专利名称：一种可注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水凝胶材料及其制备方法，特别涉及一种可采用注射成型的丝素蛋白水凝胶，它可作为组织修复材料、药物辅料等，应用于生物医用领域。
背景技术：
凝胶是介于固体与液体之间的一种物理状态，具有独特的性质，尤其是水凝胶，性质柔软，能保持一定的形状，在其中保持有大量的水份，由于聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中，只能溶涨且保持一定的形状。水凝胶具有良好的生物相容性、 水渗透性，目前被广泛用于人工皮肤、组织工程材料、药物释放、人造肌肉、生物传感器、分离装置、重金属离子回收等方面。可注射水凝胶可在体内原位形成，这样就可避免外科手术过程中的高度创伤性，加速愈合、减少病人痛苦、降低医疗费用。特别当用于修复复杂形状的组织时，可注射水凝胶具有自适应性，可体温固化，这是一般水凝胶不可比拟的。可注射水凝胶可用于生物活性分子控释、细胞的包埋以及用作组织支架材料等方面。丝素蛋白无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，能够促进人体细胞的生长，具有一定的生物可降解性。通过对多种生物材料的对比研究，文献报道了丝素蛋白具有与胶原同等的体内、体外生物相容性([J]BiOmaterialS，2003，24 (3) :401 - 416)。因此，丝素蛋白是制造生物医学材料的较理想原料。丝素蛋白水凝胶可由丝素蛋白溶液制得。丝素蛋白溶液在静置下会逐渐向凝胶化转变，但是这个转变需要比较长的时间，常温条件下一般要在1个月以上。也可以通过改变丝素蛋白溶液的PH值来加快凝胶化的过程，有文献([J]浙江工程学院学报，1999，16(3)， 172 — 176)报道，当pH值接近于丝素蛋白的等电点(pH=3.9)时，丝素蛋白容易发生胶凝作用，但也需要8天左右的时间才能完成凝胶化。此外，丝素蛋白的浓度对于凝胶时间也有影响，在文献([J]食品科学，2007，28(12)，58 — 62)中报道了丝素蛋白溶液在浓度大于 10%时比较容易形成凝胶，但是在浓度小于10%时需要很长的时间才能形成凝胶的研究结果，而高浓度丝素蛋白溶液形成的凝胶含水量较低，孔隙率也较低，在应用时受到一定的限制，因此，低浓度下的丝素溶液凝胶化时间太长制约了丝素水凝胶的使用。在本发明作出之前，中国发明专利(CN1158338C)公开了一种化学交联结构的丝素凝胶、海绵状丝素凝胶材料制备方法，采用调整丝素蛋白质水溶液的pH，并混入环氧化合物作为交联剂，经冷冻，凝固成凝胶。众所周知，环氧化合物具有一定的毒性，虽然采用水洗法去除未反应的环氧交联剂，但是凝胶中仍然存在残留的环氧交联剂，从而带来一定的毒性并且降低丝素蛋白的生物相容性([J]生物医学工程学杂志，2007，24 (6) 1309 1313)。 中国发明专利(CN101502670)公开了一种丝素蛋白水凝胶的制备方法，采用超声波震荡的方法，能够在短时间内形成水凝胶，但是其难以做到可注射及在体内成型。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种生物相容性好，可用于注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法本发明所采用的技术方案是提供一种丝素蛋白水凝胶，它包括A和B两种组份，按体积比，A:B=10:1 ;A组份为浓度10 300 g/Ι的丝素蛋白水溶液，B组份组为浓度 0. 01 100 g/Ι的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。上述的一种丝素蛋白水凝胶，所述的阴离子表面活性剂为辛基磺酸钠，辛烷基硫酸钠，戊基硫酸钠，庚基硫酸钠，癸基硫酸钠，十一烷基硫酸钠，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十三烷基硫酸钠，十四烷基硫酸钠，十六烷基硫酸钠，十八烷基硫酸钠，硬脂酸钾， 油酸钾，月桂酸钾，硬脂酸纳，油酸纳，月桂酸纳中的一种，或它们的任意组合。上述的一种丝素蛋白水凝胶，所述的非离子表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚， 十四醇聚氧乙烯醚，椰子油醇聚氧乙烯醚，月桂酸蔗糖酯，棕榈酸蔗糖酯，硬脂酸蔗糖酯，吐温，司盘，平平加0，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种，或它们的任意组合。本发明还提供一种制备可注射丝素蛋白水凝胶的方法，包括如下步骤
