CN116350848A - 一种蚕丝蛋白膜、制备和使用方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蚕丝蛋白膜、制备和使用方法及应用,属于医疗器械技术领域。该方法以脱胶蚕丝为基材进行处理并辅以高分子溶液进行填充改性以提高脱胶处理所造成的力学性能降低的缺点。该产品生物相容性好,细胞能在其表面贴附、延伸。该蚕丝蛋白膜强度韧性高、弯曲程度强、缝合后不开裂,尤其可以弥补常规修补材料不适用的情况。可采用缝合或贴敷的方式使用。该蚕丝蛋白膜制备工艺简单、耗费时间短,生产过程中的干燥温度还可杀死大部分细菌,减少中间产品的初始污染菌。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域,具体涉及一种蚕丝蛋白膜、制备和使用方法及应用。
背景技术
硬膜缺损在脊柱外科和神经外科是较为常见的。造成硬膜破损的原因有很多,可以大体上将原因分为两大类:治疗所需和意外。治疗所需的硬膜破损常常是基于临床治疗的需要,如诊断性腰穿、治疗性穿刺(麻醉、分娩镇痛等)、硬膜内(包括髓内)肿瘤或囊肿的摘除、选择性分流术等。另一类硬膜破损是意外所致,如外伤(脊柱或颅骨骨折时骨块刺穿硬膜)、手术并发症(如椎板切除时不慎撕裂硬膜)。
硬膜破损之后脑脊液渗漏可引起一系列的并发症。为了防止脑脊液渗漏,临床应用中可能需要使用修补材料对缺损处进行缝合降低渗漏风险。
目前修补材料所用生物膜多为胶原膜为基材,添加壳聚糖、海藻酸钠等以增加抑菌或者凝血效果,但动物源组织的脱细胞、脱脂、去抗原等过程复杂且成本高,所用酸碱溶剂可能会造成试剂残留进而产生免疫排异反应的风险;同时,胶原基材所制备的生物膜强度/韧性不高,不适用于缝合,强制缝合很容易导致膜的开裂,导致这种材料在临床上应用范围受到很大限制。
因此制备一种强度、韧性高,成本适中,生产便捷,且适用于缝合的膜是目前治疗硬膜缺损的研究热点。
蚕丝作为一种天然蛋白质纤维,主要包括桑蚕丝、柞蚕丝和蓖麻丝。桑蚕丝其纤维细柔平滑,富有弹性,光泽,吸湿性好。柞蚕丝是由作蚕吐出的丝,其颜色较深,为深褐色,其纤维犹如纸张般光滑,结构非常强硬。蓖麻丝为蓖麻蚕茧抽出的丝,通常用于绢纺的原料。由于以上各种蚕丝的良好的吸湿性和鲜亮的光泽,主要被人们用来作为高档的纺织材料。蚕丝几乎90%以上用于纺织业,单独纺织不能充分利用庞大的蚕丝资源,并且无论是何种蚕丝,一般都是由70wt%左右的丝素蛋白和25wt%左右的丝胶蛋白组成,另有5wt%左右的杂质(脂肪、蜡质、色素和无机盐等)。因此通过对其进行脱胶、溶解、透析技术提取丝素蛋白拓展蚕丝应用是十分必要的。
目前获得蚕丝蛋白的脱胶技术主要为碱性试剂脱胶、酸性试剂脱胶和高温高压脱胶等。以上方法由于破化了蚕丝本身的天然结构,所得材料脆性过大,韧性不足。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种蚕丝蛋白膜的制备方法,该方法中以脱胶蚕丝为基材,结合高分子溶液进行填充改性,进而提高了蚕丝的使用时的力学性能,提升了蚕丝强度和韧性,解决了经脱胶处理所造成的蚕丝脆性大,力学性能低,韧性不足的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种蚕丝蛋白膜的使用方法,该方法中将蚕丝蛋白膜特意制备成光滑面和粗糙面,利用粗糙面进行缝合或贴敷,更有利于细胞的生长。
本发明通过以下技术方案实现:
一种蚕丝蛋白膜的制备方法,包括如下步骤:
S1、脱胶:将蚕丝置于碱性脱胶溶液中脱胶后,进行清洗、干燥,获得备用物A;
S2、成品制备:将备用物A置于高分子溶液中浸泡5-60min、沥干、铺设、一次干燥、交联、清洗、二次干燥后,获得蚕丝蛋白膜;
