本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，伴随着食品安全、环境恶化、不健康的生活习惯和人口老龄化等多种因素，造成的人类健康问题日益凸显。如肌腱、神经、血管、皮肤和骨损伤以及癌变等各种疾病的发病率居高不下，以软硬骨类疾病为例，因先天性缺陷或感染、外伤以及肿瘤切除等因素造成的骨缺损疾病，尤为常见，给患者带来极大的痛苦和负担。这些人体重要器官的丧失或功能障碍是人类健康面临的主要危害之一。传统的外科手术治疗方法和放、化疗方法通常很难有效地达到治疗目的，而器官移植不但费用昂贵且供体资源少，而且存在疾病传染和交叉感染的风险，无法作为常规治疗手段。因此，组织工程的发展为治疗该类疾病提供了新的有效途径。组织工程的最终目标就是替代或加强组织的自身修复，用以治愈复杂的慢性疾病。近年来，随着生物材料和干细胞等相关技术的迅速发展，组织工程研究相继取得了一系列突破，并在其相关产品的产业化方面已也获得了一定的进展。组织工程技术就是利用生命科学和工程学的原理和方法，研究开发能够修复、维持和改善缺损组织功能的生物替代物的一门技术。组织工程主要包括三方面：种子细胞、支架材料和细胞因子。支架材料是其中的重要环节，它一方面能够作为信号分子的载体，将其运送到缺损部位，另一方面为新骨的生长提供框架。
丝素蛋白是蚕丝的主要组成部分，是一种天然高分子纤维蛋白，含有18种氨基酸，其中以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主，它具有良好的生物相容性，适宜的机械性能及可降解性等优异性能，目前它广泛应用于生物医学材料领域。丝素蛋白多孔材料制备方面，公开号为cn102133432a，名称为“一种丝素蛋白微孔支架的制备方法”的发明申请中，采用冷冻干燥工艺，对丝素蛋白以及有机溶剂的混合溶液进行冻干制得丝素蛋白微孔支架。公开号为cn101857729a，名称为“一种难溶于水的丝素蛋白多孔材料及其制备方法”的发明申请中，将丝素蛋白溶液与促凝胶剂（羧酸、聚乙二醇）混合，获得凝胶，通过热干燥法获得支架。公开号为cn1262579c，名称为“丝素蛋白海绵状三维多孔材料制备方法”的发明申请中，在丝素蛋白溶液中加入适量的变性剂（醇类），冷冻融解后获得多孔材料，然后经醇类溶液浸洗，冷冻干燥获得多孔材料。然而，纯丝素溶液经冷冻干燥后形成的多孔材料为无规卷曲结构，易溶于水，故现有丝素蛋白多孔材料的制备方法，基本上都需要加入一些添加剂，诱导其形成水不溶结构，在后续的工艺流程中，还需将其去除，这使得实验流程过于复杂，另外大部分添加剂为有机溶剂，有一定的毒性，不利于丝素蛋白多孔材料的生物相容性，尤其当这些材料植入人体后，容易引起过敏反应。
角蛋白是作为一种天然纤维状的蛋白质，在动物毛、人毛发和家禽鸟类羽毛中存在的角蛋白的氨基酸序列中存在促进骨细胞吸附的rgd（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）三肽序列，对具有良好的生物相容性，对细胞的贴附和生长有积极促进作用，因此角蛋白在生物医用材料应用方面有着天然的优势。最新的研究和实验表明，在制备丝素蛋白的组织工程材料过程中，当添加羊毛蛋白时，更有利于丝素蛋白的β-折叠结构，即水不溶结构的形成，从而可以避免使用nacl等添加剂，改善该复合多孔材料的生物相容性。
针对上述问题，本发明专利提出了一种丝素蛋白和角蛋白复合多孔材料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料及其制备方法，针对传统方法制备的丝素蛋白多孔材料的不足，发明一种具有优良生物相容性，制作工艺简单的丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料。
本发明的一种技术方案是：
一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料，表面具有多个孔状结构，多个孔状结构的孔隙大小均匀，孔隙率为80%~95%，压缩强度为1.5mpa~3.5mpa，孔状结构的孔径为100µm~500µm。
本发明的另一种技术方案是：
一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备角蛋白溶液：使用还原法或碱性法对羊毛纤维或人发纤维进行溶解、过滤、透析，浓缩，得到角蛋白溶液；
（2）制备丝素蛋白溶液：对天然蚕丝进行脱胶、溶解，经透析和离心后，经过聚乙二醇溶液浓缩后，得到丝素蛋白溶液；
（3）制备丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料：量取所述丝素蛋白溶液和角蛋白溶液，在24孔板中配置混合溶液，加入甘油，所述混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
进一步的，步骤（1）中所述使用还原法或碱性法对羊毛纤维或人发纤维进行溶解包括：使用1%~5%的naoh溶液对羊毛纤维进行溶解，或者以7m尿素、0.08mna2s和0.8g十二烷基硫酸钠配置100ml溶液，再加入5g的羊毛纤维，在水浴温度为50℃的条件下进行8h的水浴处理，或者以8m尿素、0.5mna2s2o5和0.2m十二烷基硫酸钠配置100ml溶液，再加入1.5g的人发纤维，水浴处理后过滤。
进一步的，步骤（1）和步骤（2）中所述透析的方法为：用截留分子量为2000da~20000da的透析袋透析1-5天。
