CN114949329A - 一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医用材料领域，本发明公开了一种表面改性丝素蛋白‑芦荟素双层纤维膜的制备方法，发明首先制备芦荟素液和丝素蛋白溶液，然后将芦荟素液和丝素蛋白液混合均匀后，制备为丝素蛋白‑芦荟素膜，并将该膜溶于甲酸中，将其注入凝固浴中静置凝固成纤维；得到的丝素蛋白‑芦荟素纤维置于丝素蛋白溶液并干燥，置于乙醇溶液中后处理后最终得到表面改性丝素蛋白‑芦荟素双层纤维膜。所得丝素蛋白‑芦荟素纤维膜具有良好的生物相容性和优异的机械性能，该纤维具有大量的空隙和孔径，用作敷料具有良好的透气性，同时具有较好的透气性和低吸水性。同时芦荟素能够起到治疗烧烫伤，并促进伤口愈合等的作用。

Description

一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，尤其涉及一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法。

背景技术

烧伤和烫伤是日常生活中常见的意外伤害，轻度烧烫伤可能会使患者皮肤受损，而重度烧烫伤将会危及患者生命并带来终生伤害。目前对于轻度的烧烫伤，传统的方法是对伤口进行消毒清理后，贴以无菌纱布等进行保护和压迫伤口。当然这种方法的治疗周期长且效果有限，常用以生物材料为基础的敷料来促进伤口愈合等，以增强对于轻度烧烫伤的治疗效果。然而，目前的生物材料敷料，多以为保持伤口湿润和透气为主，对能够促进伤口愈合的生物材料敷料较少。

芦荟素是从芦荟科植物树叶中提取而出，纯度高，无毒副作用。研究表明，芦荟素对擦伤、割伤、伤口溃烂、手术疤痕等具有明显的愈合作用，其具有良好的抑菌消炎，促进伤口愈合等作用。从而在治疗伤口愈合中发挥至关重要的作用。

蚕丝丝素蛋白作为从蚕丝中提取出来的天然蛋白质产物，由于其来源丰富，价格低廉，且具有良好的生物相容性，已被广泛应用于生物医用材料领域。大量研究表明，蚕丝是一种极其理想的药物载体材料，并且蚕丝丝素蛋白具有优良的柔韧性、透气性、生物可降解性和生物相容性，是作为医用敷料的良好潜在的材料。

理想的敷料应具有合适的孔隙率和孔径，使得皮肤保持一定的透气性和低吸水性，进而促进伤口的快速愈合。目前已有静电纺丝法所得的纤维支架等材料应用于生物医用领域，但是其对烧烫伤口等的治疗并没有太大的效用。而蚕丝丝素蛋白作为一种理想的医用敷料材料，由于其高吸水透湿性、低强度等极大地限制了其作为医用敷料的发展，并且其他方法成本较高，制备繁琐，不利于材料的大规模生产和使用。

因此，在生物医用材料领域急需一种成本低，制备方法简单，效用好的创伤修复复合敷料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法，本发明方法制备的丝素蛋白-芦荟素纤维膜具有良好的生物相容性和优异的机械性能，该纤维具有大量的空隙和孔径，用作敷料具有良好的透气性，同时具有较好的透气性和低吸水性。同时芦荟素能够起到治疗烧烫伤，并促进伤口愈合等的作用；同时该方法操作过程简单、无毒无害、绿色环保。

本发明的具体技术方案为：

一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）：采集芦荟科植物鲜叶，洗净并搅碎后，离心取上清液；将得到的芦荟素原液高温灭菌后，加入淀粉酶进行酶处理，超滤，获得芦荟素液。

步骤2）：取蚕茧，置于碳酸氢钠溶液中煮沸脱胶，用水清洗，重复多次后，获得脱胶蚕丝。

步骤3）：将脱胶蚕丝在氯化钙：甲醇：水三元混合溶液中溶解，得到丝素蛋白混合溶液，在水中透析后，得到较纯的丝素蛋白溶液。

步骤4）：将芦荟素液和步骤3）所得的丝素蛋白溶液混合，搅拌均匀后，将其浇于平面上铺平，干燥后，得到丝素蛋白-芦荟素膜。

步骤5）：将丝素蛋白-芦荟素膜溶于甲酸中，然后将其注入凝固浴中，静置凝固成纤维；用水清洗纤维表面，以除去表面残留的凝固浴，得到丝素蛋白-芦荟素纤维膜。

步骤6）：将丝素蛋白-芦荟素纤维膜置于步骤3）所得的丝素蛋白溶液中浸渍，捞出并干燥，得到双层纤维膜，然后将其置于乙醇溶液中进行后处理，干燥后得到表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。

