CN1372023A

CN1372023A - 一种组织工程支架用纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN1372023A
Application number: CN 02112796
Authority: CN
Inventors: 左葆齐; 吴徵宇; 李明忠; 戴礼兴; 朱美男
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: CN1172036C

Abstract

本发明涉及生物医学工程材料领域,特别涉及一种组织工程支架用纤维及其制备方法。它是以天然蚕丝为主要原料,经脱胶、溶解、提纯后得到丝素蛋白溶液,采用湿法纺丝法,控制其结晶度小于40%,纺制成生物可降解的组织工程支架用纤维。由于该材料无毒无害,生物相容性良好,具有难溶于水,且有一定强力、伸长、弹性等物理性能,可用作人工皮肤、肌腱、软骨、硬脑膜等组织工程用支架材料或外科修复材料。

Description

一种组织工程支架用纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程材料领域，特别涉及一种组织工程支架用纤维及其制备方法。

背景技术

蚕丝由约75％的丝素和25％丝胶所组成，是相当纯的天然蛋白纤维，对人体无毒性、无刺激作用，丝素的氨基酸组成与人体胶原蛋白有一定的相似性，具有良好的生物相容性，是制备生物医用制品的较为理想的原料。但经研究证明，由于天然蚕丝结晶度较高，结晶区中蚕丝大分子内部氢键等结合力较强，空间结构紧密，因此，一般的蚕丝制品难以被生物降解，这就使得天然丝素在生物医学领域的应用，尤其是用作为组织工程材料的应用，受到了极大的限制。

在本发明做出之前，国际上较多采用的技术是用聚乳酸等人工材料作为组织工程用支架，由于这些材料在体内降解过程中易产生局部酸性物质堆积，不利于细胞的附着、分裂、增殖，且价格昂贵。在国内，公开号为CN1059129C的发明专利“一种创面保护膜及其制备方法”中，公开了一种以蚕丝为原料，经脱胶、溶解等工序后，干燥成膜的方法；公开号为CN1260363A的发明专利“一种多孔丝素膜及其制备方法”中，公开了一种用冷冻干燥法制备多孔丝素膜的方法，以上技术所提供的丝素蛋白材料都为膜状，仅可用作创面覆盖及人工皮肤，难以构成组织工程用三维复杂支架。目前，利用天然丝素蛋白纤维制备生物可降解的组织工程支架材料，尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与人体具有良好的组织相容性，并且生物可降解的组织工程支架用纤维及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：制备一种组织工程支架用纤维，它以家蚕丝或其制品为主要原料加工而成，所述的组织工程支架用纤维为长丝状结构，其中蚕丝丝素含量为50％～100％；结晶度为1％～40％，纤度为1～40dtex，拉伸断裂强度大于0.5cN/dtex，断裂伸长率为1～30％。

为了达到上述组织工程支架用纤维的各项技术性能，本发明采用的制备方法是先将蚕丝脱胶，得到纯蚕丝丝素，再进行如下步骤的加工：

a.将纯蚕丝丝素溶解，提纯后制得蚕丝浓度在10％～40％的纺丝原液；

b.用浓度为50～99％的有机溶剂或浓度为20～60％的高吸水性盐类制备成凝固液，将纺丝原液在凝固浴中纺丝，清洗后得到初生丝素纤维；

c.用浓度为30～90％的有机溶剂或浓度为10～50％的高吸水性盐类制备成牵伸液，将初生丝素纤维在牵伸浴中进行一次或一次以上的牵伸，其牵伸速度为2～120米/分，牵伸倍率为0.1～20倍，牵伸温度为50～120℃，结晶度为0％～40％，从而得到生物可降解组织工程支架用再生丝素纤维。

上述技术方案中，所述的纯蚕丝丝素溶解工艺，其溶剂为60～85％的磷酸，溶解温度为20～40℃，溶解时间为0.5～72小时；纯蚕丝丝素溶解工艺还可为：溶剂按重量比为溴化锂35～50％、乙醇45～55％、水5～10％的比例配制成的三元溶液，溶解温度为60～90℃，溶解时间为3～5小时。

所述的凝固液、牵伸液中的有机溶剂为甲醇、乙醇中的一种；高吸水性盐类为醋酸铵、醋酸纳、硫酸铵、硫酸钠中的一种。

所述的纺丝工艺条件，是将纺丝原液在温度为20～50℃的凝固浴中纺丝，氮气压力为0.1MPa～0.5Mpa，纺丝板孔径为0.2～0.8mm，纺丝速度为1～28米/分。

本发明由于以蚕丝为主要原料，因此，制得的再生丝素蛋白纤维具有天然丝素蛋白质与人体生物相容性好的优点；同时，由于在在纺丝过程中控制再生丝素蛋白纤维的结晶度、取向度等聚集态结构参数，使再生丝素蛋白纤维生物可降解，成为组织工程支架用理想的纤维材料。