进一步的，步骤（1）和步骤（2）中所述浓缩的方法为用分子量为6000-20000的聚乙二醇溶液浓缩。
进一步的，步骤（1）中所述角蛋白溶液的质量分数为5%~8%。
进一步的，步骤（2）中所述丝素蛋白溶液的质量分数为5%~8%。
进一步的，步骤（3）中所述混合溶液中丝素蛋白与角蛋白的质量比为3~4:1~2。
进一步的，步骤（3）中所述甘油的质量为丝素蛋白与角蛋白的总质量的30%。
本发明提供了一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料及其制备方法，以蚕丝、动物毛、人毛发和家禽鸟类羽毛为主要原料，制备具有孔隙均匀分布、大小合适的复合多孔结构材料，其优点是：
（1）本发明所述材料为天然材料，安全无毒、生物相容性好，适合广泛应用于肌腱、神经、血管、皮肤和软硬骨组织工程等领域;
（2）本发明所述的复合多孔材料孔隙率和孔径大小，可通过工艺参数调控，从而满足不同用途的组织工程用生物材料的要求，且不需使用任何有机溶剂;
（3）本发明所用材料可以直接被人体吸收，无需二次手术取出;
（4）本发明所述的原材料来源广泛，工艺过程简单，生产成本低，更利于产业化；
（5）符合国家生物医药产业的发展和学科交叉规划，是具有巨大发展潜力和广阔市场前景的新兴行业领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的截面电镜图；
图2为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料与纯丝素蛋白及纯羊毛角白形成的多孔材料的红外图；
图3为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法在不同浓度、不同蛋白比例的丝素蛋白/羊毛角蛋白复合多孔材料孔隙率柱状图；
图4为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法在不同浓度、不同蛋白比例的丝素蛋白/羊毛角蛋白复合多孔材料压缩强度柱状图。
具体实施方式
本发明提供一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料以丝素蛋白和角蛋白为主要原料，将一定浓度的丝素蛋白和角蛋白溶液按一定的比例进行混合，再加入适量的甘油，再通过冷冻和真空干燥的方法得到丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料。所制得的复合多孔材料是具有孔隙大小均匀的多孔结构，孔径大小在100µm~500µm之间，孔隙率80%~95%之间，压缩强度在1.5mpa~3.5mpa之间，具有水不溶性。上述复合多孔材料的制备方法，步骤如下：
（1）使用特定的方法（还原法或碱性法等）对一定量的羊毛纤维进行溶解后过滤，再用截留分子量为2000da~20000da的透析袋进行透析，透析1~5天，经过分子量为6000-20000的聚乙二醇（polyethyleneglycol，peg）溶液浓缩，得到一定质量分数的羊毛角蛋白溶液；
（2）对天然蚕丝进行脱胶、溶解，按照步骤（1）中方法透析和离心后，经过分子量为6000-20000的peg溶液浓缩，得到一定质量分数的丝素蛋白溶液；
（3）量取一定量的丝素蛋白溶液和羊毛角蛋白溶液，在24孔板中按一定的蛋白质量比例配置混合溶液，加入一定量的甘油，得到的混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明。
一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法，包括：
步骤一、制备角蛋白溶液：
使用还原法或碱性法对羊毛纤维或人发纤维进行溶解、过滤、用截留分子量为2000da~20000da的透析袋透析1-5天，再用分子量为6000-20000的聚乙二醇溶液浓缩，得到质量分数为5%~8%的角蛋白溶液。其中，所述使用还原法或碱性法对羊毛纤维或人发纤维进行溶解包括：使用1%~5%的naoh溶液对羊毛纤维进行溶解，或者以7m尿素、0.08mna2s和0.8g十二烷基硫酸钠配置100ml溶液，再加入5g的羊毛纤维，在水浴温度为50℃的条件下进行8h的水浴处理，或者以8m尿素、0.5mna2s2o5和0.2m十二烷基硫酸钠配置100ml溶液，再加入1.5g的人发纤维，水浴处理后过滤。
步骤二、制备丝素蛋白溶液：
对天然蚕丝进行脱胶、溶解，经透析和离心后，经过分子量为20000的聚乙二醇溶液浓缩，得到质量分数为5%~8%的丝素蛋白溶液。
步骤三、制备丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料：
量取所述丝素蛋白溶液和角蛋白溶液，丝素蛋白与角蛋白的质量比为3~4:1~2，在24孔板中配置混合溶液，加入甘油，甘油的质量为丝素蛋白与角蛋白的总质量的30%，混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
实施例1
本实施案例展示一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法，包括：
（1）使用1%~5%的naoh溶液对一定量的羊毛纤维进行溶解后过滤，再用截留分子量为2000da~20000da的透析袋进行透析，透析1~5天，经过分子量为20000的聚乙二醇溶液浓缩，得到质量分数为6%的羊毛角蛋白溶液。