如背景技术部分所述，理想的敷料应具有合适的孔隙率和孔径，使得皮肤保持一定的透气性和低吸水性，进而促进伤口的快速愈合。而蚕丝丝素蛋白由于其高吸水透湿性、低强度等极大地限制了其作为医用敷料的发展。为此，本发明采用乙醇后处理的丝素蛋白纤维，通过乙醇的后处理，能够使丝素蛋白纤维中大量的无规卷曲态向规整的β-折叠转变，丝素蛋白分子间间隙减小，外露基团及表面极性减弱，其吸水率和透湿率能够得到极大降低，同时，丝素蛋白的强度也可得到一定程度的提升，可极大地丰富丝素蛋白作为医用敷料的应用前景。而采用双层丝素蛋白纤维膜的方法，既能保留内部丝素蛋白良好的生物材料性能，又能利用外层改性后的丝素蛋白纤维膜增强复合材料自身的物理机械性能等，改善丝素蛋白纤维膜强度低等性能。

综上，本发明首先制备芦荟素液，其次制备丝素蛋白溶液，然后将芦荟素液和丝素蛋白液混合均匀后，制备固化为丝素蛋白-芦荟素膜，并将该膜溶于甲酸中，将其注入凝固浴中静置凝固成纤维。得到的丝素蛋白-芦荟素纤维置于丝素蛋白溶液并干燥，置于乙醇溶液中后处理后最终得到表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。该方法制备的丝素蛋白-芦荟素纤维膜具有良好的生物相容性和优异的机械性能，该纤维具有大量的空隙和孔径，用作敷料具有良好的透气性，同时具有较好的透气性和低吸水性。同时芦荟素能够起到治疗烧烫伤，并促进伤口愈合等的作用；同时该方法操作过程简单、无毒无害、绿色环保。

作为优选，步骤1）中，离心的速率为8000-14000 转/分钟，离心时间8-12分钟；高温灭菌的温度为60-100℃，芦荟原液和淀粉酶的质量分数比为1：（2-5），获得的芦荟素液的浓度为2g/L-8g/L。

作为优选，步骤2）中，碳酸氢钠的浓度为3 g/L-8 g/L，蚕茧与碳酸氢钠溶液的用量比为1g：（100-300）mL，煮沸脱胶时间为15-45分钟。

作为优选，步骤3）中，氯化钙：甲醇：水三元混合溶液中上述三者的质量分数比为1：（1.5-4）：（6-12），透析时间为45-75小时，获得的丝素蛋白溶液的浓度为20g/L-150g/L。

作为优选，步骤4）中，芦荟素液和丝素蛋白溶液混合体积比为1：（4-200），室温下自然干燥时间为20-36小时。

作为优选，步骤5）中，丝素蛋白-芦荟素膜和甲酸的用量比为1g：（20-50）mL，所述凝固浴为含有0.4-3 wt%四硼酸钠的3-10 M氢氧化钠溶液，静置凝固时间为10-120分钟。

作为优选，步骤6）中，丝素蛋白-芦荟素纤维置于丝素蛋白溶液中的时间为20-90分钟，室温下自然干燥的时间为70-150分钟，然后将其置于体积分数为75-95%的乙醇溶液中后处理3-5小时，自然干燥时间为30-75分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

（1）本发明包含表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜可以作为伤口敷料用于治疗烧烫伤伤口的治疗和愈合，同时具有良好的空隙和力学拉性能，同时透气性和吸水性得到了极大地改善。

（2）本发明包含表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜具有良好的生物相容性，无明显的毒副作用和过敏性反应，且制备材料易得，操作简单，成本较低。

（3）本发明包含表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜中芦荟素作为天然的植物提取素，对烧烫伤口等具有明显的愈合作用，并且具有良好的抑菌消炎、促进伤口愈合等作用。

（4）本发明包含表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜分布均匀，直径大小统一。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

