CN113855847A - 一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法。本发明所述抗菌缝合线的制备步骤为：首先，将蛋白质粉末加入工作液中，震荡溶解后，静置得到取向排列的蛋白质纳米纤维分散液；然后将氧化石墨烯分散液、抗菌药溶液及取向排列的蛋白质纳米纤维分散液混合搅拌，得到混合液；最后将混合液装入注射器，通过蠕动泵注入凝固浴中得到缝合线初产物；最后将缝合线初产物在凝固浴中浸泡后，洗涤，烘干，得到取向排列微结构的抗菌缝合线。本发明所制备的抗菌缝合线具有优良的力学性能，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均展现出明显的抗菌性能，并能有效促进细胞迁移，具有良好的生物相容性和可降解性。

Description

一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用生物材料技术领域，特别涉及一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法。
背景技术
缝合线是用于手术伤口缝合、组织结扎以及组织固定的无菌线，也是手术中最重要的基本材料之一。使用合适的缝合线有助于加速伤口愈合，减少感染、疤痕和术后并发症。理想的缝合线应具有很高的强度和柔韧性，吸收性可预测，且不应有毒性。由于感染是最常见的术后并发症，且缝合线是导致手术部位感染的重要原因，因此，开发新型含抗菌剂、力学性能优秀的缝合线非常重要。
在自然界中，蛋白质纳米纤维是很多生物结构的基本组成单元，且这些蛋白质纳米纤维的结构都是高度有序排列的，具有优良的生物相容性、可降解、保水性等性能，因此，基于蛋白质材料的缝合线受到越来越多的关注，然而，大多数蛋白质材料的力学性能相对较弱，不足以支撑其作为缝合线的应用，开发具有优秀力学性能且具有良好生物相容性、可降解性及抗菌性的蛋白质纳米纤维缝合线是本领域研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线及其制备方法。本发明通过蛋白质材料的优选，得到可以取向排列的蛋白质，配合氧化石墨烯及抗菌药，实现同时具有优良力学性能及长效抗菌效果的缝合线。
本发明的技术方案如下：
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将蛋白质粉末加入工作液中，震荡溶解得到蛋白质溶液，静置得到蛋白质纳米纤维分散液；
(2)将步骤(1)制备的蛋白质纳米纤维分散液静置，得到取向排列的蛋白质纳米纤维分散液；
(3)将氧化石墨烯分散液、抗菌药溶液及步骤(2)制备的取向排列的蛋白质纳米纤维分散液混合搅拌，得到混合液；
(4)将步骤(3)得到的混合液装入注射器，通过蠕动泵注入凝固浴中，得到缝合线初产物；
(5)继续浸泡后，取出缝合线初产物洗涤，烘干，得到具有取向排列微结构的抗菌缝合线。
进一步地，步骤(1)中，所述蛋白质为人血清白蛋白、牛血清白蛋白中的一种或多种；所述工作液为缓冲液与醇的混合溶液；所述缓冲液与醇的体积比为40～95:5～60。
进一步地，所述缓冲液为0.1～300mM、pH 4～11的磷酸盐缓冲液；所述醇为乙醇、丙醇中的一种或两种。
进一步地，步骤(1)中，所述蛋白质溶液中蛋白质的质量浓度为0.1～100mg/mL。
进一步地，步骤(1)中，所述静置的温度为40～80℃，时间为2～96h。
进一步地，步骤(2)中，所述静置的温度为-10～20℃，时间为2～96h。
进一步地，步骤(3)中，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量浓度为0.1～10mg/mL；所述抗菌药为喹诺酮类抗菌药、氨基糖苷类抗生素、大环内酯类抗生素、β-内酰胺类抗生素中的一种或多种；所述抗菌药溶液中抗菌药的质量浓度为0.1～100mg/mL；所述氧化石墨烯分散液、抗菌药溶液与取向排列的蛋白质纳米纤维分散液的体积比为0.1～10:0.1～10:80～99.8；所述搅拌的速度为50～500r/min。
进一步地，步骤(4)中，所述注射器的注射速度为1～100mL/min；所述凝固浴为氯化钙溶液与还原剂溶液的混合液，所述氯化钙溶液与还原剂溶液的体积比为8～9.5:0.5～2；所述氯化钙溶液的摩尔浓度为0.1～10mol/L；所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠中的一种或多种；所述还原剂溶液的摩尔浓度为0.01-2mol/L。
进一步地，步骤(5)中，所述浸泡的时间为2～24h，所述烘干的温度为40～80℃，时间为2～96h；所述取向排列微结构的抗菌缝合线的直径为0.1～4.0mm；所述具有取向排列微结构的抗菌缝合线中小于30nm的纤维的取向度为5～70％。
一种所述制备方法制备的具有取向排列微结构的抗菌缝合线。
赋予缝合线抗菌性能的常规方法主要有浸渍涂层、蒸发转移、接枝改性和本体加载等多种，本发明采用直接将抗菌药与缝合线的原料混合，在制备缝合线的过程中将抗菌剂作为原料加入，可以保证药物在缝合线中分布的均匀，有利于缝合后药物的释放。
本发明有益的技术效果在于：
1.本发明制备了一种以部分取向排列的蛋白质纳米纤维为基础结构的新型缝合线，利用取向结构增强缝合线的机械性能和其对细胞行为的影响力(促进细胞的增殖和迁移)，进而掺杂石墨烯以进一步增强缝合线的力学性能，并负载抗菌药以赋予缝合线抗菌性；由于蛋白质自身的可降解性，得到的具有取向排列微结构的抗菌缝合线能够在长时间内随着蛋白质的降解而释放抗菌药，达到长效抗菌的效果与无取向结构的缝合线相比，本发明所制备的缝合线不仅力学性能更加优异，极限应力提高约5倍，同时具备优秀的抗菌性；缝合线对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均展现出明显的抗菌性能，并能有效促进细胞迁移，缝合线可以明显促进人脐静脉血管内皮细胞的迁移。
2.本发明所用原材料(蛋白质、氧化石墨烯等)广泛易得、价格低廉，且无需前处理过程，能耗小，制备过程不添加任何有毒、有害、有机的交联试剂，保留了蛋白质本身优秀的生物相容性。
附图说明
图1为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的扫描电子显微镜表面形貌图。
图中：A、表示放大倍数为250；B、表示放大倍数为9000。