所述柔韧调节剂是由高分子溶液和增塑剂混合而成;
所述高分子溶液包括明胶溶液、胶原蛋白溶液、蚕丝蛋白溶液、纤维素溶液和透明质酸溶液中的一种或多种;
所述高分子溶液的质量份数为2wt%-9wt%。
作为优选地,所述高分子溶液和增塑剂的混合比例为100ml:0.5-1.5g;
所述增塑剂为甘油、丙二醇和聚乙二醇中的任意一种。
该蚕丝蛋白膜在制备时,将脱胶蚕丝基材置于高分子溶液中浸泡,与高分子独特的性能,如止血、抗菌、消炎、促愈合和强度高等相结合,赋予或叠加最终材料所需性能。
作为优选地,所述碱性脱胶溶液的质量份数为0.05wt%-2.5wt%;
所述碱性脱胶溶液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、尿素溶液和蛋白酶溶液中的任意一种;
所述脱胶次数为1-5次,每次10-60min;
所述清洗次数为1-5次,每次10-60min;
所述脱胶步骤中,在50-120℃下干燥不低于30min。
作为优选地,所述成品制备步骤中,铺设厚度为0.2-3mm;
所述一次干燥温度为37-65℃,时长不低于30min。
上述铺设叠加层数与厚度相关,可根据使用部位进行调整。如硬脊膜适用厚度为0.25-2.5mm,颈、胸段适用厚度分别为1.5mm和1.0mm,腰段适用厚度约0.66-0.33mm。
上述干燥的方式包括烘干或冷冻干燥。
作为优选地,所述成品制备步骤中,交联方式为戊二醛、甲醛、高热脱氢和EDC/NHs中的一种或多种。
作为优选地,所述EDC摩尔浓度为5mM,NHS与EDC的摩尔浓度比为4:1,交联时间为4-10h。
上述交联方式首选绿色交联剂—碳化二亚胺及其盐酸盐。其水溶性高,在制作过程中更易于去除残留。同时碳化二亚胺在体内引起组织钙化的量要远低于醛类。
上述脱胶后的清洗步骤,用于除去碱性脱胶溶液。
一种根据蚕丝蛋白膜的制备方法获得的蚕丝蛋白膜。
作为优选地,所述蚕丝蛋白膜的一侧表面为光滑面,另一侧表面为粗糙面。
上述将蚕丝蛋白膜分为光滑面和粗糙面,是为了区分正反面,粗糙面更有利于细胞生长,光滑面在外侧。
一种蚕丝蛋白膜在制备治疗硬膜缺损或破损时,作为生物修补膜的应用。
一种蚕丝蛋白膜的使用方法,所述蚕丝蛋白膜利用粗糙面,以缝合或贴敷的方式使用。
蚕丝蛋白(丝素蛋白)是一种天然高分子材料,蚕丝蛋白主要由丝氨酸、甘氨酸和丙氨酸等18种氨基酸残基构成,其中有8种氨基酸是人体必需的。因其良好的可生物降解、抗菌、缓释性、透气性、力学性能和生物相容性以及无毒、无污染等,使得其应用领域逐渐向食品、医药、生物技术和日用精细化工等领域拓展。
与现有技术相比,本发明至少具有如下技术效果:
(一)本发明提供了一种蚕丝蛋白膜的制备方法,该方法以脱胶蚕丝为基材进行处理并辅以明胶、胶原蛋白、蚕丝蛋白、纤维素、透明质酸等材料进行填充改性以提高脱胶处理所造成的力学性能降低的缺点。该产品生物相容性好,细胞能在其表面贴附、延伸。
(二)该蚕丝蛋白膜是用脱胶蚕丝为基材,其没有免疫源性,具有增强细胞的修复及再生能力,从源头阻断黑色素的形成,促进胶原蛋白合成,促进皮肤的新陈代谢率。且蚕丝含有铜元素,铜元素可以在接触时杀死细菌和病毒,有效抑菌,来源广泛易得且成本低。对其进行处理并填充改性制备的高强度可缝合蚕丝蛋白膜强度韧性高、弯曲程度强、缝合后不开裂,尤其可以弥补常规修补材料不适用的情况。
(三)该蚕丝蛋白膜可采用缝合或贴敷的方式使用。
(四)该蚕丝蛋白膜制备工艺简单、耗费时间短,生产过程中的干燥温度还可杀死大部分细菌,减少中间产品的初始污染菌。
附图说明
图1为实施例1制备得到的蚕丝蛋白膜成品示意图;