(1)将A和B两种组份分别保存于2 8 °C的温度下；A组份为浓度10 200g/l的丝素蛋白水溶液，B组份为浓度0. 01 100 g/Ι的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；
(2 )按体积比A B=IO 1将A和B混合均勻，在30 40 V的温度下静置5 30分钟， 得到一种丝素蛋白水凝胶。本发明具有以下明显优点
(1)本发明采用丝素蛋白作为水凝胶主体，以表面活性剂溶液为凝胶剂，两组份均为液态，在一定温度的混合过程中不会凝胶化，有利于吸入针管中，便于注射成型；混合溶液注射入体后，温度升高，溶液快速凝胶化，可由温度控制凝胶化；无化学交联剂残留，其生物相容性好；可以降解，降解产物无毒无刺激性。可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架， 生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。在溶液混合时可以加入药物，一起注射后形成水凝胶，其载药率几乎达到100%，也可用作介入栓塞剂。(2)本发明所提供的丝素蛋白水凝胶，可以注射入人体形成任意形状的水凝胶，不需要在体外塑形，可在体内原位形成，避免了外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明技术方案作进一步描述。实施例一
本实施例提供的丝素蛋白水凝胶制备步骤如下
1、将40克白厂丝放入4升质量浓度为0.05%的碳酸钠溶液中，于98 100°C处理0. 5 小时，然后洗涤，再次放入4升浓度为0. 05%的碳酸钠溶液中，于98 100°C处理0. 5小时， 重复3次，使蚕丝脱胶，充分洗涤干燥后得到纯丝素纤维。将纯丝素纤维300毫升9. 3摩尔 /升的溴化锂溶液，在65士2°C搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；3、调节丝素蛋白溶液浓度为30g/l，为组份A，存放于4！的温度下；
4、配置浓度为15g/Ι的辛基硫酸钠溶液，为组份B，存放于4 °C的温度下；
5、将上述组份A与B以A:B=10:1体积比混合均勻，注入成型模具中，静置升温至37°C， 10分钟后得到成型的丝素蛋白水凝胶。实施例二
1 、将40克生丝放入5升浓度为0.2%的碳酸钠溶液中，于98 100°C处理2小时，使蚕丝脱胶，充分洗涤干燥后得到纯丝素纤维。将纯丝素纤维置于300毫升浓度为9. 3摩尔 /升的溴化锂溶液中，在65士2°C的温度下搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为20g/Ι为组份A，于6°C存放；
4、配置浓度为20g/Ι的十二烷基硫酸钠溶液为组份B，于6°C存放；
5、将上述组份A与组份B以A:B=10:1体积比混合均勻，采用注射器将该混合溶液注入体内，在37°C的体温下约15分钟后形成所需形状的水凝胶。本实施例所提供的丝素蛋白水凝胶，可以液体状注射入体内，当温度升高至体温后，约在15分钟形成所需形状的水凝胶，不需要在体外塑形，可在体内原位形成，避免了外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。该丝素蛋白水凝胶生物相容性好，可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架，生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。同时，在溶液混合时可以加入药物，一起注射后形成水凝胶，其载药率几乎达到100%，也可用作介入栓塞剂。实施例三
