一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法。本发明采用方法的要点是将毛竹纸浆粉末经纤维素酶水解，再由高碘酸钠氧化制得纳米二醛纤维素，添加到丝素溶液中混合反应，以构建一种理想的小口径人工血管材料。该血管材料综合利用了纳米微晶纤维素高机械强度以及丝素蛋白良好的顺应性和生物相容性，为寻求适宜的小口径血管替代材料提供数据基础。同时，可充分利用我省蚕丝和毛竹资源制备高附加值生物医用新材料，有望成为高值化利用蚕丝和毛竹资源的一条创新思路，符合国家发展循环经济政策。
【专利说明】
一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于有机高分子材料领域，尤其是涉及一种纤维素和丝素复合小口径人工 血管材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 心血管疾病已成为人类死亡病因最高的头号杀手，是人们健康的"无声凶煞"，具 有"发病率高、致残率高、死亡率高、复发率高、并发症多"，即"四高一多"特点。对于心血管 疾病的治疗，除了药物以外，严重时则需进行血管移植或者血管搭桥手术。众多实践表明， 由于本身的血管病变以及人体自身血管数量的限制，大多数自体隐静脉和乳内动脉均不能 成为理想的血管来源。因此，临床医学对于小口径人工血管材料的需求正在不断增加。
[0003] 理想的血管材料需要具备以下特性：（1)具有良好的组织相容性和血液相容性； (2)与宿主健康血管相近似的动力学性能；（3)能够与所替代血管愈合成一体，有血管内膜 长入；（4)不易形成血栓，长期保持通畅；（5)不易发生退行性改变，性能稳定；（6)耐受血管 内压力，不易形成动脉瘤；（7)受压后不易变形或扭折成角；（8)不引起异物反应或排斥反 应;（9)抗感染；（10)缝合容易，不易撕裂;（11)能选择不同的口径和长度。
[0004] 目前使用的人工血管材料主要为合成高分子材料，主要有涤纶、聚四氟乙烯和聚 氨酯等。涤纶是最早使用的人工血管材料，由于通畅率较高，长期以来被成功应用于大血管 置换，但因其顺应性较低且易形成血栓，无法满足小口径人工血管的使用要求。国内外目前 应用最广泛的人工血管材料是膨化聚四氟乙烯，其具有良好的生物相容性和抗凝性，但顺 应性较差，移植物通畅率仅为30%，尤其是直径小于6mm的膨化聚四氟乙烯人工血管，上述 缺点更为明显。聚氨酯虽具有比膨化聚四氟乙烯更优的生物相容性，以及高弹性和高强度， 但其作为体内移植材料使用时易引发机体的炎症反应。存在组织相容性差、疏水性强、易形 成血栓等问题，导致人工血管通畅率差，不宜用于制备小口径人工血管。在人工血管材料领 域，中国专利(CN200710051899.X) "具有促进细胞黏附生长和溶血栓功能的聚氨酯材料"， 该材料由修饰层和基层组成，基层由普通商用聚氨酯材料或合成聚氨酯材料构成，修饰层 中含有与聚氨酯基地材料通过共价键链接的PEG间隔基，并利用PEG末端官能团共价键链接 的NHS进行表面接枝而同时引入的两种生物活性物质RGD多肽和赖氨酸，因其具有促进细胞 黏附生长和溶血栓的功能可作为人工血管材料。中国专利(CN201180010035.8) "化学修饰 水溶性弹性蛋白、化学修饰水溶性弹性蛋白与胶原的混合凝胶以及它们的制造方法"利用 水溶性弹性蛋白和胶原而提供生体适应性优异且具有充分的弹性、伸展性、强度的人工血 管等医疗用材料。中国专利(CN02129369.4)"一种构建人工血管材料的生物医用材料制备 方法及材料"以一种粘均分子量约30万的壳聚糖为底物，相继通过纯化、6-0-磺化、N-磺酸- 6-0-磺化的过程而得到的一种化学改性而成的类肝素体的N-磺酸-6-0-壳聚糖硫酸酯，可 作为人工血管材料替代物。美国专利(US 06/785,662) "Artificial blood vessel and method of manufacture"采用聚酯纤维交织得到人工血管材料，而聚酯纤维在织物结构表 面的缠绕是在高流体压力下达到的。
[0005] 毛竹是我国最重要的经济竹种，毛竹属速生植物资源，具有生长速度快、成材周期 短、纤维素含量高等优点，其纤维形态和纤维细胞含量接近甚至高于一般阔叶木。蚕丝在江 浙一代盛产，它以蛋白质为主要成分，除了在衣料领域发挥其优质的纤维功能外，还可以通 过各种化学或物理上的处理方法，开发出各种新的功能性材料。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种原料丰富、高附加值的纤维素和丝素 复合小口径人工血管材料的制备方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纤维素和丝素复合小口径人工 血管材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 1)将毛竹纸浆粉碎，筛网过滤，得到粒径小于等于0.08mm的毛竹纸浆粉末；
