專利名稱：柔韌絲素蛋白膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用天然高分子物質(zhì)加工成的柔韌膜及其制備方法，特別涉及一種以蠶絲為主要原料加工成的柔韌絲素蛋白膜及其制備方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然有多種合成和天然高分子膜，例如聚乙烯醇、聚乙烯、纖維素、聚氨酯、聚四氟乙烯、殼聚糖、膠原蛋白膜等，但將其用作生物醫(yī)學(xué)材料時(shí)，有的生物相容性不好、有的原料來源不足或價(jià)格昂貴。因此人們?cè)诓粩嗟貙ふ依硐氲尼t(yī)用及生物膜材料。蠶絲由約75％的絲素和約25％的絲膠所組成，是相當(dāng)純的天然蛋白纖維，絲素的氨基酸組成與人體膠原蛋白有一定的相似性，無毒性、無刺激作用，具有良好的生物相容性。因此蠶絲是制造生物醫(yī)學(xué)膜材料的較理想原料。但由于再生絲素蛋白是水溶性的，且柔韌性較差，所以絲素膜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍受到很大局限。在本發(fā)明作出之前，《J.Appl.Polym.Sci.Appl.Polym.Symp》1985,41,187的雜志上公開報(bào)道了一種使絲素膜難溶于水的方法，就是將絲素膜浸漬于甲醇或乙醇溶液中；同樣，在《蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào)》1993,13(1),40上，也公開報(bào)道了一種用蒸汽處理初生絲素膜，使絲素發(fā)生β化轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到絲素膜難溶于水的目的的方法。但上述公開報(bào)道的使絲素膜難溶于水的方法，由于膜內(nèi)絲素發(fā)生結(jié)晶，絲素大分子間依靠大量的H鍵緊密結(jié)合、整齊排列，限制了大分子的位移，所以，在干態(tài)硬而脆，柔韌性較差，難以被實(shí)際利用。目前，能提供一種既難溶于水，又具有優(yōu)良柔韌性的絲素膜及其制膜方法，尚未見報(bào)道。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)已有技術(shù)的不足，提供一種既難溶于水，又具有較好柔軟性和彈性的柔韌絲素蛋白膜及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所述的柔韌絲素蛋白膜，采用的技術(shù)方案是以家蠶絲或其制品(繭層、繭絲、生絲、繅絲廠下腳絲、絲綢廠真絲織物邊角料等)為主要原料，環(huán)氧樹脂為成膜的交聯(lián)劑，制成絲素蛋白膜，膜內(nèi)絲素蛋白含量為50～98％，絲素的結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，從而使該膜達(dá)到在水中溶失率小于1.5％、楊氏模量小于200N/mm2、拉伸斷裂強(qiáng)度大于500N/cm2、斷裂伸長(zhǎng)率大于45％、定伸長(zhǎng)彈性回復(fù)率大于60％的指標(biāo)。
本發(fā)明所述柔韌絲素蛋白膜的制備方法，是先將蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析、提純后得到純絲素蛋白溶液，再進(jìn)行如下步驟的加工1．在含固率為3～30％的絲素溶液中添加交聯(lián)劑環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的添加量占絲素溶液中含固總量的1～50％；2．在20～80℃的溫度條件下干燥成膜。
上述柔韌絲素蛋白膜制備中，所述的成膜交聯(lián)劑是下列環(huán)氧樹脂中的一種或幾種1．A型縮水甘油醚 式中，R為 2．酚F型縮水甘油醚 式中，R為 3．脂肪族縮水甘油醚 4．脂肪族環(huán)氧化合物 5．聚醚型縮水甘油醚
6．聚烯醇類縮水甘油醚 7．聚丙烯酸酯類環(huán)氧化合物 式中，R為H,CH3,C2H5,C2H4OH,C3H7，或C4H9。
上述制備方法中，在絲素溶液中添加交聯(lián)劑環(huán)氧樹脂后，再添加占環(huán)氧樹脂重量0～2％的催化劑，催化劑為NaF,NaNO3,Na2SO4,KBr,KI,NaSCN,KSCN,Na2S2O3中的一種。