图2为抑菌性能对比示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围,实施例中未注明的具体条件,按照常规条件或者制造商建议的条件进行,所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1:
一种蚕丝蛋白膜的制备方法,包括如下步骤:
S1,取蚕丝蛋白膜,将其置于浓度为0.1wt%的碳酸钠溶液中进行脱胶,脱胶次数为2、时间为10min/次,后用水清洗;最后将其置于不锈钢盘中100℃干燥30min;
S2,将S1所得材料置于100ml 5%透明质酸钠溶液,甘油0.5g,中浸泡30min,沥干,铺设于不锈钢盘。所铺设蚕丝蛋白膜层数为1,65℃进行干燥;
S3,将S2制备得到的蚕丝蛋白膜置于EDC溶剂中进行交联8h,其摩尔浓度为5mM,NHS与EDC的摩尔浓度比为EDC:NHS=4:1。
清水洗涤3次后置于65℃进行干燥得蚕丝蛋白膜。
如图1所示,为通过上述方法制备得到的蚕丝蛋白膜成品。
产品实验测试:
对膜的厚度拉伸强度、缝合强度、弯曲强度和抑菌性能进行测试。
一、拉伸强度测试:将上述实施例1制备得到的蚕丝蛋白膜复水1min后,将样品裁剪成50mm×10mm的样条,测量样条厚度D(单位为mm);然后将样条的两端分别固定在万能材料试验机的夹具上,夹具间距为20mm。然后以50mm/min的速率匀速拉伸样条,直至样条断裂,记录此过程中的最大力Fm(单位N)。拉伸强度T计算公式如下:
其中:W为试样宽度,10mm。
二、缝合强度:将上述实施例1制备得到的蚕丝蛋白膜复水1min后,将试样裁剪成20mm×20mm的样块,然后使用2-0医用尼龙缝线在距样块一端的边缘2mm处插入并穿过样块,缝合成1个半环。将样块和缝线分别固定在万能材料试验机的夹具上,以50mm/min的速率拉伸缝线,记录将缝线从样本中拉出或导致样本损坏的最大力值,即为缝合强度S(N)。
三、弯曲强度:采用3点弯曲法测定弯曲程度。将上述实施例1制备得到的蚕丝蛋白膜样品复水1min后,裁剪成24mm×4mm的长条状,在万能试验机下测定弯曲强度,跨距为16mm,加载速率为0.3mm/min,计算公式如下:
式中:A为弯曲强度,Mpa;F为破坏载荷,N;l为跨距,mm;b为试样宽度,mm;d为试样厚度,mm。
四、抑菌测试:首先将实施例1和对比例1膜,剪成1cm×1cm大小置于12孔板中,用体积分数75%乙醇清洗灭菌10min,再用无菌PBS洗涤膜5min,重复洗涤3次后吸去PBS。随后加入浓度为107-108CFU/mL的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌液1mL,37℃下培养2h。随后各吸取200μL菌悬液接种在琼脂平板上,采用涂布法使菌悬液均匀涂布在琼脂平板上,37℃下培养12h,计算琼脂平板上的菌落数。另制备空白板,方法同上。
实施例2:
步骤S2,铺设蚕丝蛋白膜层数为3,其他同实施例1。
实施例3:
步骤S2,铺设蚕丝蛋白膜层数为5,其他同实施例1。
实施例4:
步骤S2,铺设蚕丝蛋白膜层数为7,其他同实施例1。
实施例5:
步骤S2,高分子溶液为5%胶原蛋白溶液,其他同实施例1。
实施例6:
步骤S2,高分子溶液为5%蚕丝蛋白溶液,其他同实施例1。
实施例7
步骤S2,甘油含量调整为1.5g,其他同实施例1。
对比例1:
步骤S1,取脱胶蚕丝蛋白膜,将其置于浓度为0.1wt%的碳酸钠或碳酸氢钠溶液中进行脱胶,脱胶次数为2次、时间为10min/次,后用水清洗;最后将其置于不锈钢盘中100℃干燥30min。
对比例2:步骤S3,交联方式为戊二醛熏蒸法交联,其他同实施例1。