[0009] 2)将步骤1)中得到的毛竹纸浆粉末置于50-70 °C酶溶液中搅拌反应270-450min， 除去残余酶，将反应后的混合物透析为中性溶液，冷冻干燥，获得纳米微晶纤维素；
[0010] 3)将步骤2)中得到的纳米微晶纤维素溶于碱性溶液，冷冻I-3h后在45-65 °C的遮 光条件下用高碘酸钠搅拌氧化150_210min，再用体积比为8:1-5的乙醇/水混合物洗涤至中 性，冷冻干燥，获得纳米二醛纤维素；
[0011] 4)将蚕茧在脱胶液中加热煮沸20-40min，脱去蚕丝外围的丝胶得到丝素蛋白，清 洗后干燥。将干燥的丝素蛋白在摩尔比为1:5-10:2的氯化钙/乙醇/水三元体系中溶解得到 溶液，将溶液置于蒸馏水中透析3-4天，浓缩后获得丝素蛋白水溶液；
[0012] 5)将步骤3)中得到的纳米二醛纤维素混合到步骤4)得到的丝素蛋白水溶液中，搅 拌反应18-30h，得到纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液。将纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合 液倒入聚四氟乙烯培养皿中，干燥制成片状材料.
[0013] 进一步的，所述步骤2)中的酶溶液为纤维素酶溶液，质量分数为0.5_2wt %，毛竹 纸浆粉末与酶溶液的质量体积比为1:1-2。
[0014] 进一步的，所述步骤2)中冷冻温度为_20°C。
[0015] 进一步的，所述步骤3)中的碱性溶液为氢氧化钠/尿素溶液，氢氧化钠/尿素溶液 的质量分数比为6:4,纳米微晶纤维素与氢氧化钠/尿素溶液的质量体积比为1:40-60。
[0016] 进一步的，所述步骤3)中的纳米微晶纤维素与高碘酸钠的质量比为1:0.5-2。
[0017]进一步的，所述步骤4)中的脱胶液为碳酸钠水溶液，其质量分数为0.5wt%。
[0018] 进一步的，所述步骤5)中的丝素蛋白与纳米二醛纤维素的质量比为1:1-3。
[0019] 进一步的，所述步骤5)中的干燥成膜温度为40-60°C。
[0020] 进一步的，所述步骤2)中将反应后的混合物装入透析袋进行透析，所述透析袋的 截留分子量为120-140kDa。
[0021 ]进一步的，所述步骤1)中过180目的筛网过滤。
[0022]本发明的有益效果是，在制备小口径人工血管材料原料中引入毛竹和蚕茧资源， 扩充了制备小口径人工血官材料的原料??围，有利于加快关破小口径人工血官材料的原料 来源局限，早日实现小口径人工血管材料商业化产品出炉；同时可充分利用浙江省蚕茧和 毛竹资源制备高附加值生物医用新材料，有望成为高值化利用蚕丝和毛竹资源的一条创新 思路，符合国家发展循环经济政策。本发明综合利用了纳米微晶纤维素高机械强度以及丝 素蛋白良好的顺应性和生物相容性协同制备小口径人工血管材料，二者进行优势互补、协 同作用以克服现有小口径人工血管材料顺应性差、通畅率低等缺点，为寻求适宜的小口径 血管替代材料提供数据基础。
【附图说明】
[0023] 图1是由实施例1中制备的纤维素和丝素复合小口径人工血管材料数码照片，上两 幅图为正面照片，下两幅图为反面照片。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将对发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0025] 实施例一
[0026] 1)毛竹纸浆经干燥后，采用植物粉碎机粉碎，经180目筛网过滤，得到粒径为 0.08mm的毛竹纸衆粉末。
[0027] 2)将步骤1)中得到的毛竹纸浆粉末在机械搅拌作用下，置于60°C，lwt%纤维素酶 溶液中反应360min，毛竹纸浆粉末与纤维素酶溶液的质量比为1:1，采用10倍上述纤维素酶 溶液体积的室温蒸馏水终止反应，继而离心洗去残余酶，并于室温下将反应后的混合物装 入截留分子量为120k Da的透析袋，置于蒸馏水中透析，直至透析为中性溶液，冷冻干燥，获 得纳米微晶纤维素。
[0028] 3)将步骤2)中得到的纳米微晶纤维素溶解在氢氧化钠/尿素溶液中，氢氧化钠/尿 素溶液的质量分数比为6:4，纳米微晶纤维素与氢氧化钠/尿素溶液的质量体积比为1:40， 置于-20°C冰箱中冷冻2h，其次在机械搅拌作用下，于55°C的黑暗遮光条件下用高碘酸钠氧 化该混合物180min，纳米微晶纤维素与高碘酸钠的质量比为1:1，其次用体积比为8:2的乙 醇/水混合物离心洗涤至中性，冷冻干燥，获得纳米二醛纤维素。