本發(fā)明所述柔韌絲素蛋白膜，由于以絲素蛋白為主要原料，采用無毒性的環(huán)氧樹脂作為交聯(lián)劑，因此，具有良好的生物相容性。除此以外，由于環(huán)氧樹脂分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，能與絲素大分子中絲氨酸的醇羥基、酪氨酸的酚羥基、賴氨酸的氨基、組氨酸的咪唑基、天門冬氨酸的羧基等具有活潑H的基團(tuán)反應(yīng)，從而將絲素大分子間交聯(lián)，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)1．環(huán)氧化合物在絲素大分子間形成交鏈，使絲素膜內(nèi)產(chǎn)生類似彈性蛋白的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高絲素膜的彈性；2．環(huán)氧化合物中的柔性鏈段具有較高的彈性，對(duì)提高絲素膜的彈性有較大貢獻(xiàn)；3．環(huán)氧化合物中的柔鏈能將絲素大分子間適當(dāng)隔離，防止絲素大分子間產(chǎn)生大量的氫鍵結(jié)合，防止絲素結(jié)晶，以便當(dāng)膜受到外力作用時(shí)，三維網(wǎng)絡(luò)中絲素大分子鏈段間容易產(chǎn)生位移，且這種位移是可回復(fù)的，這樣既提高了絲素膜的柔性，又提高了絲素膜的彈性。
本發(fā)明所述的柔韌絲素蛋白膜及其制備方法，結(jié)合以下幾個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步闡明。
實(shí)施例一1．將1公斤繭層放入20升濃度為0.5％的中性皂溶液中，于98～100℃的溫度條件下處理2小時(shí)，脫盡蠶絲外圍的絲膠，充分洗滌后得到純絲素(即絲素蛋白)；2．將晾干后的純絲素，用28升8.5摩爾/升的溴化鋰溶液，在60±2℃的溫度下攪拌，溶解成絲素蛋白混合溶液；3．用纖維素膜為透析材料，將所得的絲素蛋白混合溶液用水進(jìn)行透析，以去除溴化鋰等雜質(zhì)，再用脫脂棉過濾，得到純的絲素蛋白溶液；4．在絲素溶液中添加脂肪族縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂，分子量為460～560，環(huán)氧樹脂的添加量為溶液含固率的37.4％，充分?jǐn)嚢瑁?．在上述溶液中添加催化劑KSCN，催化劑的添加量為環(huán)氧樹脂重量的1％，充分?jǐn)嚢瑁?．將上述溶液注入聚苯乙烯制的鑄膜模具內(nèi)，50℃干燥約5小時(shí)；
7．經(jīng)4小時(shí)吸濕平衡后從鑄膜模具內(nèi)剝出柔韌絲素膜，切成10×10cm2規(guī)格，用雙層塑料袋包裝并封口，然后用γ射線照射消毒，即得成品。其主要結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)如表1所示。
實(shí)施例二1．將0.5公斤下腳生絲(繅絲廠蠶繭繅絲后的副產(chǎn)品)放入10升濃度為0.05％的碳酸鈉水溶液中，煮沸0.5小時(shí)，重復(fù)處理三次，脫盡蠶絲外圍的絲膠，得到純絲素(即絲素蛋白)；2．將晾干后的純絲素，用3升重量比為45∶30∶25的硝酸鈣、水、乙醇溶液，在80±2℃的溫度下攪拌，溶解成絲素混合溶液；3．用纖維素膜為透析材料，將所得的絲素蛋白混合溶液用水進(jìn)行透析，以去除硝酸鈣、乙醇等雜質(zhì)，再用多層脫脂紗布過濾，得到純的絲素蛋白溶液；4．在絲素溶液中添加聚醚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂，分子量為922～1022，環(huán)氧樹脂的添加量為溶液含固率的23.3％，充分?jǐn)嚢瑁?．在上述溶液中添加催化劑Na2S2O3，催化劑的添加量為環(huán)氧樹脂重量的0.01％，充分?jǐn)嚢瑁?．將上述溶液注入聚四氟乙烯制的鑄膜模具內(nèi)，在60℃的溫度下干燥約3小時(shí)；7．經(jīng)8小時(shí)吸濕平衡后從鑄膜模具內(nèi)剝出柔韌絲素膜，切成20×20cm2規(guī)格，用雙層塑料袋包裝并封口，然后用γ射線照射消毒，即得成品。其主要結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)如表2所示。
實(shí)施例三