1、将100克废蚕丝放入4升浓度为0.05%的中性皂溶液中，于98 100°C处理0. 5小时脱胶，重复处理3次，充分洗涤后得到纯丝素纤维。将晾干后的纯丝素纤维用100毫升摩尔比为1 :8 2的氯化钙、水、乙醇溶液，在75士5°C下加热溶解得到丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除氯化钙、乙醇等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为40g/l为组份A；存放于8 °C的温度条件下；
4、配置浓度为10g/Ι的十八烷基硫酸钠，1 g/Ι的P0l0Xamerl88溶液为组份B ；存放于8 °C的温度条件下；
5、将上述A与B组份以A:B=10:1体积比混合均勻，升温至37°C，约16分钟形成水凝胶。实施例四
1、将200克茧壳放入20升浓度为0.3%的碳酸钠溶液中，于98 100°C处理2小时， 使茧壳脱胶，充分洗涤后得到纯丝素(即丝素蛋白)。将晾干后的纯丝素，用100毫升9.3摩尔/升的溴化锂溶液，在65士2°C搅拌溶解成丝素蛋白混合溶液；
2、将所得的丝素蛋白混合溶液装入透析袋中，用去离子水透析3天，去除溴化锂等杂质，得到纯的丝素蛋白溶液；于2°C存放；
3、调节丝素蛋白溶液浓度为40g/Ι为组份A ；于2°C存放；
4、配置浓度为10g/l的十八烷基硫酸钠，0.1g/Ι的硬脂酸蔗糖酯溶液为组份B;5、 将上述组份A与组份B以10:1体积比混合均勻，升温至37°C，约10分钟形成水凝胶。
权利要求
1.一种丝素蛋白水凝胶，其特征在于它包括A和B两种组份，按体积比，A:B=10:1 ;A 组份为浓度10 300 g/Ι的丝素蛋白水溶液，B组份组为浓度0. 01 100 g/Ι的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种丝素蛋白水凝胶，其特征在于所述的阴离子表面活性剂为辛基磺酸钠，辛烷基硫酸钠，戊基硫酸钠，庚基硫酸钠，癸基硫酸钠，十一烷基硫酸钠， 十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十三烷基硫酸钠，十四烷基硫酸钠，十六烷基硫酸钠， 十八烷基硫酸钠，硬脂酸钾，油酸钾，月桂酸钾，硬脂酸纳，油酸纳，月桂酸纳中的一种，或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种丝素蛋白水凝胶，其特征在于所述的非离子表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚，十四醇聚氧乙烯醚，椰子油醇聚氧乙烯醚，月桂酸蔗糖酯，棕榈酸蔗糖酯，硬脂酸蔗糖酯，吐温，司盘，平平加0，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种，或它们的任意组合。
4.一种制备如权利要求1所述的丝素蛋白水凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将A和B两种组份分别保存于2 8 °C的温度下；A组份为浓度10 300g/l的丝素蛋白水溶液，B组份为浓度0. 01 100 g/Ι的表面活性剂溶液；所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；(2 )按体积比A B = 10 1，将A和B混合均勻，在30 40 V的温度下静置5 30分钟，得到一种丝素蛋白水凝胶。
全文摘要
本发明涉及一种水凝胶材料及其制备方法，特别涉及一种可采用注射成型的丝素蛋白水凝胶及其制备方法。将浓度为10～300g/l的丝素蛋白水溶液和浓度为0.01～100g/l的表面活性剂溶液分别存放于2～8℃的温度下，使用时，按体积比10:1将上述两组份混合均匀，在30～40℃的温度下静置5～30分钟，得到一种可注射成型的丝素蛋白水凝胶。它的生物相容性好，可应用于人工皮肤，人工软骨，细胞培养支架，生物反应器，酶固定化材料，药物辅料等生物医用方面。尤其是它可方便地在体内原位形成，避免外科手术过程中的创伤性，特别适用于修复复杂形状的组织。
文档编号C08L89/00GK102220017SQ20111011543
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者卢神州, 吴锡龙, 李明忠 申请人:苏州大学