[0029] 4)将蚕茧在质量分数为0.5wt%的碳酸钠水溶液中加热煮沸30min，重复两次，以 脱去蚕丝外围的丝胶得到丝素蛋白，清洗后使之自然风干或烘干。将烘干后的丝素蛋白在 摩尔比为1:8:2的氯化钙/乙醇/水三元体系中溶解得到溶液，离心以除去杂质，再于室温下 将溶液装入120k Da透析袋，置于蒸馏水中透析3天，浓缩后获得丝素蛋白水溶液。
[0030] 5)将步骤3)中得到的纳米二醛纤维素混合到步骤4)得到的丝素蛋白水溶液中，其 中丝素蛋白与纳米二醛纤维素的质量比为1:2,置于室温在机械搅拌作用下反应24h，得到 纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液。将混合液倒入聚四氟乙烯培养皿中，在50°C烘箱中鼓风 干燥成片状材料(a)。
[0031] 实施例二
[0032] 1)毛竹纸浆经干燥后，采用植物粉碎机粉碎，经180目筛网过滤，得到粒径为 0.07_的毛竹纸浆粉末。
[0033] 2)将步骤1)中得到的毛竹纸浆粉末在机械搅拌作用下，置于50°C，0.5wt%纤维素 酶溶液中反应450min，毛竹纸浆粉末与纤维素酶溶液的质量比为1:1，采用10倍上述纤维素 酶溶液体积的室温蒸馏水终止反应，继而离心洗去残余酶，并于室温下将反应后的混合物 装入截留分子量为120k Da的透析袋，置于蒸馏水中透析，直至透析为中性溶液，冷冻干燥， 获得纳米微晶纤维素。
[0034] 3)将步骤2)中得到的纳米微晶纤维素溶解在氢氧化钠/尿素溶液中，氢氧化钠/尿 素溶液的质量分数比为6:4，纳米微晶纤维素与氢氧化钠/尿素溶液的质量体积比为1:60， 置于-20°C冰箱中冷冻2h，其次在机械搅拌作用下，于45°C的黑暗遮光条件下用高碘酸钠氧 化该混合物180min，纳米微晶纤维素与高碘酸钠的质量比为1:1，其次用体积比为8:4的乙 醇/水混合物离心洗涤至中性，冷冻干燥，获得纳米二醛纤维素。
[0035] 4)将蚕茧在质量分数为0.5wt%的碳酸钠水溶液中加热煮沸20min，重复两次，以 脱去蚕丝外围的丝胶得到丝素蛋白，清洗后使之自然风干或烘干。将烘干后的丝素蛋白在 摩尔比为1:7:2的氯化钙/乙醇/水三元体系中溶解得到溶液，离心以除去杂质，再于室温下 将溶液装入120k Da透析袋，置于蒸馏水中透析3天，浓缩后获得丝素蛋白水溶液。
[0036] 5)将步骤3)中得到的纳米二醛纤维素混合到步骤4)得到的丝素蛋白水溶液中，其 中丝素蛋白与纳米二醛纤维素的质量比为1:1，置于室温在机械搅拌作用下反应18h，得到 纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液。将混合液倒入聚四氟乙烯培养皿中，在40°C烘箱中鼓风 干燥成片状材料(b)。
[0037] 实施例三
[0038] 1)毛竹纸浆经干燥后，采用植物粉碎机粉碎，经180目筛网过滤，得到粒径为 0.06mm的毛竹纸衆粉末。
[0039] 2)将步骤1)中得到的毛竹纸浆粉末在机械搅拌作用下，置于70°C，2wt%纤维素酶 溶液中反应270min，毛竹纸浆粉末与纤维素酶溶液的质量比为1:2,采用10倍上述酶溶液体 积的室温蒸馏水终止反应，继而离心洗去残余酶，并于室温下将反应后的混合物装入截留 分子量为120k Da的透析袋，置于蒸馏水中透析，直至透析为中性溶液，冷冻干燥，获得纳米 微晶纤维素。
[0040] 3)将步骤2)中得到的纳米微晶纤维素溶解在氢氧化钠/尿素溶液中，氢氧化钠/尿 素溶液的质量分数比为6:4，纳米微晶纤维素与氢氧化钠/尿素溶液的质量体积比为1:40， 置于-20°C冰箱中冷冻2h，其次在机械搅拌作用下，于65°C的黑暗遮光条件下用高碘酸钠氧 化该混合物150min，纳米微晶纤维素与高碘酸钠的质量比为1:2，其次用体积比为8:2的乙 醇/水混合物离心洗涤至中性，冷冻干燥，获得纳米二醛纤维素。
[0041 ] 4)将蚕茧在质量分数为0.5wt %的碳酸钠水溶液中加热煮沸40min，重复两次，以 脱去蚕丝外围的丝胶得到丝素蛋白，清洗后使之自然风干或烘干。将烘干后的丝素蛋白在 摩尔比为1:10:2的氯化钙/乙醇/水三元体系中溶解得到溶液，离心以除去杂质，再于室温 下将溶液装入120kDa透析袋，置于蒸馏水中透析3天，浓缩后获得丝素蛋白水溶液。
[0042] 5)将步骤3)中得到的纳米二醛纤维素混合到步骤4)得到的丝素蛋白水溶液中，其 中丝素蛋白与纳米二醛纤维素的质量比为1:3,置于室温在机械搅拌作用下反应30h，得到 纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液。将混合液倒入聚四氟乙烯培养皿中，在60°C烘箱中鼓风 干燥成片状材料(c)。
