CN1157443C - 柔韧丝素蛋白膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用天然高分子物质加工成的柔韧膜及其制备方法。它以蚕丝为主要原料，经脱胶、溶解、透析、提纯，再添加环氧树脂交联剂、催化剂搅拌均匀，经干燥处理后加工成柔韧丝素蛋白膜。由于该膜无毒无害，生物相容性良好，且其结构为非晶态，能同时具有难溶于水和优良柔韧性的特性，所以，可用作人工皮肤材料、药物缓释载体等，还可作为硬脑膜、食道、心脏瓣膜、血管、韧带、肌腱等医疗外科修复材料。

Description

柔韧丝素蛋白膜及其制备方法

本发明涉及一种用天然高分子物质加工成的柔韧膜及其制备方法，特别涉及一种以蚕丝为主要原料加工成的柔韧丝素蛋白膜及其制备方法。

在现有技术中，虽然有多种合成和天然高分子膜，例如聚乙烯醇、聚乙烯、纤维素、聚氨酯、聚四氟乙烯、壳聚糖、胶原蛋白膜等，但将其用作生物医学材料时，有的生物相容性不好、有的原料来源不足或价格昂贵。因此人们在不断地寻找理想的医用及生物膜材料。蚕丝由约75％的丝素和约25％的丝胶所组成，是相当纯的天然蛋白纤维，丝素的氨基酸组成与人体胶原蛋白有一定的相似性，无毒性、无刺激作用，具有良好的生物相容性。因此蚕丝是制造生物医学膜材料的较理想原料。但由于再生丝素蛋白是水溶性的，且柔韧性较差，所以丝素膜在生物医学领域的应用范围受到很大局限。在本发明作出之前，《J.Appl.Polym.Sci.Appl.Polym.Symp》1985，41，187的杂志上公开报道了一种使丝素膜难溶于水的方法，就是将丝素膜浸渍于甲醇或乙醇溶液中；同样，在《苏州丝绸工学院学报》1993，13(1)，40上，也公开报道了一种用蒸汽处理初生丝素膜，使丝素发生β化转变，从而达到丝素膜难溶于水的目的的方法。但上述公开报道的使丝素膜难溶于水的方法，由于膜内丝素发生结晶，丝素大分子间依靠大量的H键紧密结合、整齐排列，限制了大分子的位移，所以，在干态硬而脆，柔韧性较差，难以被实际利用。目前，能提供一种既难溶于水，又具有优良柔韧性的丝素膜及其制膜方法，尚未见报道。

本发明的目的就是针对已有技术的不足，提供一种既难溶于水，又具有较好柔软性和弹性的柔韧丝素蛋白膜及其制备方法。

为实现本发明目的所述的柔韧丝素蛋白膜，采用的技术方案是：以家蚕丝或其制品(茧层、茧丝、生丝、缫丝厂下脚丝、丝绸厂真丝织物边角料等)为主要原料，环氧树脂为成膜的交联剂，制成丝素蛋白膜，膜内丝素蛋白含量为50～98％，丝素的结构为非晶态，从而使该膜达到在水中溶失率小于1.5％、杨氏模量小于200N/mm²、拉伸断裂强度大于500N/cm²、断裂伸长率大于45％、定伸长弹性回复率大于60％的指标。

本发明所述柔韧丝素蛋白膜的制备方法，是先将蚕丝经脱胶、溶解、透析、提纯后得到纯丝素蛋白溶液，再进行如下步骤的加工：

1.在含固率为3～30％的丝素溶液中添加交联剂环氧树脂，环氧树脂的添加量占丝素溶液中含固总量的1～50％；

2.在20～80℃的温度条件下干燥成膜。

上述柔韧丝素蛋白膜制备中，所述的成膜交联剂是下列环氧树脂中的一种或几种：

1.双酚A型缩水甘油醚：

式中，R为：

2.双酚F型缩水甘油醚：

式中，R为：

3.脂肪族缩水甘油醚：

4.脂肪族环氧化合物：

5.聚醚型缩水甘油醚：

6.聚烯醇类缩水甘油醚：

7.聚丙烯酸酯类环氧化合物：

式中，R为：H，CH₃，C₂H₅，C₂H₄OH，C₃H₇，或C₄H₉。

上述制备方法中，在丝素溶液中添加交联剂环氧树脂后，再添加占环氧树脂重量0～2％的催化剂，催化剂为NaF，NaNO₃，Na₂SO₄，KBr，KI，NaSCN，KSCN，Na₂S₂O₃中的一种。

