛋白组织工程支架的制备方法，其特征在于，过程包括以下步骤：
(1)近场电纺：将所述的纺丝原液注入近场直写装置中，进行近场电纺制备复合纳米纤维支架；
(2)后处理：将所述的复合纳米纤维支架使用化学改性剂处理，随后置于往复式振荡机中，室温下往复振荡24小时，最后放入40℃的真空干燥箱内24小时，获得丝素蛋白纳米纤维支架。
6.根据权利要求5所述的丝素蛋白组织工程支架的制备方法，其特征在于：所述近场电纺的工艺参数为：电压3千伏～15千伏，溶液流量1.5～2.0微升/分钟，接受距离为3～7毫米。
7.根据权利要求5所述的丝素蛋白组织工程支架的制备方法，其特征在于：所述化学改性剂为甲醇/水混合溶液、乙醇、异丙醇或正丁醇。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113046926A (zh) * 2021-03-09 2021-06-29 南京师范大学 一种丝素聚乳酸多孔纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN113604964A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 北京化工大学 一种有序复合纤维膜及其制备方法与应用
CN113926000A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 丝素蛋白药物输送组织工程支架的制备方法
CN114438606A (zh) * 2020-11-03 2022-05-06 台湾地区“中央研究院” 聚合物基纤维支架的制备方法
CN114481356A (zh) * 2021-10-10 2022-05-13 南京大学 一种仿蚕茧支架及其制备方法和应用
CN114850482A (zh) * 2022-04-28 2022-08-05 北华航天工业学院 一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101856510A (zh) * 2010-05-14 2010-10-13 浙江理工大学 丝素蛋白和硅酸钙复合纳米纤维支架材料的制备方法
CN103806123A (zh) * 2014-03-03 2014-05-21 武汉理工大学 丝素蛋白/海藻酸钠复合纤维及其制备方法
CN107441848A (zh) * 2017-08-08 2017-12-08 华东理工大学 一种表面具有微纳米结构的丝素蛋白纳米过滤膜、制备方法及其应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101856510A (zh) * 2010-05-14 2010-10-13 浙江理工大学 丝素蛋白和硅酸钙复合纳米纤维支架材料的制备方法
CN103806123A (zh) * 2014-03-03 2014-05-21 武汉理工大学 丝素蛋白/海藻酸钠复合纤维及其制备方法
CN107441848A (zh) * 2017-08-08 2017-12-08 华东理工大学 一种表面具有微纳米结构的丝素蛋白纳米过滤膜、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
任双双 等: "近场静电纺丝技术用于生物学领域的研究进展", 《口腔生物医学》 *
徐昳荃 等: "《文化丝绸》", 31 July 2016, 苏州大学出版社 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114438606A (zh) * 2020-11-03 2022-05-06 台湾地区“中央研究院” 聚合物基纤维支架的制备方法
EP3998378A1 (en) * 2020-11-03 2022-05-18 Academia Sinica Method for manufacturing a polymer-based fibrous scaffold
US11932973B2 (en) 2020-11-03 2024-03-19 Academia Sinica Method for manufacturing a polymer-based fibrous scaffold
CN113046926A (zh) * 2021-03-09 2021-06-29 南京师范大学 一种丝素聚乳酸多孔纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN113046926B (zh) * 2021-03-09 2022-11-08 南京师范大学 一种丝素聚乳酸多孔纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN113604964A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 北京化工大学 一种有序复合纤维膜及其制备方法与应用
CN114481356A (zh) * 2021-10-10 2022-05-13 南京大学 一种仿蚕茧支架及其制备方法和应用
CN114481356B (zh) * 2021-10-10 2024-02-09 南京大学 一种仿蚕茧支架及其制备方法和应用
CN113926000A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 丝素蛋白药物输送组织工程支架的制备方法
CN114850482A (zh) * 2022-04-28 2022-08-05 北华航天工业学院 一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法
CN114850482B (zh) * 2022-04-28 2023-09-15 北华航天工业学院 一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法

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