[0043]测定实施例一、实施例二、实施例三制备得到的纤维素和丝素复合小口径人工血 管材料的厚度以及力学性能指标。表1为由实施例一、实施例二、实施例三所制备的纤维素 和丝素复合小口径人工血管材料相关指标的表征结果。
[0044] 由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的纤维素和丝素复合小口径 人工血管材料(a)、（b)、（c)厚度分布在47.8-56.5μπι，拉伸强度分布在19.5-23.2MPa，断裂 伸长率在12.3-15.1 %之间，符合小口径血管材料相关性能特征。
[0045] 如图1，从实施例一中制备的纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的正反面数 码照片可以看出，血管材料表面质地均匀，无明显裂痕。
[0046] 表 1
[0048]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范 围。
【主权项】
1. 一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 将毛竹纸浆粉碎，筛网过滤，得到粒径小于等于0.08mm的毛竹纸浆粉末； 2) 将步骤1)中得到的毛竹纸浆粉末置于50-70°C酶溶液中搅拌反应270-450min，除去 残余酶，将反应后的混合物透析为中性溶液，冷冻干燥，获得纳米微晶纤维素； 3) 将步骤2)中得到的纳米微晶纤维素溶于碱性溶液，冷冻l-3h后在45-65Γ的遮光条 件下用高碘酸钠搅拌氧化150-21 Omin，再用体积比为8:1 -5的乙醇/水混合物洗涤至中性， 冷冻干燥，获得纳米二醛纤维素； 4) 将蚕茧在脱胶液中加热煮沸20-40min，脱去蚕丝外围的丝胶得到丝素蛋白，清洗后 干燥。将干燥的丝素蛋白在摩尔比为1:5-10:2的氯化钙/乙醇/水三元体系中溶解得到溶 液，将溶液置于蒸馏水中透析3-4天，浓缩后获得丝素蛋白水溶液； 5) 将步骤3)中得到的纳米二醛纤维素混合到步骤4)得到的丝素蛋白水溶液中，搅拌反 应18-30h，得到纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液。将纳米二醛纤维素-丝素蛋白混合液倒 入聚四氟乙烯培养皿中，干燥制成片状材料。2. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤2)中的酶溶液为纤维素酶溶液，质量分数为0.5-2wt %，毛竹纸浆粉末 与酶溶液的质量体积比为1:1-2。3. 根据权利要求1所述的一种纤维素&丝素绿色复合小口径人工血管材料的制备方法， 其特征在于:所述步骤2)中冷冻温度为-20°C。4. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤3)中的碱性溶液为氢氧化钠/尿素溶液，氢氧化钠/尿素溶液的质量分 数比为6:4,纳米微晶纤维素与氢氧化钠/尿素溶液的质量体积比为1:40-60。5. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤3)中的纳米微晶纤维素与高碘酸钠的质量比为1:0.5-2。6. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤4)中的脱胶液为碳酸钠水溶液，其质量分数为0.5wt %。7. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤5)中的丝素蛋白与纳米二醛纤维素的质量比为1:1-3。8. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤5)中的干燥成膜温度为40-60°C。9. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤2)中将反应后的混合物装入透析袋进行透析，所述透析袋的截留分子 量为 120-140kDa。10. 根据权利要求1所述的一种纤维素和丝素复合小口径人工血管材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤1)中过180目的筛网过滤。
【文档编号】A61L27/50GK106075595SQ201610543749
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】张勇, 麻景淇, 姚菊明
【申请人】浙江理工大学