一种柔软透明丝素蛋白膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种透明膜材料及其制备方法，具体涉及一种柔软透明丝素蛋白膜及其制备方法。

背景技术：

家蚕丝素蛋白作为一种昆虫纲-鳞翅目动物在变态发育过程中分泌的天然蛋白质，在不携带与人类共感病原体的同时兼有优异的生物相容性及可降解性能。家蚕丝素纤维在手术缝合线方面的使用，已有一百多年的历史。近几十年来，配合丝素蛋白温和水溶液下的加工方式，各种各样的再生丝素蛋白产品得以问世，如丝素膜、微纳米颗粒、水凝胶、多孔支架、海绵体等。

丝素蛋白膜是通过将再生家蚕丝素蛋白溶液浇注于平面模具并于一定温湿度干燥平衡后膜状沉积蛋白固化物。丝素蛋白膜在兼具天然丝素蛋白原有生物相容性的同时，还可通过控释丝素膜的成型条件来控制丝素膜的物理机械性能及降解能力，如酰胺类、多元醇类等小分子添加剂，化学交联的方法，高湿处理等，因此丝素蛋白膜在创面修复、药物控释、眼角膜修复、体外细胞培养方面已有诸多研究。

随着科技的发展以及人类生活水平的提高，人们的生活压力也在不断增大。21世纪的现代年轻人绝大部分都患有或多或少的视力问题。隐形眼镜，也叫角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上，用以矫正视力或保护眼睛的镜片。根据材料的软硬它包括硬性、半硬性、软性三种。隐形眼镜不仅从外观上和方便性方面给近视、远视、散光等屈光不正患者带来了很大的改善，而且视野宽阔、视物逼真；此外，在控制青少年近视、散光发展，治疗特殊的眼病等方面也发挥了特殊的功效。因此作为一种隐形眼镜材料，除了具备良好细胞生物相容性以外，还应具备永久的湿态透明度、强伸性与韧性等特点。最为一种舒适的隐形眼镜材料，当在患者使用过程中保持良好的透氧能力及保水能力以利于湿态环境下细胞的正常新陈代谢。丝素蛋白膜生物相容性好、透氧能力强，因其蛋白分子链侧基具有丰富的羟基、氨基、羧基等活性基团，因而具备相当的表面水保持能力。因此，本发明旨在涉及一种柔软透明、柔软的丝素蛋白膜材，用于隐形眼镜、美瞳等产品的基材。

目前的不溶性透明丝素蛋白膜的加工方法有二氧化钛复合、高温汽蒸、多元醇与酰胺等共混的等方法。公开号为CN101234213的中国发明专利中，采用加入酞酸丁酯和乙醇形成纳米二氧化钛来制备水不溶性丝素蛋白膜，一方面酞酸丁酯和乙醇的加入可能影响生物相容性，另一方面纳米二氧化钛可能影响丝素蛋白膜的透光性能。公开号为CN 101967282 A的中国发明专利采用加入多元醇与丝素发生交联，一方面多元醇的加入降低了共混膜的强力，另一方面，多元醇丝素膜长时间透光率并没有给出。公开号为CN101760027 A的中国发明专利采用加入乙醇以及拉伸的方法制备不溶性丝素膜，一方面乙醇的加入可能影响生物相容性，另一方面形成的β-折叠结构的丝素蛋白膜强度高而伸长率小，降解速度较慢。公开号为CN 1316465的中国发明专利通过加入环氧树脂来交联丝素蛋白得到水不溶性丝素蛋白膜，其中环氧树脂的加入可能影响丝素蛋白的生物相容性。公开号为CN 103861149 A的中国发明专利通过将丝素蛋白于小分子甲酰胺、乙酰胺等共混后浇筑并干燥成膜的方法制备出了一种不溶性丝素膜，但采用的小分子物质细胞毒性较大，难以完全满足生物材料的使用要求。公开号为CN 101967282B的中国发明专利通过小分子多元醇与丝素蛋白共混并浇注干燥成膜的方法制备了一种透明丝素膜，但所成丝素膜的聚集态结构主要为半稳定Silk Ⅰ型结晶，难以在湿态条件下保持长时间的透明柔软的特点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种工艺简短、条件温和，无毒无害的不溶性透明柔软丝素蛋白膜及其制备方法。

本发明的技术方案是提供一种柔软透明柔软丝素蛋白膜的制备方法，以家蚕丝素蛋白为原料，包括以下步骤：

1、以0.1～1M、pH值为9的NaHCO₃-Na₂CO₃缓冲溶液，在温度为98～100℃的条件下，对家蚕丝进行脱胶处理25～35 min，再用去离子水洗净，重复本步骤三次；

2、将经脱胶处理后得到的丝素纤维烘干，在温度为55～65℃的条件下，按浴比1：10，将丝素纤维溶于9.3M的溴化锂溶液中，冷却后加入截留分子量为10000 道尔顿的双层透析袋中，以去离子水透析3d，得到纯化的丝素蛋白溶液；

3、配置50～500 mg/mL的尿素溶液，按质量比1.5/10～5/10，将尿素与丝素蛋白溶液共混后，浇注于聚苯乙烯模具中，在温度为20～25℃、湿度为55～75%的条件下鼓风干燥，平衡36h以上，即得到柔软透明丝素蛋白膜。