本发明所述柔韧丝素蛋白膜，由于以丝素蛋白为主要原料，采用无毒性的环氧树脂作为交联剂，因此，具有良好的生物相容性。除此以外，由于环氧树脂分子中含有两个或两个以上环氧基，能与丝素大分子中丝氨酸的醇羟基、酪氨酸的酚羟基、赖氨酸的氨基、组氨酸的咪唑基、天门冬氨酸的羧基等具有活泼H的基团反应，从而将丝素大分子间交联，与现有的技术相比，具有如下的优点：

1.环氧化合物在丝素大分子间形成交链，使丝素膜内产生类似弹性蛋白的三维网络结构，提高丝素膜的弹性；

2.环氧化合物中的柔性链段具有较高的弹性，对提高丝素膜的弹性有较大贡献；

3.环氧化合物中的柔链能将丝素大分子间适当隔离，防止丝素大分子间产生大量的氢键结合，防止丝素结晶，以便当膜受到外力作用时，三维网络中丝素大分子链段间容易产生位移，且这种位移是可回复的，这样既提高了丝素膜的柔性，又提高了丝素膜的弹性。

本发明所述的柔韧丝素蛋白膜及其制备方法，结合以下几个实施例作进一步阐明。

实施例一：

1.将1公斤茧层放入20升浓度为0.5％的中性皂溶液中，于98～100℃的温度条件下处理2小时，脱尽蚕丝外围的丝胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)；

2.将晾干后的纯丝素，用28升8.5摩尔/升的溴化锂溶液，在60±2℃的温度下搅拌，溶解成丝素蛋白混合溶液；

3.用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用水进行透析，以去除溴化锂等杂质，再用脱脂棉过滤，得到纯的丝素蛋白溶液；

4.在丝素溶液中添加脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂，分子量为160～370，环氧树脂的添加量为溶液含固率的37.4％，充分搅拌；

5.在上述溶液中添加催化剂KSCN，催化剂的添加量为环氧树脂重量的1％，充分搅拌；

6.将上述溶液注入聚苯乙烯制的铸膜模具内，50℃干燥约5小时；

7.经4小时吸湿平衡后从铸膜模具内剥出柔韧丝素膜，切成10×10cm²规格，用双层塑料袋包装并封口，然后用γ射线照射消毒，即得成品。其主要结构、性能指标如表1所示。

实施例二：

1.将0.5公斤下脚生丝(缫丝厂蚕茧缫丝后的副产品)放入10升浓度为0.05％的碳酸钠水溶液中，煮沸0.5小时，重复处理三次，脱尽蚕丝外围的丝胶，得到纯丝素(即丝素蛋白)；

2.将晾干后的纯丝素，用3升重量比为45∶30∶25的硝酸钙、水、乙醇溶液，在80±2℃的温度下搅拌，溶解成丝素混合溶液；

3.用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用水进行透析，以去除硝酸钙、乙醇等杂质，再用多层脱脂纱布过滤，得到纯的丝素蛋白溶液；

4.在丝素溶液中添加聚醚型缩水甘油醚环氧树脂，分子量为922～1022，环氧树脂的添加量为溶液含固率的23.3％，充分搅拌；

5.在上述溶液中添加催化剂Na₂S₂O₃，催化剂的添加量为环氧树脂重量的0.01％，充分搅拌；

6.将上述溶液注入聚四氟乙烯制的铸膜模具内，在60℃的温度下干燥约3小时；

7.经8小时吸湿平衡后从铸膜模具内剥出柔韧丝素膜，切成20×20cm²规格，用双层塑料袋包装并封口，然后用γ射线照射消毒，即得成品。其主要结构、性能指标如表2所示。

实施例三：

1.将1公斤真丝熟织物(丝绸厂的边角料，已精练加工过)洗净、晾干后，用20升摩尔比为1∶8∶2的氯化钙、水、乙醇溶液，在78±2℃的温度下加热溶解，制成丝素蛋白混合溶液；

