專利名稱：一種組織工程支架用纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程材料領(lǐng)域，特別涉及一種組織工程支架用纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
蠶絲由約75％的絲素和25％絲膠所組成，是相當(dāng)純的天然蛋白纖維，對(duì)人體無毒性、無刺激作用，絲素的氨基酸組成與人體膠原蛋白有一定的相似性，具有良好的生物相容性，是制備生物醫(yī)用制品的較為理想的原料。但經(jīng)研究證明，由于天然蠶絲結(jié)晶度較高，結(jié)晶區(qū)中蠶絲大分子內(nèi)部氫鍵等結(jié)合力較強(qiáng)，空間結(jié)構(gòu)緊密，因此，一般的蠶絲制品難以被生物降解，這就使得天然絲素在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是用作為組織工程材料的應(yīng)用，受到了極大的限制。
在本發(fā)明做出之前，國(guó)際上較多采用的技術(shù)是用聚乳酸等人工材料作為組織工程用支架，由于這些材料在體內(nèi)降解過程中易產(chǎn)生局部酸性物質(zhì)堆積，不利于細(xì)胞的附著、分裂、增殖，且價(jià)格昂貴。在國(guó)內(nèi)，公開號(hào)為CN1059129C的發(fā)明專利“一種創(chuàng)面保護(hù)膜及其制備方法”中，公開了一種以蠶絲為原料，經(jīng)脫膠、溶解等工序后，干燥成膜的方法；公開號(hào)為CN1260363A的發(fā)明專利“一種多孔絲素膜及其制備方法”中，公開了一種用冷凍干燥法制備多孔絲素膜的方法，以上技術(shù)所提供的絲素蛋白材料都為膜狀，僅可用作創(chuàng)面覆蓋及人工皮膚，難以構(gòu)成組織工程用三維復(fù)雜支架。目前，利用天然絲素蛋白纖維制備生物可降解的組織工程支架材料，尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種與人體具有良好的組織相容性，并且生物可降解的組織工程支架用纖維及其制備方法。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是制備一種組織工程支架用纖維，它以家蠶絲或其制品為主要原料加工而成，所述的組織工程支架用纖維為長(zhǎng)絲狀結(jié)構(gòu)，其中蠶絲絲素含量為50％～100％；結(jié)晶度為1％～40％，纖度為1～40dtex，拉伸斷裂強(qiáng)度大于0.5cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為1～30％。
為了達(dá)到上述組織工程支架用纖維的各項(xiàng)技術(shù)性能，本發(fā)明采用的制備方法是先將蠶絲脫膠，得到純蠶絲絲素，再進(jìn)行如下步驟的加工a.將純蠶絲絲素溶解，提純后制得蠶絲濃度在10％～40％的紡絲原液；b.用濃度為50～99％的有機(jī)溶劑或濃度為20～60％的高吸水性鹽類制備成凝固液，將紡絲原液在凝固浴中紡絲，清洗后得到初生絲素纖維；c.用濃度為30～90％的有機(jī)溶劑或濃度為10～50％的高吸水性鹽類制備成牽伸液，將初生絲素纖維在牽伸浴中進(jìn)行一次或一次以上的牽伸，其牽伸速度為2～120米/分，牽伸倍率為0.1～20倍，牽伸溫度為50～120℃，結(jié)晶度為0％～40％，從而得到生物可降解組織工程支架用再生絲素纖維。
上述技術(shù)方案中，所述的純蠶絲絲素溶解工藝，其溶劑為60～85％的磷酸，溶解溫度為20～40℃，溶解時(shí)間為0.5～72小時(shí)；純蠶絲絲素溶解工藝還可為溶劑按重量比為溴化鋰35～50％、乙醇45～55％、水5～10％的比例配制成的三元溶液，溶解溫度為60～90℃，溶解時(shí)間為3～5小時(shí)。
所述的凝固液、牽伸液中的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇中的一種；高吸水性鹽類為醋酸銨、醋酸納、硫酸銨、硫酸鈉中的一種。
所述的紡絲工藝條件，是將紡絲原液在溫度為20～50℃的凝固浴中紡絲，氮?dú)鈮毫?.1MPa～0.5Mpa，紡絲板孔徑為0.2～0.8mm，紡絲速度為1～28米/分。
本發(fā)明由于以蠶絲為主要原料，因此，制得的再生絲素蛋白纖維具有天然絲素蛋白質(zhì)與人體生物相容性好的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，由于在在紡絲過程中控制再生絲素蛋白纖維的結(jié)晶度、取向度等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使再生絲素蛋白纖維生物可降解，成為組織工程支架用理想的纖維材料。


附圖1是本發(fā)明實(shí)施例紡絲方法流程及裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡明。
實(shí)施例一先將0.6公斤下腳生絲(繅絲廠蠶繭繅絲中的副產(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，脫盡絲素外圍的絲膠，得到純蠶絲絲素。
待自然晾干后的純蠶絲絲素，用1.5升濃度為80％的磷酸，在30℃的溫度條件下溶解2小時(shí)，經(jīng)過濾提純、超聲波消泡1小時(shí)后制成紡絲原液；參見附圖1，在0.4MPa氮?dú)庾饔孟?，用一個(gè)孔徑為0.5mm的紡絲孔，在25℃的溫度條件下，以每分鐘2克的速度噴出絲素蛋白紡絲原液，進(jìn)入濃度為25％硫酸銨凝固液中，凝固浴的溫度為30℃，紡絲凝固成初生絲素蛋白纖維。將經(jīng)水洗后的初生絲素蛋白纖維浸入第一牽伸浴，牽伸率為1.0倍；再浸入第二牽伸浴，牽伸率為2.0倍。第一、二次牽伸的牽伸液均為濃度60％的甲醇，牽伸溫度為80℃。