本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种柔软透明丝素蛋白膜。

所述丝素蛋白中的主要构象为β-折叠分子构象，丝素蛋白在去离子水中的溶失率小于0.5%。厚度为100μm的干态丝素蛋白膜，具有在400～760nm可见光范围内96 %以上的透光率，生理盐水浸泡3个月后的丝素蛋白膜透光率在96 %以上。所述丝素蛋白膜干态时的拉伸断裂强度大于25 MPa，断裂伸长率大于75 %；湿态时的拉伸断裂强度大于10 MPa，断裂伸长率大于120 %。

本发明的原理是：小分子尿素含有双酰胺键，与丝素蛋白共混后，丝素蛋白在一定温湿度下干燥固化的过程中，由于尿素的双酰胺键与丝素蛋白间的强相互作用，在高浓度的尿素环境下促使丝素蛋白形成高含量的稳定β-折叠结构，但是阻碍β-折叠结构进一步长大形成大的结晶颗粒，因此几乎不影响可见光透过丝素蛋白固化物膜。这种高比例的稳定 β-折叠 结构丝素蛋白膜因为尿素的双酰胺交联作用在浸入水中后，基本不溶于水，且结构保持相对稳定，透明度一直较高而柔软。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

1、通过无毒害的尿素与丝素蛋白膜共混后浇注并干燥成膜的方法，所制备的丝素膜能更好地保持丝素蛋白的生物相容性；

2、通过尿素与丝素蛋白共混体系浇注所成的丝素膜，不仅不溶于水，更能保持较为持久的干、湿态下的透明性以及柔韧性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的丝素蛋白膜长时间湿态透明度变化曲线（550nm）图；

图2是本发明实施例提供的丝素/尿素共混膜的红外特征图谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明技术方案作进一步阐述。

实施例1：

本实施例提供一种丝素/尿素共混膜，制备方法包括如下步骤：

1、家蚕丝采用0.5 M的NaHCO₃-Na₂CO₃缓冲溶液（pH值=9），于98～100℃下重复煮，每次30min，以去离子水洗净，重复以上操作三次。将脱胶并烘干后的丝素纤维于60℃下按1：10的浴比溶于9.3M溴化锂溶液，冷却后加入截留分子量为10000 道尔顿的双层透析袋（透析袋中再套一层透析袋，形成双层透析袋）中，以去离子水透析3d即得到纯化的丝素蛋白溶液。

2、配置100 mg/mL的尿素溶液，将尿素与丝素蛋白按质量比（m_URE/m_SF）：1.7/10共混，再将共混后丝素蛋白溶液浇注于聚苯乙烯模具中，在25℃、75%湿度下鼓风干燥平衡36h，即得不溶性柔软透明丝素蛋白膜。

本实施例提供的透明丝素蛋白膜具有极好的透明性。经测定，本实施例提供的丝素/尿素共混膜的干态透光率为96%。

按本实施例步骤2的方法，将尿素与丝素蛋白按质量比（m_URE/m_SF）分别为0/10、0.5/10、1/10、1.5/10、2/10和3/10的不同比例共混制备样品，所提供的部分丝素蛋白膜长时间湿态透明度变化曲线（550nm）对比结果参见附图1；提供的部分丝素/尿素共混膜的红外特征图谱参见附图2。

将所得丝素/尿素共混膜分别测试干、湿态下的强伸性与溶失率，结果参见表一。

表一：

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实施例2：

1、家蚕丝采用0.3 M的NaHCO₃-Na₂CO₃缓冲溶液（pH值=9），于98～100℃下重复煮，每次30min，以去离子水洗净，重复以上操作三次。将脱胶并烘干后的丝素纤维于63℃下按1：10的浴比溶于9.3M溴化锂溶液，冷却后加入截留分子量为10000 道尔顿的双层透析袋（透析袋中再套一层透析袋，形成双层透析袋）中，以去离子水透析3d即得到纯化的丝素蛋白溶液。

2、配置80 mg/mL的尿素溶液，将尿素与丝素蛋白按质量比（m_URE/m_SF）：2/10共混，再将共混后丝素蛋白溶液浇注于聚苯乙烯模具中，在25℃、65%湿度下鼓风干燥平衡48 h，即得不溶性柔软透明丝素蛋白膜。

将所得的丝素/尿素共混膜分别测试干、湿态下的强伸性与溶失率，结果参见表二。

表二：

测定本实施例提供的丝素/尿素共混膜的干态透光率为96%。

本实施例提供的丝素蛋白膜长时间湿态透明度变化曲线（550nm）结果参见附图1（m_URE/m_SF = 2/10）。

实施例3：

1、家蚕丝采用0.7 M的NaHCO₃-Na₂CO₃缓冲溶液（pH值=9），于98～100℃下重复煮，每次28 min，以去离子水洗净，重复以上操作三次。将脱胶并烘干后的丝素纤维于58℃下按1：10的浴比溶于9.3M溴化锂溶液，冷却后加入截留分子量为10000 道尔顿的双层透析袋（透析袋中再套一层透析袋，形成双层透析袋）中，以去离子水透析3d即得到纯化的丝素蛋白溶液。

2、配置300 mg/mL的尿素溶液，将尿素与丝素蛋白按质量比（m_URE/m_SF）：3/10共混，再将共混后丝素蛋白溶液浇注于聚苯乙烯模具中，在22℃、60%湿度下鼓风干燥平衡48h，即得不溶性柔软透明丝素蛋白膜。测定其干态透光率为97%。

本实施例提供的丝素蛋白膜长时间湿态透明度变化曲线（550nm）结果参见附图1（m_URE/m_SF为3/10）。本发明实施例提供的丝素/尿素共混膜的红外特征图谱参见附图2（m_URE/m_SF为3/10）。

将所得丝素膜分别测试干、湿态下的强伸性与溶失率，结果参见表三。

表三：

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