本发明涉及一种胶原蛋白纤维的制备方法，属于组织工学领域及再生医疗领域。
背景技术：
胶原蛋白具有良好的生物学性质与功能，主要表现在：(1)低抗原性：与其它具有免疫原性的蛋白质相比，胶原蛋白的免疫原性非常低；(2)可生物降解性：在蛋白酶的作用下，胶原的肽链发生水解而逐渐被打断，随即造成螺旋结构的破坏，致使胶原被蛋白酶彻底水解，这就是胶原的可生物降解性；(3)良好的生物相容性：胶原蛋白与宿主细胞及组织之间具有良好的相互作用，表现出相互影响的协调性。以胶原蛋白为原料制成的材料可以作为医疗基材直接应用到动物和人组织，维持组织形状。胶原蛋白可以加工为方便使用的各种医疗用具，形状和剂型可进行选择，但由于天然胶原蛋白分子量大，且为蛋白类物质，后期加工受到一定的限制。
将胶原蛋白直接用于纺丝过程中常出现可纺性差、耐热性差、易腐败变质等特点，限制了其在生物医用材料领域中的应用。为了提高胶原蛋白的可纺性，就要对胶原蛋白进行一定的改性处理，改善其纺丝性能。目前改性的方法主要有使用化学交联剂改性和接枝改性。交联改性是指胶原分子内部和胶原分子间通过共价键结合实现提高胶原纤维的张力和稳定性的目的，按照交联发生的位置不同可分为分子内交联和分子外交联，其中，分子内交联是在同一个螺旋内两条肽链之间形成的交联键，这类交联主要影响交联产物的变性温度和拉伸强度等性能；另一种是分子间交联，是在两条相邻的螺旋间的肽链中形成交联键，这类交联键主要影响交联产物的溶胀性和表面延伸性，常用的交联剂有戊二醛、碳化二亚胺、环氧化合物、乙醛酸等。接枝改性是将一些单体引入到胶原蛋白上构成肽链的氨基酸侧链上，氨基酸侧链上胺基、羟基、羧基等都是与其它化学物质发生反应的活性中心，带有活性基团的化合物易与这些活性基团发生接枝反应，用于胶原接枝改性的化合物主要有烯类单体，如丙烯酸、丙烯腈、丙烯酸甲酯等。
目前，对胶原蛋白进行纺丝研究发现，一是配制的单纯的胶原蛋白纺丝液可纺性差，不易形成连续丝条，使纺丝不能顺利进行；另外，形成丝条后纤维结晶度小，强力低，易脆断，不具有实用性，主要原因是由于所用的溶剂溶解胶原蛋白的能力有限，胶原纺丝液的浓度太低。一些研究者通过尝试将胶原与其它组分共混进行纺丝，研究的较多的有胶原蛋白与壳聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯腈等进行共混纺丝，但是这种方式得到的复合纤维相比于纯的胶原蛋白纤维具有生物安全性差等缺点，限制了其应用领域。
综上，因其胶原蛋白本身的特性，使得其在纺丝过程中需要进行前期以及后期的处理，容易破坏胶原蛋白的活性，降低了其实际应用。
技术实现要素：
针对现有技术中对胶原蛋白在纺丝过程中的复杂的前期以及后期处理，以及此处理存在的容易破坏胶原蛋白活性，降低其实际应用的问题，本发明提供一种胶原蛋白纤维的制备方法。该胶原蛋白纤维是以动物胶原蛋白为原料，将其在绿色的离子液体中溶解后，通过湿法纺丝制得胶原蛋白纤维，本胶原蛋白纤维保持了ⅰ型胶原蛋白三螺旋活性结构，在纺纱后能卷上且不断线，是连续不互相粘连的胶原蛋白纤维丝线。
本发明提供了一种胶原蛋白纤维的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将胶原蛋白溶解于离子液体水溶液中制备得到胶原蛋白溶液；
(2)将步骤(1)得到的胶原蛋白溶液离心脱泡后通过湿法纺丝装置制备胶原蛋白凝胶纤维；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白凝胶纤维干燥后得到胶原蛋白纤维；
其中，所述离子液体为阳离子型的n-丁基-n-甲基二乙醇胺或n-己基-n-甲基二乙醇胺离子液体，其配位阴离子为氯离子、醋酸根离子或溴离子；或者，所述离子液体为阴离子型的双三氟甲基磺酰亚胺的离子液体，其配位阳离子可以为锂离子、钠离子或钾离子。
在本发明的一种实施方式中，所述离子液体水溶液的浓度为0.04～1.0wt％，ph为3～5。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白为从牛跟腱、牛皮、猪皮、鱼皮、鱼鳞等动物组织提取得到的具有三螺旋结构的ⅰ型胶原蛋白。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白溶液中胶原蛋白的浓度为2～10wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述离子液体水溶液的浓度优选为0.3～0.6wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白溶液中胶原蛋白的浓度优选为4～7wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白溶液中可以添加功能组分，其添加质量为0.5～8wt％，其中所述功能组分要保证其能在胶原蛋白纺丝液中充分溶解，且不破坏整个体系的流动性，优选为蛋白多糖生长因子或抗菌药物。
在本发明的一种实施方式中，所述湿法纺丝装置的操作参数为：喷丝孔的直径为70～300μm，喷速10～30m/min，纺速20～50m/min。
在本发明的一种实施方式中，优选的，喷丝孔直径为80～150μm，喷速12～20m/min，纺速15～30m/min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述胶原蛋白凝胶纤维为胶原蛋白溶液经过湿法纺丝装置的喷丝头喷丝后，继而通过亲水性有机溶剂凝固浴脱水后得到的。
在本发明的一种实施方式中，所述凝固浴脱水是指喷丝头喷丝后的胶原蛋白溶液中的水分子被亲水性有机溶剂置换实现脱水的。
在本发明的一种实施方式中，所述亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或多种，优选为乙醇和异丙醇，其中，所述亲水性有机溶剂中水的含量控制在0.5～15wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述凝固浴在凝固浴槽中进行。