图2为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的生物降解性和细胞毒性表征图。
图中：A、缝合线在5u/mL蛋白酶溶液中的生物降解性能；B、缝合线在5u/mL蛋白酶溶液中的细胞毒性展示。
图3为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的药物释放性能。
图4为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线对人脐静脉血管内皮细胞迁移的促进作用。
图5为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的抗菌性能。
图中：A、革兰氏阴性菌绿脓杆菌；B、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
图1为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的扫描电子显微镜表面形貌图，由图可知，实施例1所得取向排列微结构的抗菌缝合线的微观结构中展现出部分取向排列的蛋白质纳米纤维结构。使用ImageJ软件计算得到抗菌缝合线中小于30nm的纤维的取向度约为67％。
实施例2
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g人血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比为9.5：0.5)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
实施例2所得取向排列微结构的抗菌缝合线的微观结构中展现出部分取向排列的蛋白质纳米纤维结构，使用ImageJ软件计算得到缝合线中蛋白质纳米纤维的取向度约为60％。缝合线的极限应力为149kPa，断裂伸长率为7％。
实施例3
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量10g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH11.0、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在40摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在20摄氏度低温环境中继续静置反应96小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制10mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和100mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液80mL与10mL、10mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mL、100mg/mL的环丙沙星溶液在500r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以100mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与2M的硼氢化钠的混合液中(体积比为9：1)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于40℃烘箱中96h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.5mm。
实施例4所得取向排列微结构的抗菌缝合线的微观结构中展现出部分取向排列的蛋白质纳米纤维结构，使用ImageJ软件计算得到缝合线中蛋白质纳米纤维的取向度约为34％，缝合线的极限应力为77kPa，断裂伸长率为3％。
实施例4
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的左氧氟沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比为8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为2.0mm。
实施例5所得取向排列微结构的抗菌缝合线的微观结构中展现出部分取向排列的蛋白质纳米纤维结构，使用ImageJ软件计算得到取向度约为64％，缝合线的极限应力为151kPa，断裂伸长率为5％。
实施例5
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中，在65摄氏度下静置反应96小时，再在20摄氏度低温环境中继续静置反应2小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接针头内径为0.1mm的注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中烘干，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为2.0mm。
使用ImageJ软件计算得到缝合线中蛋白质纳米纤维的取向度约为52％。缝合线的极限应力为90kPa，断裂伸长率为5％。
实施例6
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于95mL、pH4、300mM磷酸盐缓冲液和5mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在80摄氏度下静置反应2小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的头孢吡肟溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入5M的氯化钙与0.01M的水合肼的混合液中(体积比为8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡18小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于70℃烘箱中54h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为3.0mm。