（2）对天然蚕丝进行脱胶、溶解，按照步骤（1）中方法透析和离心后，经过分子量为20000的peg溶液浓缩，得到质量分数为6%的丝素蛋白溶液。
（3）量取一定量的丝素蛋白溶液和羊毛角蛋白溶液，在24孔板中在24孔板中按丝素蛋白质量：羊毛角蛋白质量=6:4的比例配置混合溶液，加入甘油的质量为双蛋白总质量的30%。
（4）将步骤（3）得到的混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
实施例2
本实施案例展示一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法，包括：
（1）以7m尿素、0.08mna2s和0.8g十二烷基硫酸钠（sds）配置100ml溶液，再加入5g的羊毛纤维，水浴温度50℃进行8h的水浴处理，接着过滤，然后用截留分子量为2000da~20000da的透析袋进行透析，透析1~5天，经过分子量为20000的聚乙二醇（polyethyleneglycol，peg）溶液浓缩，得到质量分数为8%的羊毛角蛋白溶液。
（2）对天然蚕丝进行脱胶、溶解，按照步骤（1）中方法透析和离心后，经过分子量为20000的peg溶液浓缩，得到质量分数为8%的丝素蛋白溶液。
（3）量取一定量的丝素蛋白溶液和羊毛角蛋白溶液，在24孔板中在24孔板中按丝素蛋白质量：羊毛角蛋白质量=7:3的比例配置混合溶液，加入甘油的质量为双蛋白总质量的30%。
（4）将步骤（3）得到的混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
实施例3
本实施案例展示一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法，包括：
（1）以8m尿素、0.5mna2s2o5和0.2m十二烷基硫酸钠（sds）配置100ml溶液，再加入1.5g的人发纤维，水浴处理后过滤，然后用截留分子量为2000da~20000da的透析袋进行透析，透析1-5天，经过分子量为20000的聚乙二醇（polyethyleneglycol，peg）溶液浓缩，得到质量分数为5%的人发角蛋白溶液。
（2）对天然蚕丝进行脱胶、溶解，按照步骤（1）中方法透析和离心后，经过分子量为20000的peg溶液浓缩，得到质量分数为5%的丝素蛋白溶液。
（3）量取一定量的丝素蛋白溶液和人发角蛋白溶液，在24孔板中按丝素蛋白质量：人发角蛋白质量=8:2的比例配置混合溶液，加入甘油的质量为双蛋白总质量的30%。
（4）将步骤（3）得到的混合溶液经过冷冻干燥形成复合支架。
由上述三个实施例所制成的丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料可参阅图1-图4，图1为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的截面电镜图，图2为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料与纯丝素蛋白及纯羊毛角白形成的多孔材料的红外图，图3为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法在不同浓度、不同蛋白比例的丝素蛋白/羊毛角蛋白复合多孔材料孔隙率柱状图，图4为本发明所述的一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料的制备方法在不同浓度、不同蛋白比例的丝素蛋白/羊毛角蛋白复合多孔材料压缩强度柱状图。在图1中a~d分别为纯丝素蛋白、实施例1、2、3所形成的多孔材料孔径，从图1中可以看出：相对于纯丝素蛋白形成的多孔材料，加入角蛋白能使复合多孔材料孔径增大。
在图2中a~e分别为纯羊毛角蛋白、纯丝素蛋白、实施例1、2、3所形成的多孔材料，1616~1637峰位置显示β折叠；1638~1655峰位置显示无规卷曲，从图2中可以看出：纯羊毛角蛋白所形成的多孔材料为水溶性，纯丝素蛋白与丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料为水不溶性。
在图3中10:0、9:1、8:2、7:3和6:4为丝素蛋白与羊毛角蛋白比例，从图3中可以看出：同样蛋白质量分数下，随着羊毛角蛋白比例的增加，复合多孔材料孔隙率呈增大趋势；同样蛋白比例下，蛋白质量分数为8%的孔隙率小于质量分数为6%的复合多孔材料。
在图4中10:0、9:1、8:2、7:3和6:4为丝素蛋白与羊毛角蛋白比例，从图4中可以看出：同样蛋白比例下，蛋白质量分数为8%的压缩强度大于质量分数为6%的复合多孔材料，蛋白比例为6:4时，蛋白质量分数为8%的压缩强度小于质量分数为6%的复合多孔材料；同样蛋白质量分数下，复合多孔材料的压缩强度随着羊毛角蛋白比例的增大呈减小趋势，在比例为7:3时，有上升趋势，然后在比例为6:4又有减小趋势。
综上所述，本发明公开了一种丝素蛋白/角蛋白复合多孔材料及其制备方法，以蚕丝、动物毛、人毛发和家禽鸟类羽毛为主要原料，制备具有孔隙均匀分布、大小合适的复合多孔结构材料，该材料为天然材料，安全无毒、生物相容性好，适合广泛应用于肌腱、神经、血管、皮肤和软硬骨组织工程等领域，符合国家生物医药产业的发展和学科交叉规划，是具有巨大发展潜力和广阔市场前景的新兴行业领域。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。