采集新鲜的芦荟科植物鲜叶，将其清洗干净并搅碎后，在10000转/分钟下离心10分钟，获得50 mL芦荟原液。将芦荟原液通过80℃高温灭菌后，加入150 mL淀粉酶进行酶处理后，通过超滤，获得3g/L芦荟素液。

然后取5g蚕茧，置于1L的5g/L碳酸氢钠溶液中煮沸30分钟，并用去离子水清洗后，重复上述步骤二次。将脱胶蚕丝在氯化钙：甲醇：水三元混合溶液（比例为1:2:8）中溶解，得到丝素蛋白混合溶液，将该溶液在去离子水中透析60小时后，得到的丝素蛋白溶液浓度为80g/L。

将芦荟素液和丝素蛋白液按1:150比例混合，搅拌均匀后，置于培养皿中在室温条件下自然干燥24小时后，按1:30溶于甲酸溶液中，并将其注入含有0.8wt%四硼酸钠的6 M氢氧化钠溶液的凝固浴中，静置60分钟将其凝固成纤维。用去离子水清洗纤维表面，以除去表面残留的凝固浴，得到丝素蛋白-芦荟素纤维膜。

将得到的丝素蛋白-芦荟素纤维膜置于丝素蛋白溶液30分钟后，捞出并在室温条件下自然干燥70分钟，得到丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜，然后将其置于80%的乙醇溶液中进行后处理3小时，自然干燥45分钟后最终得到表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。

该方法中所用芦荟素较少，得到的表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜空隙和透气性等较好，吸水率为42.05%，透气率相比于未后处理的材料增加了63.75%，拉伸强度为14.71MPa。将该表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜制成生物医用敷料覆盖于烫伤的小鼠表皮创面上，愈合效果较差，在第1、3、7和12天分别约6.8%、15.6%、36.1%和60.2%的创面闭合率，在第24天创面闭合率约为79.3%，在第4周无明显创面。

实施例2

采集新鲜的芦荟科植物鲜叶，将其清洗干净并搅碎后，在12000转/分钟下离心10分钟，获得100 mL芦荟原液。将芦荟原液通过80℃高温灭菌后，加入400 mL淀粉酶进行酶处理后，通过超滤，获得5g/L芦荟素液。

然后取5g蚕茧，置于1L的6g/L碳酸氢钠溶液中煮沸45分钟，并用去离子水清洗后，重复上述步骤二次。将脱胶蚕丝在氯化钙：甲醇：水三元混合溶液（比例为1:3:9）中溶解，得到丝素蛋白混合溶液，将该溶液在去离子水中透析65小时后，得到的丝素蛋白溶液浓度为127g/L。

将芦荟素液和丝素蛋白液按1:100比例混合，搅拌均匀后，置于培养皿中在室温条件下自然干燥36小时后，按1:40溶于甲酸溶液中，并其注入含有2 wt%四硼酸钠的8M氢氧化钠溶液的凝固浴中，静置90分钟将其凝固成纤维。用去离子水清洗纤维表面，以除去表面残留的凝固浴，得到丝素蛋白-芦荟素纤维膜。

将得到的丝素蛋白-芦荟素纤维膜置于丝素蛋白溶液50分钟后，捞出并在室温条件下自然干燥120分钟，得到丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜，然后将其置于90%的乙醇溶液中进行后处理3小时，自然干燥60分钟后最终得到表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。

该方法中所用芦荟素适中，得到的芦荟素-丝素蛋白纤维空隙和透气性较好。得到的表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜空隙和透气性等较好，吸水率为39.96%，透气率相比于未后处理的材料增加了68.10%，拉伸强度为16.05MPa。将该芦荟素-丝素蛋白纤维制成生物医用敷料覆盖于烫伤的小鼠表皮创面上，愈合效果较好，在第1、3、7和12天分别约12.5%、21.7%、46.8%和69.4%的创面闭合率，在第24天创面闭合率约为84.9%，在第4周无明显创面。

实施例3

采集新鲜的芦荟科植物鲜叶，将其清洗干净并搅碎后，在13000转/分钟下离心12分钟，获得200 mL芦荟原液。将芦荟原液通过80℃高温灭菌后，加入900 mL淀粉酶进行酶处理后，通过超滤，获得6g/L芦荟素液。