测试指标:对膜的厚度拉伸强度、缝合强度、弯曲强度和抑菌性能进行测试。
表1强度测试对比
根据对比实施例1-4可知:拉伸强度、缝合强度随厚度增加,弯曲强度随厚度降低,厚度薄更具有柔韧性。
通过对比实施例1与实施例5和6可知:与不同高分子溶液混合后拉伸强度、缝合强度和弯曲强度几乎一致。
通过对比实施例与实施例7可知:增塑剂的加入可增加产品的柔韧度,与此同时拉伸强度和缝合强度略有降低。
通过对比实施例1与对比例2可知:交联方式对性能影响不大。优选交联方式为EDC交联。
所有实施例均进行交联,可以有效地增强分子链间的联系,使分子链不易发生相对滑移,随着交联度的提高,往往不易发生大的形变,强度增高,均优于对比例1纯蚕丝蛋白膜。
通过图2数据可知,实施例1与对比例1的均具有抑菌性能,空白板菌落不可数。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、脱胶:将蚕丝置于碱性脱胶溶液中脱胶后,进行清洗、干燥,获得备用物A;
S2、成品制备:将备用物A置于柔韧调节剂中浸泡5-60min、沥干、铺设、一次干燥、交联、清洗、二次干燥后,获得蚕丝蛋白膜;
所述柔韧调节剂是由高分子溶液和增塑剂混合而成;
所述高分子溶液包括明胶溶液、胶原蛋白溶液、蚕丝蛋白溶液、纤维素溶液和透明质酸溶液中的一种或多种;
所述高分子溶液的质量份数为2wt%-9wt%。
2.根据权利要求1所述的一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,所述高分子溶液和增塑剂的混合比例为100ml:0.5-1.5g;
所述增塑剂为甘油、丙二醇和聚乙二醇中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,所述碱性脱胶溶液的质量份数为0.05wt%-2.5wt%;
所述碱性脱胶溶液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、尿素溶液和蛋白酶溶液中的任意一种;
所述脱胶次数为1-5次,每次10-60min;
所述清洗次数为1-5次,每次10-60min;
所述脱胶步骤中,在50-120℃下干燥不低于30min。
4.根据权利要求1所述的一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,所述成品制备步骤中,铺设厚度为0.2-3mm;
所述一次干燥温度为37-65℃,时长不低于30min。
5.根据权利要求1所述的一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,所述成品制备步骤中,交联方式为戊二醛、甲醛、高热脱氢和EDC/NHs中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种蚕丝蛋白膜的制备方法,其特征在于,所述EDC摩尔浓度为5mM,NHS与EDC的摩尔浓度比为4:1,交联时间为4-10h。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的蚕丝蛋白膜的制备方法获得的蚕丝蛋白膜。
8.根据权利要求7所述的一种蚕丝蛋白膜,其特征在于,所述蚕丝蛋白膜的一侧表面为光滑面,另一侧表面为粗糙面。
9.一种如权利要求7或8所述的蚕丝蛋白膜在制备治疗硬膜缺损或破损时,作为生物修补膜的应用。
10.一种如权利要求7或8所述的蚕丝蛋白膜的使用方法,其特征在于,所述蚕丝蛋白膜利用粗糙面,以缝合或贴敷的方式使用。
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