基于乳源蛋白的材料及其制备方法与应用

本发明属于天然高分子材料和生物医用材料领域，具体涉及基于乳源蛋白的材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在生物医用材料领域，可吸收生物材料是一种可以在植入后通过自吸收或者降解而最终被机体代谢的材料，在一些应用领域中具有独特的优势，可以有效避免二次手术。目前临床上使用的可吸收生物材料主要包括镁合金、聚乳酸、聚乙交酯-丙交酯、胶原蛋白、丝素蛋白等。相比起合成高分子，天然蛋白基材料具有更好的生物相容性和生物功能性，且能够模拟天然组织的结构和功能，促进组织再生和修复，在医疗领域显示出巨大的潜力。然而，目前用于临床植入、介入的蛋白基材料种类极少，仅有胶原蛋白及其衍生物、丝素蛋白等，这主要是因为存在着天然蛋白产量有限、加工性能较差、生物活性难以保持、力学性能不足等瓶颈。因此，针对这些瓶颈问题，开发基于新来源的天然蛋白基医用材料、研发突破性的改性技术，以提升蛋白基医用原材料的可加工性、生物活性保持能力和力学性能，对拓展蛋白基医用材料的种类和应用范围具有重要意义。

2、乳源蛋白，例如乳铁蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、β-乳球蛋白、α-如白蛋白等，具有来源广泛、生物相容性好等特点，并且相关的乳源蛋白还具有生物活性，是一类极具潜力的生物医用材料。例如，乳铁蛋白是一种在初乳和牛乳中富含的由约690个氨基酸组成的铁结合糖蛋白，分子质量约为80kda。乳铁蛋白不仅参与铁的转运，而且具有广谱抗菌、抗氧化、抗癌、调节免疫系统等强大生物功能，被认为是一种新型抗菌、抗癌药物和极具开发潜力的天然蛋白质，目前被广泛应用在食品、化工、医药、畜牧养殖等领域。除乳铁蛋白外，乳清蛋白是从乳清中分离的球状蛋白质的总称，乳清蛋白具有营养价值高、易消化、富含多种活性物质等特点，在日常中被人们用作优质的蛋白质补充剂。此外乳清蛋白具有良好的乳化性、起泡性、成膜性、锁水性和可凝结性，在食品工业中应用广泛。

3、然而目前国际上对于基于乳源蛋白的医用材料方面的研究仍非常有限，还未实现广泛临床应用，其中主要的原因在于缺乏先进成熟的加工技术。

技术实现思路

1、如背景技术中介绍的现有技术中乳源蛋白缺少成熟的加工技术，本发明提供基于乳源蛋白的材料及其制备方法与应用。

2、本发明提供了针对乳源蛋白的新型加工技术，特别是热加工技术，进而可以获得兼具优异力学性能和生物活性的基于乳源蛋白的材料。面向特定临床应用需求，可以利用基于乳源蛋白的材料开发出基于乳源蛋白的新型医疗器械，如鼓膜通风管等。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

4、本发明首先提供基于乳源蛋白的材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、对乳源蛋白原料粉末进行湿度处理，获得具有特定含水量的蛋白原料粉末；

6、s2、对步骤s1所得具有特定含水量的蛋白原料粉末进行热压处理，得到乳源蛋白块材，即为基于乳源蛋白的材料。

7、在本发明的一个实施方式中，步骤s1所述乳源蛋白原料选自乳铁蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、β-乳球蛋白或α-乳白蛋白等中的一种或几种。

8、在本发明的一个实施方式中，步骤s1所述乳源蛋白原料选自α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的混合物。

9、在本发明的一个实施方式中，步骤s1所述乳源蛋白原料选自α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的混合物时，所述α-乳白蛋白和β-乳球蛋白混合式质量比为1-10:10-1。

10、在本发明的一个实施方式中，所述乳清蛋白为牛乳源的乳清分离蛋白粉末，蛋白质含量≥90％。

11、在本发明的一个实施方式中，所述酪蛋白为牛乳源酪蛋白粉末，蛋白质含量≥95％。

12、在本发明的一个实施方式中，所述乳铁蛋白为牛乳源的乳铁蛋白粉末，蛋白质含量≥90％。

13、在本发明的一个实施方式中，所述β-乳球蛋白为牛乳源的乳球蛋白粉末，蛋白质含量≥90％。

14、在本发明的一个实施方式中，所述α-乳白蛋白为牛乳源的乳白蛋白粉末，蛋白质含量≥90％。

15、在本发明的一个实施方式中，步骤s1中，所述湿度处理的条件为：湿度为30-90％，温度为20-40℃，时间为12-72h。即步骤s1中，对乳源蛋白原料粉末进行湿度处理的方法为：将乳源蛋白原料粉末放置在湿度为30-90％，温度为20-40℃的环境下12-72h。