1．將1公斤真絲熟織物(絲綢廠的邊角料，已精練加工過)洗凈、晾干后，用20升摩爾比為1∶8∶2的氯化鈣、水、乙醇溶液，在78±2℃的溫度下加熱溶解，制成絲素蛋白混合溶液；2．用纖維素膜為透析材料，將所得的絲素蛋白混合溶液用水進(jìn)行透析，以去除氯化鈣，乙醇等雜質(zhì)，再用多層脫脂紗布過濾，得到純的絲素蛋白溶液；3．在絲素溶液中添加脂肪族環(huán)氧化合物，分子量為2627～2737，環(huán)氧樹脂的添加量為溶液含固率的30.0％，充分?jǐn)嚢瑁?．在上述溶液中添加催化劑KI，催化劑的添加量為環(huán)氧樹脂重量的1％，充分?jǐn)嚢瑁?．上述溶液注入聚乙烯制的鑄膜模具內(nèi)，在約45℃溫度下干燥約8小時(shí)；6．經(jīng)6小時(shí)吸濕平衡后從鑄膜模具內(nèi)剝出柔韌絲素膜，切成10×10cm2規(guī)格，用雙層塑料袋包裝并封口，然后用γ射線照射消毒，即得成品。其主要結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)如表3所示。
本發(fā)明所提供的柔韌絲素蛋白膜，它以蠶絲為主要原料，而蠶絲是一種相當(dāng)純的天然蛋白質(zhì)，且絲素蛋白的氨基酸組成中含有大量的乙氨酸和丙氨酸，與構(gòu)成人體膠原蛋白的氨基酸組成有一定的相似性，因此用它制成的柔韌絲素蛋白膜，與人體有很好的相容性、無菌無毒，成本低廉，常溫下可長(zhǎng)期儲(chǔ)存；同時(shí)由于以環(huán)氧樹脂作為交聯(lián)劑，既能使絲素膜難溶于水，又防止了膜內(nèi)絲素的結(jié)晶，使絲素膜具備較好的柔韌性?？捎米饔材X膜、食道、心臟瓣膜、血管、韌帶、肌腱等外科修復(fù)材料，及創(chuàng)面覆蓋、人工皮膚材料、藥物緩釋載體等。
表1
表2
表權(quán)利要求
1．一種柔韌絲素蛋白膜，它以家蠶絲或其制品為主要原料加工而成，其特征在于絲素蛋白成膜的交聯(lián)劑為環(huán)氧樹脂，膜內(nèi)絲素蛋白含量為50～98％，絲素的結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，水中溶失率小于1.5％，楊氏模量小于200N/mm2，拉伸斷裂強(qiáng)度大于500N/cm2，斷裂伸長(zhǎng)率大于45％，定伸長(zhǎng)彈性回復(fù)率大于60％。
2．一種如權(quán)利要求書1所述的柔韌絲素蛋白膜的制備方法，先將蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析、提純后得到純絲素蛋白溶液，其特征在于再進(jìn)行如下步驟的加工a．在總含固率為3～30％的絲素溶液中添加交聯(lián)劑環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的添加量占絲素溶液中含固總量的1～50％；b．在20～80℃的溫度條件下干燥成膜。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔韌絲素蛋白膜，其特征在于所述的成膜交聯(lián)劑是下列環(huán)氧樹脂中的一種或幾種a．雙酚A型縮水甘油醚 式中，R為 b．雙酚F型縮水甘油醚 式中，R為 c．脂肪族縮水甘油醚 d．脂肪族環(huán)氧化合物 e．聚醚型縮水甘油醚 f．聚烯醇類縮水甘油醚 式中，R為H,CH3,C2H5,C2H4OH,C3H7，或C4H9。g．聚丙烯酸酯類環(huán)氧化合物 式中，R為H,CH3,C2H5,C2H4OH,C3H7，或C4H9。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柔韌絲素蛋白膜的制備方法，其特征在于在步驟a后，再添加占環(huán)氧樹脂重量0～2％的催化劑，所述的催化劑為NaF,NaNO3,Na2SO4,KBr,KI,NaSCN,KSCN,Na2S2O3中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用天然高分子物質(zhì)加工成的柔韌膜及其制備方法。它以蠶絲為主要原料，經(jīng)脫膠、溶解、透析、提純，再添加環(huán)氧樹脂交聯(lián)劑、催化劑攪拌均勻，經(jīng)干燥處理后加工成柔韌絲素蛋白膜。由于該膜無毒無害，生物相容性良好，且其結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，能同時(shí)具有難溶于水和優(yōu)良柔韌性的特性，所以，可用作人工皮膚材料、藥物緩釋載體等，還可作為硬腦膜、食道、心臟瓣膜、血管、韌帶、肌腱等醫(yī)療外科修復(fù)材料。
文檔編號(hào)A61F2/10GK1316465SQ0110813
公開日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2001年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月13日
發(fā)明者李明忠, 盧神州, 吳徵宇 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)