最后，以每分鐘90米的速度卷取，制成組織工程支架用再生絲素蛋白纖維，其絲素含量為100％，經(jīng)X射線衍射測(cè)定，其結(jié)晶度為3％。纖維長(zhǎng)度1米以上，纖度1dtex，拉伸斷裂強(qiáng)度0.5CN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為2％。
實(shí)施例二將1公斤繭層放入20升濃度為0.5％的中性皂溶液中，煮沸2小時(shí)，脫盡絲素外圍的絲膠，熱水充分洗滌后得到純蠶絲絲素。
把干燥后的純蠶絲絲素，用1.5升重量比為44∶50∶6的溴化鋰、乙醇、水的三元溶液，在75℃的溫度條件下攪拌4小時(shí)，溶解成絲素混合溶液，經(jīng)過濾提純，超聲波消泡1.5小時(shí)后制成紡絲原液。
如附圖1所示，在0.3MPa氮?dú)庾饔孟?，用孔徑?.5mm的紡絲孔2個(gè)，在30℃溫度條件下，以每分鐘3克的速度噴出絲素蛋白紡絲原液，進(jìn)入20℃甲醇濃度為60％的凝固液中，凝固成初生絲素蛋白纖維。
經(jīng)水洗后浸入第一牽伸浴，牽伸液為15％的醋酸銨溶液，溫度為70℃，牽伸率1.5倍以上；再浸入第二牽伸浴，牽伸溫度為80℃，牽伸液為10％的醋酸銨溶液，牽伸率2.0倍以上。
最后以每分鐘90米的速度卷取，制成絲素含量為95％、結(jié)晶度為6％的組織工程支架用再生絲素蛋白纖維。
本發(fā)明提供的組織工程支架用絲素蛋白纖維，保留了天然絲素的蛋白質(zhì)組份，具有良好的生物相容性，且成本低廉。特別是它的生物可降解性及通過后道加工制成組織工程用三維支架的可塑性，可望用作代替高成本的進(jìn)口聚乳酸等生物可降解的組織工程材料，用作人工皮膚，肌腱、血管、軟骨、韌帶、食道、硬腦膜等組織工程用支架材料或外科修復(fù)材料。
權(quán)利要求
1.一種組織工程支架用纖維，其特征在于它以家蠶絲或其制品為主要原料加工而成，所述的組織工程支架用纖維為長(zhǎng)絲狀結(jié)構(gòu)，其中蠶絲絲素含量為50％～100％；結(jié)晶度為1％～40％，纖度為1～40dtex，拉伸斷裂強(qiáng)度大于0.5cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為1～30％。
2.一種制備組織工程支架用纖維的方法，先將蠶絲脫膠，得到純蠶絲絲素，其特征在于再進(jìn)行如下步驟的加工a.將純蠶絲絲素溶解，提純后制得蠶絲濃度在10％～40％的紡絲原液；b.用濃度為50～99％的有機(jī)溶劑或濃度為20～60％的高吸水性鹽類制備成凝固液，將紡絲原液在凝固浴中紡絲，清洗后得到初生絲素纖維；c.用濃度為30～90％的有機(jī)溶劑或濃度為10～50％的高吸水性鹽類制備成牽伸液，將初生絲素纖維在牽伸浴中進(jìn)行一次或一次以上的牽伸，其牽伸速度為2～120米/分，牽伸倍率為0.1～20倍，牽伸溫度為50～120℃，結(jié)晶度為0％～40％，從而得到生物可降解組織工程支架用再生絲素纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備組織工程支架用纖維的方法，其特征在于所述的純蠶絲絲素溶解工藝，溶劑為60～85％的磷酸，在20～40℃的溫度條件下溶解0.5～72小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備組織工程支架用纖維的方法，其特征在于所述的絲素溶解工藝，溶劑為按比重溴化鋰35～50％、乙醇45～55％、水5～10％的比例配制成的三元溶液，在60～90℃的溫度條件下溶解3～5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備組織工程支架用纖維的方法，其特征在于所述的凝固液、牽伸液中的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇中的一種；高吸水性鹽類為醋酸銨、醋酸納、硫酸銨、硫酸鈉中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備組織工程支架用纖維的方法，其特征在于所述的紡絲工藝條件，是將紡絲原液在溫度為20～50℃的凝固浴中紡絲，氮?dú)鈮毫?.1MPa～0.5Mpa，紡絲板孔徑為0.2～0.8mm，紡絲速度為1～28米/分。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程材料領(lǐng)域,特別涉及一種組織工程支架用纖維及其制備方法。它是以天然蠶絲為主要原料,經(jīng)脫膠、溶解、提純后得到絲素蛋白溶液,采用濕法紡絲法,控制其結(jié)晶度小于40%,紡制成生物可降解的組織工程支架用纖維。由于該材料無毒無害,生物相容性良好,具有難溶于水,且有一定強(qiáng)力、伸長(zhǎng)、彈性等物理性能,可用作人工皮膚、肌腱、軟骨、硬腦膜等組織工程用支架材料或外科修復(fù)材料。
文檔編號(hào)A61L27/00GK1372023SQ0211279
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月21日
發(fā)明者左葆齊, 吳徵宇, 李明忠, 戴禮興, 朱美男 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)