在本发明的一种实施方式中，所述凝固浴槽的长度为0.5～2.0m，优选为1.0～1.5m。
在本发明的一种实施方式中，所述凝固浴槽的个数为1～4个，其中凝固浴槽中的亲水性有机溶剂的浓度逐渐增大。
在本发明的一种实施方式中，多个凝固浴槽中，最后一个凝固浴槽中的亲水性有机溶剂的水含量不高于0.5w％。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白凝胶纤维在35℃以下的无菌气体的环境下干燥。
在本发明的一种实施方式中，所述干燥的温度优选为20～25℃。
在本发明的一种实施方式中，所述无菌气体为空气、氮气、氦气或氩气的一种，优选为空气。
在本发明的一种实施方式中，所述胶原蛋白纤维的直径为5～50μm。
本发明还提供了上述方法制备得到的胶原蛋白纤维。
本发明取得的有益效果：
(1)本发明制备得到的胶原蛋白纤维不互相粘连，独立性高，保持原有的生物活性，保持胶原蛋白的固有颜色，采用绿色环保的离子液体溶液作为溶剂，安全性好，无毒副作用；
(2)本发明制备得到的胶原蛋白纤维的粗细可根据需要而决定，可以通过调节胶原蛋白溶液的浓度、胶原蛋白溶液喷丝口的直径以及喷出速度等因子来决定胶原蛋白纤维的粗细。本发明制备的胶原蛋白纤维是通过溶解胶原后再经湿法纺丝得到，不是通过直接处理动物肌腱提取得到，也不同于通过交联法制备的改性胶原纤维和共混方法制备的复合胶原纤维，本发明的胶原蛋白纤维能够保持胶原蛋白的ⅰ型胶原蛋白三螺旋活性结构，生物安全性更高。
(3)本发明的胶原蛋白纤维在保留ⅰ型胶原的前提下，可根据需要制作任意长度的胶原蛋白纤维，此外，胶原在此离子液体体系中的溶解属于物理过程，无任何化学反应发生，对胶原蛋白的结构无破坏。
具体实施方式
胶原纤维的机械性能如拉伸断裂强度，断裂伸长率的测试参照标准gb/t14344-2003。
胶原纤维的纤度的测试依据是参考纺织品纤维的测试方法，测量1000米长的胶原纤维的重量克数的十分之一，单位为分特。
下面结合实施例对本发明进行进一步详细地说明。
实施例1
将5g胶原蛋白溶解于200g氯化n-丁基-n-甲基二乙醇胺离子液体水溶液(离子液体的浓度为0.04wt％)中，调节溶液的ph为3，胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固浴槽中，喷丝头的孔径为70μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为10m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为20m/min；从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水，从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例2
将10g胶原蛋白溶解于200g氯化n-己基-n-甲基二乙醇胺离子液体水溶液(浓度为0.08wt％)中，控制溶液的ph为3，将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为100μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为15m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为25m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例3
将16g胶原蛋白溶解于200g氯化n-丁基-n-甲基二乙醇胺离子液体(浓度为0.4wt％)中，控制溶液的ph为4，将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为200μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为30m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为50m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例4
将20g胶原蛋白溶解于200g氯化n-丁基-n-甲基二乙醇胺离子液体(浓度为1.0wt％)中，控制溶液的ph为5，将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为300μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为10m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为20m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例5
将5g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为0.04wt％)中，控制溶液的ph为3；将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为100μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为10m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为20m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为70％、温度为25℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例6