然后取10g蚕茧，置于2L的8g/L碳酸氢钠溶液中煮沸30分钟，并用去离子水清洗后，重复上述步骤二次。将脱胶蚕丝在氯化钙：甲醇：水三元混合溶液（比例为1:2.5:11）中溶解，得到丝素蛋白混合溶液，将该溶液在去离子水中透析70小时后，得到的丝素蛋白溶液浓度为138g/L。

将芦荟素液和丝素蛋白液按1:20比例混合，搅拌均匀后，置于培养皿中在室温条件下自然干燥30小时后，按1:30溶于甲酸溶液中，并其注入含有3wt%四硼酸钠的9M氢氧化钠溶液的凝固浴中，静置120分钟将其凝固成纤维。用去离子水清洗纤维表面，除去表面残留的凝固浴，得到丝素蛋白-芦荟素纤维膜。

将得到的丝素蛋白-芦荟素纤维膜置于丝素蛋白溶液60分钟后，捞出并在室温条件下自然干燥90分钟，得到丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜，然后将其置于95%的乙醇溶液中进行后处理4小时，自然干燥65分钟后最终得到表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。

该方法中所用芦荟素较多，得到的芦荟素-丝素蛋白纤维空隙和透气性较好。得到的表面丝素蛋白改性的丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜空隙和透气性等较好，吸水率为40.96%，透气率相比于未后处理的材料增加了67.41%，拉伸强度为15.58MPa。将该芦荟素-丝素蛋白纤维制成生物医用敷料覆盖于烫伤的小鼠表皮创面上，愈合效果较好，在第1、3、7和12天分别约15.2%、24.9%、50.7%和72.5%的创面闭合率，在第24天创面闭合率约为89.3%，在第4周无明显创面。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）：采集芦荟科植物鲜叶，洗净并搅碎后，离心取上清液；将得到的芦荟素原液高温灭菌后，加入淀粉酶进行酶处理，超滤，获得芦荟素液；

步骤2）：取蚕茧，置于碳酸氢钠溶液中煮沸脱胶，用水清洗，重复多次后，获得脱胶蚕丝；

步骤3）：将脱胶蚕丝在氯化钙：甲醇：水三元混合溶液中溶解，得到丝素蛋白混合溶液，在水中透析后，得到较纯的丝素蛋白溶液；

步骤4）：将芦荟素液和步骤3）所得的丝素蛋白溶液按混合，搅拌均匀后，将其浇于平面上铺平，干燥后，得到丝素蛋白-芦荟素膜；

步骤5）：将丝素蛋白-芦荟素膜溶于甲酸中，然后将其注入凝固浴中，静置凝固成纤维；用水清洗纤维表面，以除去表面残留的凝固浴，得到丝素蛋白-芦荟素纤维膜；

步骤6）：将丝素蛋白-芦荟素纤维膜置于步骤3）所得的丝素蛋白溶液中浸渍，捞出并干燥，得到双层纤维膜，然后将其置于乙醇溶液中进行后处理，干燥后得到表面改性丝素蛋白-芦荟素双层纤维膜。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中，离心的速率为8000-14000转/分钟，离心时间8-12分钟；高温灭菌的温度为60-100℃，芦荟原液和淀粉酶的质量分数比为1：（2-5），获得的芦荟素液的浓度为2g/L-8g/L。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中，碳酸氢钠的浓度为3 g/L-8g/L，蚕茧与碳酸氢钠溶液的用量比为1g：（100-300）mL，煮沸脱胶时间为15-45分钟。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中，氯化钙：甲醇：水三元混合溶液中上述三者的质量分数比为1：（1.5-4）：（6-12），透析时间为45-75小时，获得的丝素蛋白溶液的浓度为20g/L-150g/L。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中，芦荟素液和丝素蛋白溶液混合体积比为1：（4-200），室温下自然干燥时间为20-36小时。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5）中，丝素蛋白-芦荟素膜和甲酸的用量比为1g：（20-50）mL，所述凝固浴为含有0.4-3 wt%四硼酸钠的3-10 M氢氧化钠溶液，静置凝固时间为10-120分钟。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤6）中，丝素蛋白-芦荟素纤维置于丝素蛋白溶液中的时间为20-90分钟，室温下自然干燥的时间为70-150分钟，然后将其置于体积分数为75-95%的乙醇溶液中后处理3-5小时，自然干燥时间为30-75分钟。