2.用纤维素膜为透析材料，将所得的丝素蛋白混合溶液用水进行透析，以去除氯化钙，乙醇等杂质，再用多层脱脂纱布过滤，得到纯的丝素蛋白溶液；

3.在丝素溶液中添加脂肪族环氧化合物，分子量为100～310，环氧树脂的添加量为溶液含固率的30.0％，充分搅拌；

4.在上述溶液中添加催化剂KI，催化剂的添加量为环氧树脂重量的1％，充分搅拌；

5.上述溶液注入聚乙烯制的铸膜模具内，在约45℃温度下干燥约8小时；

6.经6小时吸湿平衡后从铸膜模具内剥出柔韧丝素膜，切成10×10cm²规格，用双层塑料袋包装并封口，然后用γ射线照射消毒，即得成品。其主要结构、性能指标如表3所示。

本发明所提供的柔韧丝素蛋白膜，它以蚕丝为主要原料，而蚕丝是一种相当纯的天然蛋白质，且丝素蛋白的氨基酸组成中含有大量的乙氨酸和丙氨酸，与构成人体胶原蛋白的氨基酸组成有一定的相似性，因此用它制成的柔韧丝素蛋白膜，与人体有很好的相容性、无菌无毒，成本低廉，常温下可长期储存；同时由于以环氧树脂作为交联剂，既能使丝素膜难溶于水，又防止了膜内丝素的结晶，使丝素膜具备较好的柔韧性。可用作硬脑膜、食道、心脏瓣膜、血管、韧带、肌腱等外科修复材料，及创面覆盖、人工皮肤材料、药物缓释载体等。

表1

膜  厚(μm)	膜内丝素结  构	水  中溶失率(％)	断  裂强  度(N/cm2)	断  裂伸长率(％)	伸  长弹性率(％)	杨氏模量(N/mm2)
							50	非晶态	0.9	520	130.6	69.0	103.5

表2

膜  厚(μm)	膜内丝素结  构	水  中溶失率(％)	断  裂强  度(N/cm2)	断  裂伸长率(％)	伸  长弹性率(％)	杨氏模量(N/mm2)
							20	非晶态	0.5	933.0	101.1	82.0	81.1

表3

膜  厚(μm)	膜内丝素结  构	水  中溶失率(％)	断  裂强  度(N/cm2)	断  裂伸长率(％)	伸  长弹性率(％)	杨氏模量(N/mm2)
							110	非晶态	1.3	1262.0	57.2	98.1	52.3

Claims (4)

1.一种柔韧丝素蛋白膜，它以家蚕丝或其制品为主要原料加工而成，其特征在于：丝素蛋白成膜的交联剂为环氧树脂，膜内丝素蛋白含量为50～98％，丝素的结构为非晶态，水中溶失率小于1.5％，杨氏模量小于200N/mm²，拉伸断裂强度大于500N/cm²，断裂伸长率大于45％，定伸长弹性回复率大于60％。

2.一种如权利要求书1所述的柔韧丝素蛋白膜的制备方法，先将蚕丝经脱胶、溶解、透析、提纯后得到纯丝素蛋白溶液，其特征在于再进行如下步骤的加工：

a.在总含固率为3～30％的丝素溶液中添加交联剂环氧树脂，环氧树脂的添加量占丝素溶液中含固总量的1～50％；

b.在20～80℃的温度条件下干燥成膜。

3.根据权利要求1所述的一种柔韧丝素蛋白膜，其特征在于：所述的成膜交联剂是下列环氧树脂中的一种或几种：

a.双酚A型缩水甘油醚：

式中，R为：

b.双酚F型缩水甘油醚：

式中，R为：

c.脂肪族缩水甘油醚：

d.脂肪族环氧化合物：

e.聚醚型缩水甘油醚：

f.聚烯醇类缩水甘油醚：

g.聚丙烯酸酯类环氧化合物：

式中，R为：H，CH₃，C₂H₅，C₂H₄OH，C₃H₇，或C₄H₉。

4.根据权利要求2所述的一种柔韧丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：在步骤a后，再添加占环氧树脂重量0～2％的催化剂，所述的催化剂为：NaF，NaNO₃，Na₂SO₄，KBr，KI，NaSCN，KSCN，Na₂S₂O₃中的一种。