实施例7
一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于45mL、pH7.4、0.1mM磷酸盐缓冲液和55mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应50小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的氨苄西林溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与1.5M的抗坏血酸的混合液中(体积比为8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡12小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于75℃烘箱中2h，得到取向排列微结构的抗菌缝合线，所述缝合线的直径为4.0mm。
对比例1
一种基于胶原蛋白的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g胶原蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液。
配制10mL、10mg/mL的环丙沙星溶液，与90mL上述胶原蛋白溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
本对比例制备的胶原蛋白缝合线的微观结构无取向排列，取向度为0，极限应力为21kPa，断裂伸长率为2％。试验还发现，当在本对比例基础上，对得到的蛋白质溶液在工艺后，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液，然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到胶原蛋白纳米纤维分散液。用经过静置取向的胶原蛋白纳米分散液制备缝合线，所制备的缝合线的微观结构仍无取向排列，即取向度为0。
对比例2
一种基于牛血清白蛋白的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
本对比例没有经过取向排列，制备的缝合线的微观结构无取向排列，取向度为0，极限应力为32kPa，断裂伸长率为3％。
对比例3
一种基于牛血清白蛋白的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液70mL与20mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
本对比例通过调整石墨烯、抗菌药及蛋白质纤维分散液的体积比，制备的缝合线的微观结构无取向排列，取向度为0，极限应力为26kPa，断裂伸长率为2％。
对比例4
一种基于牛血清白蛋白的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g牛血清白蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液。
然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液。
分别配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取微观结构部分取向排列的牛血清白蛋白纳米纤维分散液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以200mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
本对比例通过调整注射速度，制备得到的缝合线中蛋白质纳米纤维的取向度约为30％，缝合线的极限应力为13kPa，断裂伸长率为1％。
对比例5：
一种基于胶原蛋白的抗菌缝合线，其制备方法包括如下步骤：
称量1g胶原蛋白的固体，溶于40mL、pH7.4、50mM磷酸盐缓冲液和60mL乙醇的混合液中震荡得到蛋白质溶液。
配制2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和10mg/mL的环丙沙星溶液，量取上述胶原蛋白混合液90mL与5mL、2mg/mL的氧化石墨烯水相分散液和5mL、10mg/mL的环丙沙星溶液在200r/min的磁力搅拌作用下混合，得到混合液。
将蠕动泵的软管头部连接注射器，以50mL/min的速度将混合液送入10M的氯化钙与0.01M的硼氢化钠的混合液中(体积比8：2)，获得缝合线的初产物。
将缝合线的初产物在氯化钙与硼氢化钠的混合液中继续浸泡24小时，取出，在去离子水中洗涤5次后，置于60℃烘箱中24h，得到抗菌缝合线，所述缝合线的直径为0.1mm。
本对比例制备的缝合线的微观结构无取向排列，取向度为0，极限应力为48kPa，断裂伸长率为3％。试验还发现，当在本对比例基础上，对得到的蛋白质溶液在工艺后，在65摄氏度下静置反应96小时得到蛋白质纳米纤维分散液，然后，在10摄氏度低温环境中继续静置反应20小时，得到胶原蛋白纳米纤维分散液。用经过静置取向的胶原蛋白纳米分散液制备缝合线，所制备的缝合线的微观结构仍无取向排列，即取向度为0。
测试例：
(1)力学性能测试：
在MTS系统公司的CMT 6503型万能试验机上测试实施例1-5及对比例1-5制备的缝合线的拉伸性能，在测试前，将缝合线样品置于25℃和约50％的相对湿度环境下平衡24小时，测试条件为标距长度为15mm，拉伸速度为2mm/min，每个样品至少测试3个平行样品，测试结果如表1所示。
(2)取向度测试：
将实施例1-5及对比例1-5制备的缝合线样品的SEM图导入Image J软件，进行FFT处理得到取向度，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003276505470000121