16、在本发明的一个实施方式中，步骤s1中，具有特定含水量的蛋白原料粉末是指含水量为5％-20％的蛋白原料粉末。本发明技术方案中，步骤s1对乳源蛋白原料粉末进行湿度处理时，需要控制工艺条件，以获得具有特定含水量的蛋白原料粉末；若步骤s1处理后的蛋白原料粉末的含水量过低(＜5％)会导致乳源蛋白粉末在同样条件下无法完全热塑成块材，导致材料不均一，并且材料会偏脆无法进一步加工；若步骤s1处理后的蛋白原料粉末的含水量过高(＞20％)会导致乳源蛋白粉末在热压时流动性过强，也无法稳定热塑成型，并且力学性能不佳，易溶于水。所以，基于理论研究和试验验证，本发明控制步骤s1得到的蛋白原料粉末的含水量为5％-20％。

17、在本发明的一个实施方式中，步骤s2中，对步骤s1所得具有特定含水量的蛋白原料粉末进行热压处理的方法为：将步骤s1所得具有特定含水量的蛋白原料粉末放入模具中，在1-800mpa的压力、60-160℃的温度下热压30min-120min，获得乳源蛋白块材，即为基于乳源蛋白的材料。本发明中，压力是调控材料力学性能的主要因素之一，本技术在进行热压处理时通过调控压力在1-800mpa的范围，且加热温度为60-160℃的范围，可以成型得到基于乳源蛋白的材料，并且保证了基于乳源蛋白的材料具有可制备植介入医疗器械的力学性能。

18、在本发明的一个实施方式中，所述模具为金属开瓣模具，尺寸为8-13mm直径的圆心开瓣模具或长为20-40mm，宽为8-40mm的方形开瓣模具。实际实施本技术的方案时，可以根据需求选择合适的模具大小和形状。

19、本发明进一步提供基于上述方法制备得到的基于乳源蛋白的材料。所述基于乳源蛋白的材料具有良好的力学性能、生物相容性、生物可吸收性和降解性能，同时乳源蛋白是一类具有生物活性的蛋白质，基于乳源蛋白的材料能够具有抗菌、抗炎的功效，此外乳源蛋白在自然环境中和人体中降解为氨基酸和多肽，无毒害，基于乳源蛋白的材料制备过程不使用任何毒副作用的化学试剂，实现绿色制造。

20、本发明进一步提供基于乳源蛋白的材料的应用，所述基于乳源蛋白的材料进一步通过机械加工制备得到植介入医疗器械。

21、在本发明的一个实施方式中，所述植介入医疗器械选自鼓膜通风管、骨钉、骨板、支撑器材等，所述植介入医疗器械可根据临床场景需求的不同制备成不同的形状或结构，用于替代金属或聚合物植入物。

22、本发明还提供一种植介入医疗器械，所述植介入医疗器械是由所述基于乳源蛋白的材料经过机械加工制成。

23、在本发明的一个实施方式中，所述植介入医疗器械选自鼓膜通风管、骨钉、骨板、支撑器材。

24、本发明提供了一种乳源蛋白热压加工制备得到基于乳源蛋白的材料的方法，再将基于乳源蛋白的材料进一步通过机械加工制备得到植介入医疗器械，尤其是可以制作鼓膜通风管，可应用于生物医学领域。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

26、第一，本发明基于乳源蛋白的材料具有良好的力学性能和优异的加工性能，可以用于制备包括鼓膜通风管在内的植介入医疗器械。

27、第二，本发明基于乳源蛋白材料制备的植介入医疗器械(典型的即为乳源蛋白鼓膜通风管)具有良好的生物相容性、生物可吸收性和生物活性。例如，材料本身的活性成分能够起到抗菌抗炎的功效，预防感染的发生。

28、第三，本发明的制备方法简单便捷，生产效率高，适宜大规模工业化生产，制备流程不引入任何具有毒副作用的有机及其他化学试剂，加工过程绿色环保，具有良好的环境友好性和人体适应性。

29、第四，本发明的乳源蛋白加工方法是一种新型的乳源蛋白高值加工手段，为解决全球牛乳蛋白过剩，利用率低，附加值不足等问题提供了新的解决方案。