丝素/纳米SiO₂共混膜的制备方法

专利名称：丝素/纳米SiO₂共混膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及生物材料技术领域，具体是一种以家蚕后部丝腺来源的丝素蛋白与纳米
Si02为材料制备共混膜的方法。
背景技术：
众多研究表明丝素蛋白作为一种天然蛋白，具有优良的理化性能和生物相容性。它常 被用作酶的固定基质、药物控制释放材料、抗凝血材料等，在医学上有广泛的应用。
纳米粉体是指尺寸范围在l一100nm的超细颗粒。纳米材料的制备、性质和应用的研究 己成为科学领域内一个极具活力的热点。在其医学应用领域取得了巨大的成就，其中最引 人注目的是纳米生物材料作为药物载体,或制作人体生物医学材料，如人工肾脏、人工关节 等。而纳米Si02也是应用较为广泛的纳米材料之一，因为它颗粒表面存在不饱和的残键及不 同键合状态的羟基，己经被用于多种物质的改性以及与其他物质复合的研究，如在橡胶改 性、工程塑料、生物医学、树脂基复合材料中的应用已有过许多报道。
丝素膜以蚕丝为原料，经脱胶、溶解、透析制得丝素溶液，再将丝素溶液置于模具中 烘干制成。目前己有肝素化胶原/丝素共混膜、丝素/ PVP共混膜、丝素/海藻酸钠共混膜、 丝素/聚丙烯酰胺(PAAM)共混膜、丝素/明胶共混膜等。己经有专利CN200610025827.3 利用丝素和正硅酸乙酯，采用溶胶凝胶法制备了SF/Si02纳米复合膜，该膜中丝素蛋白和 二氧化硅均匀分布，有机相与无机相间存在氢键。上述种种共混膜的制备中，丝素的来源 均为蚕丝脱胶，但目前的脱胶工艺很难完全去除蚕丝中的丝胶蛋白，也就是说，目前所采 用的以蚕丝脱胶的方法所制备的丝素蛋白中可能有丝胶蛋白残留，由于丝胶蛋白具有免疫 原性，因此限制了在生物组织工程领域的应用。用取自家蚕后部丝腺的丝素蛋白与纳米Si02
进行复合，并对该种共混膜作为组织工程材料的相关性能进行研究，目前在国内外尚未见报道。

发明内容
本发明的目的在于提供一种丝素共混膜的制备方法，该方法以家蚕后部丝腺来源的丝 素蛋白与纳米Si02为材料制备。
直接从家蚕的后部丝腺获取丝素蛋白，这种方法获得的丝素蛋白中不含丝胶。这是因为，在家蚕体内，丝胶位于家蚕的中部丝腺，丝素蛋白位于家蚕的后部丝腺，家蚕吐丝时， 后部丝腺中的丝素蛋白经过中部丝腺并被丝胶包裹后，经吐丝管压丝区的挤压最终形成天
然蚕丝。
本发明依次通过下列步骤实现
(1) 丝素蛋白的制备取家蚕五龄幼虫完整的后部丝腺，放入水相介质中，0 4°C 下磁力搅拌处理6 12h，过滤，制成丝素蛋白溶液，冷冻干燥成丝素粉末，备用；
(2) 纳米Si02的预处理称取待处理的纳米Si02 ，用无水乙醇作为溶剂将纳米Si02
溶解，纳米Si02与无水乙醇的质量体积比为2: 15， 8(TC恒温水浴搅拌加热，缓慢滴加硅烷 偶联剂KH—550，纳米SiO2与硅垸偶联剂KH—550的质量体积比为20: 1，边滴加边搅拌，反 应40min后，形成凝胶状纳米SiO"备用；
(3) 共混膜的制备将粉末状丝素蛋白配制成质量百分比浓度为5%的丝素水溶液， 加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5。/。的丝素水溶液与凝胶状纳米SiO2按8:0. 15 8:0. 55的体积比共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声振荡30分钟， 在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37X:，湿度65%,时间5 15h。
本发明所制备的共混膜的几何形态描述圆形、透明、柔软、直径8.5cm、表 面凹凸，横截面呈现多层次的网络状结构，中间有大量的微孔和凹陷，质地均匀。 溶胀度1 50%，热水溶失率O. 1 50%，透汽率20 110 g/(m2*h)，同时，本发明方 法所制备的共混膜的溶胀度，热水溶失率，透汽率等参数可以根据两种材料的共混 比例进行调节。
本发明的优点
(1)与再生丝素蛋白相比，本研究取自家蚕后部丝腺的丝素蛋白具有低免疫原性的优势。
(2 )本发明方法所制备的共混膜的溶胀度，热水溶失率，透汽率等参数可以 根据两种材料的共混比例，即在8:0. 15 8:0.55范围内进行调节。
(3 )在3(TC 160'C范围内，其内部结构稳定，说明在人体及湿热灭菌温度范 围内内部结构稳定。
(4) 共混膜的生理盐水耐受力理想，因此，共混膜可作为一种新型组织工程材料， 具有广阔的应用前景。
具体实施例方式
实施例l :丝素、纳米Si02共混体积比8:0. 15(1) 丝素蛋白的制备取家蚕五龄幼虫完整的后部丝腺，放入水相介质中，0 4'C下 磁力搅拌处理6 12h，过滤，制成丝素蛋白溶液，冷冻干燥成丝素粉末，备用；