附图说明

附图1是本发明实施例纺丝方法流程及装置结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步阐明。

实施例一：

先将0.6公斤下脚生丝(缫丝厂蚕茧缫丝中的副产品)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，脱尽丝素外围的丝胶，得到纯蚕丝丝素。

待自然晾干后的纯蚕丝丝素，用1.5升浓度为80％的磷酸，在30℃的温度条件下溶解2小时，经过滤提纯、超声波消泡1小时后制成纺丝原液；

参见附图1，在0.4MPa氮气作用下，用一个孔径为0.5mm的纺丝孔，在25℃的温度条件下，以每分钟2克的速度喷出丝素蛋白纺丝原液，进入浓度为25％硫酸铵凝固液中，凝固浴的温度为30℃，纺丝凝固成初生丝素蛋白纤维。将经水洗后的初生丝素蛋白纤维浸入第一牵伸浴，牵伸率为1.0倍；再浸入第二牵伸浴，牵伸率为2.0倍。第一、二次牵伸的牵伸液均为浓度60％的甲醇，牵伸温度为80℃。

最后，以每分钟90米的速度卷取，制成组织工程支架用再生丝素蛋白纤维，其丝素含量为100％，经X射线衍射测定，其结晶度为3％。纤维长度1米以上，纤度1dtex，拉伸断裂强度0.5CN/dtex，断裂伸长率为2％。

实施例二：

将1公斤茧层放入20升浓度为0.5％的中性皂溶液中，煮沸2小时，脱尽丝素外围的丝胶，热水充分洗涤后得到纯蚕丝丝素。

把干燥后的纯蚕丝丝素，用1.5升重量比为44∶50∶6的溴化锂、乙醇、水的三元溶液，在75℃的温度条件下搅拌4小时，溶解成丝素混合溶液，经过滤提纯，超声波消泡1.5小时后制成纺丝原液。

如附图1所示，在0.3MPa氮气作用下，用孔径为0.5mm的纺丝孔2个，在30℃温度条件下，以每分钟3克的速度喷出丝素蛋白纺丝原液，进入20℃甲醇浓度为60％的凝固液中，凝固成初生丝素蛋白纤维。

经水洗后浸入第一牵伸浴，牵伸液为15％的醋酸铵溶液，温度为70℃，牵伸率1.5倍以上；再浸入第二牵伸浴，牵伸温度为80℃，牵伸液为10％的醋酸铵溶液，牵伸率2.0倍以上。

最后以每分钟90米的速度卷取，制成丝素含量为95％、结晶度为6％的组织工程支架用再生丝素蛋白纤维。

本发明提供的组织工程支架用丝素蛋白纤维，保留了天然丝素的蛋白质组份，具有良好的生物相容性，且成本低廉。特别是它的生物可降解性及通过后道加工制成组织工程用三维支架的可塑性，可望用作代替高成本的进口聚乳酸等生物可降解的组织工程材料，用作人工皮肤，肌腱、血管、软骨、韧带、食道、硬脑膜等组织工程用支架材料或外科修复材料。

Claims

1.一种组织工程支架用纤维，其特征在于：它以家蚕丝或其制品为主要原料加工而成，所述的组织工程支架用纤维为长丝状结构，其中蚕丝丝素含量为50％～100％；结晶度为1％～40％，纤度为1～40dtex，拉伸断裂强度大于0.5cN/dtex，断裂伸长率为1～30％。

2.一种制备组织工程支架用纤维的方法，先将蚕丝脱胶，得到纯蚕丝丝素，其特征在于再进行如下步骤的加工：

3.根据权利要求2所述的一种制备组织工程支架用纤维的方法，其特征在于：所述的纯蚕丝丝素溶解工艺，溶剂为60～85％的磷酸，在20～40℃的温度条件下溶解0.5～72小时。

4.根据权利要求2所述的一种制备组织工程支架用纤维的方法，其特征在于：所述的丝素溶解工艺，溶剂为按比重溴化锂35～50％、乙醇45～55％、水5～10％的比例配制成的三元溶液，在60～90℃的温度条件下溶解3～5小时。

5.根据权利要求2所述的一种制备组织工程支架用纤维的方法，其特征在于：所述的凝固液、牵伸液中的有机溶剂为甲醇、乙醇中的一种；高吸水性盐类为醋酸铵、醋酸纳、硫酸铵、硫酸钠中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种制备组织工程支架用纤维的方法，其特征在于：所述的纺丝工艺条件，是将纺丝原液在温度为20～50℃的凝固浴中纺丝，氮气压力为0.1MPa～0.5Mpa，纺丝板孔径为0.2～0.8mm，纺丝速度为1～28米/分。