由表1可知，对比实施例1、3可知，蛋白、石墨烯、抗菌药三种原料的浓度改变会对缝合线产物的机械性能和取向度产生显著影响；对比实施例1、5和对比例2可知，缝合线的取向度与力学性能成正比，取向度高的微观结构会产生更大的拉伸强度，当取向度为0时，缝合线的机械强度很低，不适于实际应用；由对比例3、4可知，当氧化石墨烯、抗菌药与白蛋白的体积比或注射速度不在权利要求范围内时，蛋白质纳米纤维无法实现取向排列，或取向度较低，进而导致缝合线的机械性能较低；对比实施例1、2、4可知，本发明限定的两种蛋白质纳米纤维的替换或抗菌药的种类的改变不会对缝合线的取向度和力学性能产生明细影响；对比实施例1和对比例1可知，胶原蛋白无法形成纤维取向的微观结构，所得缝合线的力学性能较低，无法正常使用。
(3)生物降解率及细胞毒性测试：
将一定重量(称重记为W0)的实施例1制备的缝合线置于5u/mL的蛋白酶溶液中，在37℃下以50转/分钟的速度振荡，在0-60小时内的任意时间点用镊子将缝合线取出称重(记为W)，计算缝合线的生物降解率。生物降解率如下式(1)所示：
Figure BDA0003276505470000131
将缝合线与人脐静脉血管内皮细胞进行共培养(培养条件：在5％二氧化碳的37℃培养箱中，使用DMEM培养基)，每隔24小时取样，用MTT方法测试细胞的存活率。
图2为本发明实施例1以牛血清白蛋白为原料制备的缝合线的生物降解性和细胞毒性表征图。如图2A所示，在蛋白酶环境中，缝合线中的蛋白质可在60小时内降解完毕；细胞毒性测试如图2B所示，由图2B可知，缝合线展现出优秀的细胞相容性，与细胞共培育3天而不显示出细胞毒性。
(4)药物释放性测试：
将缝合线置于生理盐水溶液中，在37℃下以50转/分钟的速度振荡，每隔固定时间取溶液，用紫外-可见光分光光度计测试药物的释放效率。
缝合线药物释放效率测定：首先，配制不同浓度的药物标准溶液，用紫外-可见光分光光度计做出药物标准浓度与最大吸收波长峰值之间的标准曲线；然后，将缝合线置于生理盐水溶液中，在37℃下以50转/分钟的速度振荡，每隔固定时间取溶液，用紫外-可见光分光光度计测定最大吸收波长峰值，代入标准曲线计算药物浓度及释放效率。抗菌药释放性能测试如图3所示，由图3可知：缝合线中的抗菌药可在3天内缓慢释放。
(5)细胞迁移性测试：
将人脐静脉血管内皮细胞在5％二氧化碳的37℃培养箱中，使用DMEM培养基培育24小时，用移液器枪头在培育后的细胞板上划出一道划痕；加入实施例1制备的缝合线进行共培育，间隔12小时对细胞板拍照，观察缝合线对细胞迁移的促进作用。细胞迁移测试结果如图4所示，由图4可知：缝合线可以明显促进人脐静脉血管内皮细胞的迁移，有利于伤口的恢复。
(6)抗菌性测试：
将实施例1制备的缝合线分别与革兰氏阴性菌(绿脓杆菌，图5A)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌，图5B)共同培养，每间隔2小时用酶标仪测试菌溶液在600nm处的吸光度，绘制细菌的生长曲线。如图5所示，本发明实施例1制备的缝合线对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均展现出明显的抗菌性能，能够有效抑制伤口的细菌感染。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种具有取向排列微结构的抗菌缝合线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将蛋白质粉末加入工作液中，震荡溶解得到蛋白质溶液，静置得到蛋白质纳米纤维分散液；
(2)将步骤(1)制备的蛋白质纳米纤维分散液静置，得到取向排列的蛋白质纳米纤维分散液；
(3)将氧化石墨烯分散液、抗菌药溶液及步骤(2)制备的取向排列的蛋白质纳米纤维分散液混合搅拌，得到混合液；
(4)将步骤(3)得到的混合液装入注射器，通过蠕动泵注入凝固浴中，得到缝合线初产物；
(5)继续浸泡后，取出缝合线初产物洗涤，烘干，得到具有取向排列微结构的抗菌缝合线。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蛋白质为人血清白蛋白、牛血清白蛋白中的一种或多种；所述工作液为缓冲液与醇的混合溶液；所述缓冲液与醇的体积比为40～95:5～60。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲液为0.1～300mM、pH 4～11的磷酸盐缓冲液；所述醇为乙醇、丙醇中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蛋白质溶液中蛋白质的质量浓度为0.1～100mg/mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述静置的温度为40～80℃，时间为2～96h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述静置的温度为-10～20℃，时间为2～96h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量浓度为0.1～10mg/mL；所述抗菌药为喹诺酮类抗菌药、氨基糖苷类抗生素、大环内酯类抗生素、β-内酰胺类抗生素中的一种或多种；所述抗菌药溶液中抗菌药的质量浓度为0.1～100mg/mL；所述氧化石墨烯分散液、抗菌药溶液与取向排列的蛋白质纳米纤维分散液的体积比为0.1～10:0.1～10:80～99.8；所述搅拌的速度为50～500r/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述注射器的注射速度为1～100mL/min；所述凝固浴为氯化钙溶液与还原剂溶液的混合液，所述氯化钙溶液与还原剂溶液的体积比为8～9.5:0.5～2；所述氯化钙溶液的摩尔浓度为0.1～10mol/L；所述还原剂为抗坏血酸、水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠中的一种或多种；所述还原剂溶液的摩尔浓度为0.01～2mol/L。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述浸泡的时间为2～24h，所述烘干的温度为40～80℃，时间为2～96h；所述取向排列微结构的抗菌缝合线的直径为0.1～4.0mm；所述具有取向排列微结构的抗菌缝合线中小于30nm的纤维的取向度为5～70％。
10.一种权利要求1～9任一项所述制备方法制备的具有取向排列微结构的抗菌缝合线。
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