将8g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钾离子液体(浓度为0.08wt％)中，控制溶液的ph为4，将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为300μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为30m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为50m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例7
将10g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为0.5wt％)中，控制溶液的ph为3，在其中加入1.02g水溶性多糖。将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为150μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为10m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为20m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例8
将20g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为1.0wt％)中，控制溶液的ph为5，在其中加入10g水溶性多糖。将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为200μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为20m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为30m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例9
将8g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为0.3wt％)中，控制溶液的ph为3，在其中加入16.32g水溶性多糖。将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为300μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为15m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为20m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例10
将5g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为0.5wt％)中，控制溶液的ph为3，在其中加入1.02g水溶性糖蛋白。将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为70μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为12m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为15m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
实施例11
将20g胶原蛋白溶解于200g双三氟甲基磺酰亚胺钠离子液体(浓度为0.6wt％)中，控制溶液的ph为4，在其中加入16.32g水溶性糖蛋白。将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为300μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为20m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为30m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。纤维性能见表1。
表1实施例1～11制备得到的胶原蛋白纤维的性能参数。
对比例1
离子液体选择常用的离子液体3-甲基-1-乙基咪唑溴盐替代氯化n-丁基-n-甲基二乙醇胺离子液体进行溶解，其余条件和步骤与实施例1相同，结果是胶原蛋白的最高溶解度只能达到1.1％，不能进行纺丝。
对比例2
离子液体的阳离子为氯化n-辛基-n-甲基二乙醇胺或氯化n-癸基-n-甲基二乙醇胺时，其余条件和步骤与实施例1相同，结果是胶原的最高溶解度可以达到7％，能够纺丝。
将15g胶原蛋白溶解于200g氯化n-辛基-n-甲基二乙醇胺离子液体(浓度为0.4wt％)中，控制溶液的ph为4，将胶原蛋白溶液离心脱泡后注入到纺丝机的储液槽中，在0.1mpa的压力下，将纺丝液通过计量泵从喷丝头喷于第一个含20l乙醇(浓度为90％)的凝固槽中，喷丝头的孔径为300μm，胶原蛋白溶液从喷丝口喷出的速率为30m/min，该胶原蛋白溶液立刻脱水凝固为纤维状，在第一个凝固槽中的牵伸速度为50m/min。从第一个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维通过牵伸进入第2个凝固浴槽中(乙醇20l，浓度为99.5％)，室温下进一步脱水。从第2个凝固浴槽出来的胶原蛋白纤维经相对湿度为60％、温度为20℃的无菌空气进行干燥后，进行卷绕收集即得到胶原蛋白纤维。
对制备得到的胶原蛋白纤维进行机械性能测试，制备得到的胶原蛋白纤维的机械强度仅为0.62±0.07，断裂伸长率仅为1.01±0.15，低于本发明制备得到的胶原蛋白纤维，且胶原蛋白纤维的颜色偏差，干燥后有少量异味。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。