(2) 纳米Si02的预处理称取待处理的纳米Si02 2g，量取15mL无水乙醇作为溶剂将 纳米Si02溶解，8(TC恒温水浴搅拌加热，缓慢滴加100ul硅垸偶联剂KH—550，边加边搅拌， 反应40min后，形成凝胶状纳米Si02备用；
(3) 共混膜的制备将粉末状丝素蛋白配制成质量百分比浓度为5%的丝素水溶液， 加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5e/。的丝素水溶液与凝胶状纳米Si02按体积比 8:0. 15共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声振荡30分钟，在聚苯乙 烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37'C，湿度65%，时间5 15h。
性能检测
(1) 采用扫描电镜分别观察丝素膜、共混膜的表面和横截面结构。
(2) 溶胀度和热水溶失率的测定
采用烘干质量法测定共混膜的溶胀度和热水溶失率。溶胀度测定充分平衡后的共混
膜质量G,，然后在2(TC水中浸渍24h后取出，吸干共混膜表面水分，再次测定质量&。热 水溶失率测定充分平衡后的共混膜质量G,， 37'C水中浸渍lh后，用6(TC温度将浸渍后 的共混膜烘干至恒重，测定其质量G:,。
计算公式溶胀度=[(G广G,) /G,]X100y。;热水溶失率^ (G广G:,) /G,] X難。式 中G,为充分平衡后共混膜的质量；G2在20。C水中浸渍24h后取出，吸干共混膜表面水分后 的质量；G3为37。C水中浸渍lh后，用6(TC温度将浸渍后的共混膜烘干至恒重的质量。
(3) 透汽率测定
按照国家标准GB/T12704-1991织物透湿性测定方法-"透湿杯法"进行杯内装
入10ml蒸馏水，共混膜封装于杯口，试样组合体正置于38'C环境中，每隔lh测定l次。 计算公式透汽率二Am/st。式中Am为同一试样组合体两次称量差(g) ; s为试样面 积(m2) ; t为试验时间(d)。
(4) 红外光谱分析
采用傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet)分别测定共混膜、丝素膜和纳米Si02在波 数1750-400 cm—'的透光率。
(5) DSC热分析检测
取共混膜样品，用STA409PC型差热分析仪对样吕在加热过程中的相变温度(DSC)进 行分析，分析条件为在氩气保护气氛中以10K/min的加热速率进行升温共混膜从30'C加热至16(TC。
(6)生理盐水耐受力检测 将共混膜于生理盐水中浸泡20天，定时(1、 7、 20天)，观察膜的颜色、裂纹现象。
结果显示共混膜透明、柔软，电镜显示其表面有凹凸，横截面呈现多层次的网
络状结构，中间有大量的微孔和凹陷。质地均匀。溶胀度1 50%，热水溶失率1 30%，透汽率20 110g/(m、h)，红外光谱显示丝素与纳米Si02并不发生化学反应，只是 处于相容的共混状态，没有形成新的化学键，所以丝素蛋白和纳米Si02仍保留其各自的 优良性质。DSC分析表明在3(TC 16CTC的温度范围内只有水分的挥发，没有发生相的变 化。生理盐水耐受力检测表明共混膜的生理盐水耐受力理想。 实施例2:丝素、纳米Si02共混体积比8:0. 25
丝素蛋白的制备和纳米Si02的预处理方法同上。将粉末状丝素蛋白配制成质量百 分比浓度为5%的丝素水溶液，加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5%的丝素水溶液与 凝胶状纳米Si02按体积比8:0.25共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声 振荡30分钟，在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37"C，湿度65%，时间5 15h。性能检测方法同上。
结果显示共混膜透明，表面有均匀的絮状物，柔软，电镜显示其表面有凹凸，
横截面呈现多层次的网络状结构，中间有大量的微孔和凹陷。质地均匀。溶胀度5 30%，热水溶失率O. 1 30%，透汽率20 110 g/(m2*h),红外光谱显示丝素与纳米Si02 并不发生化学反应，只是处于相容的共混状态，没有形成新的化学键，所以丝素蛋白和纳 米Si02仍保留其各自的优良性质。DSC分析表明在30。C 16(TC的温度范围内只有水分的 挥发，没有发生相的变化。生理盐水耐受力检测表明共混膜的生理盐水耐受力理想。 实施例3:丝素、纳米Si02共混体积比8:0. 35
丝素蛋白的制备和纳米Si02的预处理方法同上。将粉末状丝素蛋白配制成质量百 分比浓度为5%的丝素水溶液，加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5%的丝素水溶液与 凝胶状纳米SiO2按体积比8:0. 35共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声 振荡30分钟，在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37'C,湿度65%，时间5 15h。性能检测方法同上。
