[發(fā)明專利]一種絲素蛋白多孔三維材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010233425.9
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN101905035A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冰;呂強(qiáng);李明忠;盧神州;王建南
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: A61L27/22
• 分類號: A61L27/22;A61L27/56
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔材料及其制備方法，特別涉及一種以絲素蛋白為原料，制備多孔三維材料的技術(shù)，所制備的材料可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、組織工程等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物醫(yī)用材料特別是組織工程支架材料、組織修復(fù)再生材料等，要求所使用的材料不僅具有良好的生物相容性，同時(shí)必須具備合適的三維多孔結(jié)構(gòu)、可控的生物降解性、一定的力學(xué)強(qiáng)度、以及可以釋放因子或者其它相關(guān)藥物的性能。

對于制備生物醫(yī)用材料的方法，尤其是制備生物材料多孔支架的方法，要求：制備過程應(yīng)當(dāng)盡可能溫和，并盡量避免毒性有機(jī)溶劑的使用，這樣保護(hù)其生物相容性和可能加載藥物的活性；同時(shí)，也要求有溫和有效的方法來調(diào)控生物材料的結(jié)構(gòu)，從而有效控制材料的降解行為以適應(yīng)不同組織的正常再生。

中國是蠶絲的發(fā)源地和主要生產(chǎn)國。蠶絲主要由70％的絲素蛋白和25％的絲膠蛋白組成，其中的絲素蛋白具有優(yōu)異的生物相容性、機(jī)械性能和可降解性，是一種非常有前途的組織工程支架材料。大量研究證明，絲素蛋白基組織工程支架能夠應(yīng)用于骨、皮膚、血管、神經(jīng)、肝、軟骨、韌帶多種組織的再生。同時(shí)，絲素蛋白開始被應(yīng)用于藥物緩釋領(lǐng)域，絲素蛋白薄膜或凝膠作為藥物釋放的載體，表現(xiàn)出良好的控釋效果。因此，絲素蛋白有可能同時(shí)作為支架材料和藥物載體，避免藥物載體同支架的不相容問題。作為一種普適的生物材料，絲素蛋白在不同領(lǐng)域都表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

絲素蛋白的結(jié)晶形態(tài)主要有絲素I(Silk?I)和絲素II(Silk?II)兩種。其中絲素II結(jié)晶是一種伸展的反平行β-折疊結(jié)構(gòu)，絲素I結(jié)晶則是介于蛋白質(zhì)β-折疊結(jié)構(gòu)和α-螺旋結(jié)構(gòu)中間的一種曲柄型結(jié)構(gòu)。蠶絲纖維中絲素蛋白的結(jié)晶形態(tài)主要是絲素II結(jié)晶，從5齡蠶的絹絲腺中得到的液態(tài)絲素蛋白不做拉伸或者化學(xué)處理，在0～40℃緩慢干燥可以得到絲素I結(jié)晶。作為生物材料使用的絲素蛋白，必然涉及到這兩種主要的絲素蛋白結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及非晶結(jié)構(gòu)等。蠶絲纖維的降解速度比較緩慢，這是由于反平行β-折疊結(jié)構(gòu)比較規(guī)整緊密。非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的絲素蛋白可溶于水，作為材料使用時(shí)需要使用交聯(lián)劑來降低其水溶性，而這樣作的結(jié)果有可能會降低其良好的生物相容性。而絲素I結(jié)晶作為一種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，它是不溶于水的，不需要另外添加交聯(lián)劑；但因其結(jié)構(gòu)比絲素II疏松，所以具有一定的生物可降解性。其生物降解速度介于非結(jié)晶結(jié)構(gòu)和絲素II結(jié)晶結(jié)構(gòu)的絲素蛋白之間，可以在幾個(gè)月內(nèi)完全降解。因此，可以通過調(diào)控兩種結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及非晶結(jié)構(gòu)的比例來獲得所需要的材料性能

現(xiàn)有技術(shù)中，采用絲素蛋白制備三維多孔支架的方法有鹽析法、冷凍干燥法、靜電紡絲法以及相分離法等，其中，冷凍干燥法的現(xiàn)有技術(shù)主要有以下報(bào)道，例如：

(1)公開號為CN101502669A的中國發(fā)明專利“絲素蛋白多孔三維支架及其制備方法”中，公開了一種絲素蛋白多孔三維材料的制備方法，先將家蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析、濃縮后得到質(zhì)量濃度為1～30％的絲素蛋白溶液，其特征在于再進(jìn)行如下步驟的加工：第一步：將絲素蛋白溶液注入金屬模具中，在-10～-80℃的低溫條件下經(jīng)1～24小時(shí)的快速冷凍，得到冷凍體；第二步：在溫度為-5～-25℃的條件下將上述冷凍體低溫保存2～60天，得到冷凍結(jié)晶體；第三步：對冷凍結(jié)晶體進(jìn)行解凍處理，得到濕態(tài)絲素蛋白多孔三維材料，再經(jīng)干燥處理，得到干態(tài)絲素蛋白多孔三維材料。

上述技術(shù)方案，采用冷凍干燥法制備三維支架，避免了有機(jī)溶劑使用，但因?yàn)闆]有對絲素蛋白溶液進(jìn)行處理，溶液中絲素蛋白沒有形成規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致冷凍干燥過程中片狀結(jié)構(gòu)的形成。觀察其電鏡圖片仍可知，所得支架中仍然存在分離片狀結(jié)構(gòu)，且該技術(shù)方案中蛋白的結(jié)晶結(jié)構(gòu)無法調(diào)控。

(2)公開號為CN1262579C的中國發(fā)明專利“絲素蛋白海綿狀三維多孔材料制備方法”中，需要采用甲醇或者乙醇作為變性劑，促使絲素II結(jié)構(gòu)形成，提高絲素蛋白在水中穩(wěn)定性，但是，因?yàn)橹饕越z素II結(jié)構(gòu)為主，所以降解緩慢，并且不可調(diào)控微結(jié)構(gòu)中絲素I和絲素II結(jié)構(gòu)的比例。

因此，需要研究發(fā)明一種在綠色溫和條件下制備絲蛋白三維支架的方法，并且可以通過調(diào)節(jié)制備工藝調(diào)控多孔支架材料的孔徑尺寸，二級結(jié)構(gòu)的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種絲素蛋白多孔三維材料的制備方法，，克服現(xiàn)有技術(shù)中所得絲素蛋白多孔三維材料存在分離片狀結(jié)構(gòu)的缺陷，以及所得絲素蛋白多孔三維材料中絲素I和絲素II結(jié)構(gòu)的比例無法調(diào)節(jié)的缺陷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種絲素蛋白多孔三維材料的制備方法，包括以下步驟：