结果显示共混膜表面有均匀的絮状物，柔软，电镜显示其表面有凹凸，横截面
呈现多层次的网络状结构，中间有大量的微孔和凹陷。质地均匀。溶胀度5 30%， 热水溶失率1 30%，透汽率20 110g/(m^h)，红外光谱显示丝素与纳米Si02并不发生化学反应，只是处于相容的共混状态，没有形成新的化学键，所以丝素蛋白和纳米Si02仍 保留其各自的优良性质。DSC分析表明在30'C 16(TC的温度范围内只有水分的挥发，没 有发生相的变化。生理盐水耐受力检测表明共混膜的生理盐水耐受力理想。 实施例4:丝素、纳米Si02共混体积比8:0. 45
丝素蛋白的制备和纳米Si02的预处理方法同上。将粉末状丝素蛋白配制成质量百 分比浓度为5%的丝素水溶液，加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5%的丝素水溶液与 凝胶状纳米Si02按体积比8:0. 45共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声 振荡30分钟，在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37。C，湿度65%，时间5 15h。性能检测方法同上。
结果显示共混膜表面有均匀的絮状物、柔软，电镜显示其表面有凹凸，横截面 呈现多层次的网络状结构，中间有大量的微孔和凹陷。质地均匀。溶胀度1 50%，
热水溶失率1 35%,透汽率30 110 g/(m2*h)，红外光谱显示丝素与纳米Si02并不发生 化学反应，只是处于相容的共混状态，没有形成新的化学键，所以丝素蛋白和纳米Si02仍 保留其各自的优良性质。DSC分析表明在30'C 16(TC的温度范围内只有水分的挥发，没 有发生相的变化。生理盐水耐受力检测表明共混膜的生理盐水耐受力理想。 实施例5:丝素、纳米Si02共混体积比8:0. 55
丝素蛋白的制备和纳米Si02的预处理方法同上。将粉末状丝素蛋白配制成质量百 分比浓度为5%的丝素水溶液，加入凝胶状纳米Si02，质量百分比浓度为5%的丝素水溶液与 凝胶状纳米Si02按体积比8:0. 55共混，同时加入丝素溶液体积分数O. 5%的甘油，超声 振荡30分钟，在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37t:，湿度65%，时间5 15h。性能检测方法同上。
结果显示共混膜为白色磨砂状、柔软，电镜显示其表面有凹凸，横截面呈现 多层次的网络状结构，中间有大量的微孔和凹陷。质地均匀。溶胀度1 30%，热水 溶失率1 50%,透汽率20 110g/(m、h)，红外光谱显示丝素与纳米Si02并不发生化学 反应，只是处于相容的共混状态，没有形成新的化学键，所以丝素蛋白和纳米Si02仍保留 其各自的优良性质。DSC分析表明在30'C 16(TC的温度范围内只有水分的挥发，没有发 生相的变化。生理盐水耐受力检测表明共混膜的生理盐水耐受力理想。
权利要求
1、丝素/纳米SiO2共混膜的制备方法，其特征在于，依次通过下列步骤实现(1)丝素蛋白的制备取家蚕五龄幼虫完整的后部丝腺，放入水相介质中，0～4℃下磁力搅拌处理6～12h，过滤，制成丝素蛋白溶液，冷冻干燥成丝素粉末，备用；(2)纳米SiO2的预处理称取待处理的纳米SiO2，用无水乙醇作为溶剂将纳米SiO2溶解，纳米SiO2与无水乙醇的质量体积比为2∶15，80℃恒温水浴搅拌加热，缓慢滴加硅烷偶联剂KH-550，纳米SiO2与硅烷偶联剂KH-550的质量体积比为20∶1，边滴加边搅拌，反应40min后，形成凝胶状纳米SiO2，备用；(3)共混膜的制备将粉末状丝素蛋白配制成质量百分比浓度为5％的丝素水溶液，加入凝胶状纳米SiO2，质量百分比浓度为5％的丝素水溶液与凝胶状纳米SiO2按8∶0.15～8∶0.55的体积比共混，同时加入丝素溶液体积分数0.5％的甘油，超声振荡30分钟，在聚苯乙烯培养皿上制膜，成膜条件为温度37℃，湿度65％，时间5～15h。
全文摘要
丝素/纳米SiO₂共混膜的制备方法，以家蚕后部丝腺来源的丝素蛋白与纳米SiO₂为材料制备。家蚕后部丝腺的丝素蛋白具有低免疫原性的优势，同时，本发明方法所制备的共混膜的溶胀度，热水溶失率，透汽率等参数可以根据两种材料的共混比例进行调节，在30℃～160℃范围内，其内部结构稳定，共混膜的生理盐水耐受力理想，可作为一种新型组织工程材料，具有广阔的应用前景。
文档编号A61L27/00GK101579538SQ20091010415
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者蕾 傅, 水 徐, 勇 朱, 李雯静 申请人:西南大学