技術領域

本發(fā)明涉及一種絲素蛋白凝膠材料，具體涉及一種透明絲素蛋白凝膠膜，可廣泛應用于生物、醫(yī)學領域。

背景技術：

我國是蠶絲的主要生產(chǎn)國，蠶絲產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。近年來，蠶絲的研究與應用從傳統(tǒng)的紡織領域延伸到高新技術領域，如光電子與生物醫(yī)用材料，特別是作為生物醫(yī)用材料已經(jīng)取得了重要進展。絲素蛋白由蠶絲脫膠獲得，是一種無生理活性的天然結(jié)構(gòu)性蛋白，主要由三種簡單的氨基酸：甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸組成，它們占蛋白總量的85％左右。脫膠后的蠶絲具有良好的生物相容性與力學性質(zhì)，作為醫(yī)用縫合線在臨床上的應用已有數(shù)十年的歷史。

天然蠶絲為纖維狀，而生物醫(yī)用材料要求支架形狀具有多樣性與可塑性。因此，對天然絲素纖維的再生加工是拓寬其應用范圍的必要前提。通過高濃度的中性鹽對脫膠蠶絲的溶解，可以將蠶絲蛋白加工成再生長絲、納米纖維膜、絲素膜、多孔支架、水凝膠等。其中，水凝膠是再生絲素蛋白支架的重要形式之一，因其具有可塑性和氣體、低分子或高分子物質(zhì)的透過性等特點，非常適合制作皮膚敷料、人工皮膚、隱形眼鏡、藥物緩釋載體、酶固定化載體、細胞培養(yǎng)支架、面膜等。

目前，絲蛋白凝膠的制備方法包括脫膠、溶解、透析后得到絲素蛋白水溶液，然后該溶液在物理或化學外因下可發(fā)生自組裝形成絲素蛋白凝膠，期間伴隨著絲素蛋白從無定形向β-折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。然而，這種凝膠材料為白色不透明狀，內(nèi)部主要為多孔結(jié)構(gòu)，其物理機械性能很差，類似“豆腐渣”，這些性狀影響了絲素蛋白凝膠的應用前景。

因此，尋找一種新的制備再生絲素蛋白凝膠膜的方法，構(gòu)建出性狀更為優(yōu)異可控的絲素蛋白凝膠材料對絲素蛋白在生物醫(yī)用及相關領域的應用具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種不溶于水、透明、可生物降解、具有仿生納米原纖結(jié)構(gòu)、力學性能良好的再生絲素蛋白凝膠膜，可應用于皮膚敷料、防粘連膜、硬腦膜、神經(jīng)鞘管、眼角膜、藥物緩釋、化妝品等領域。

本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)本發(fā)明的目的：

一種再生絲素蛋白凝膠膜，由再生絲素蛋白纖維與水組成；以質(zhì)量計，所述凝膠膜的含水率為40～95%；所述再生絲素蛋白纖維的直徑為10～1000nm。

優(yōu)選的，所述凝膠膜的含水率為50%～85%，納米纖維直徑為50～200nm。

上述技術方案中，所述再生絲素蛋白為桑蠶絲再生絲素蛋白、柞蠶絲再生絲素蛋白、蓖麻蠶絲再生絲素蛋白、天蠶絲再生絲素蛋白中的一種或幾種。

上述再生絲素蛋白凝膠膜的方法，包括以下步驟：

（1）將蠶絲脫膠干燥后置于蠶絲溶解液中，于10～90℃下攪拌1～6h后獲得再生絲素蛋白溶液；所述蠶絲溶解液由無機鹽與甲酸溶液組成；所述再生絲素蛋白溶液中，再生絲素蛋白的質(zhì)量分數(shù)為1～50%；

（2）干燥上述再生絲素蛋白溶液，得到含鹽再生絲素蛋白膜；所述干燥條件為濕度10%～70%，溫度0℃～60℃；

（3）將步驟（2）制得的含鹽再生絲素蛋白膜置于水中浸泡1～72h，獲得所述再生絲素蛋白凝膠膜。

本發(fā)明在一定溫濕度條件下干燥再生絲素蛋白溶液，得到含鹽再生絲素蛋白膜，與常規(guī)干燥制得的膜相比，制得的凝膠膜具有顯著高的含水率、優(yōu)異的降解性能、突出的仿生納米纖維結(jié)構(gòu)，取得了意想不到的技術效果。

上述技術方案中，所述步驟（1）中的無機鹽為溴化鋰、氯化鈣、氯化鋅、氯化鎂、硫氰酸鋰、硫氰酸鈉、硫氰酸鎂、硝酸鈣中的一種或幾種。

上述技術方案中，所述步驟（1）的蠶絲溶解液中甲酸濃度為1～99wt%；無機鹽濃度為0.1～30wt%。

本發(fā)明以蠶絲或其制品（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，所述步驟（1）中的蠶絲為桑蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲、天蠶絲中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述步驟（3）中，將步驟（2）制得的含鹽再生絲素蛋白膜置于醇溶液中浸泡3～12h，再置于水中浸泡1～12h，該條件下得到的再生絲素蛋白凝膠膜具有良好的物理機械性能、仿生納米結(jié)構(gòu)、良好的降解性能，且制備過程耗時較短。

上述技術方案中，所述步驟（3）的醇溶液中，醇為甲醇、乙醇、異丙醇中的一種或幾種；醇溶液濃度為1～99wt%。

上述技術方案中，所述步驟（3）的水為流動的水。

本發(fā)明所公開的再生絲素蛋白凝膠膜透明，在380-780 nm可見光范圍內(nèi)透光率大于50%；含水率高，在水中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性：在37℃的水中，24小時再生絲素蛋白的溶失率小于5%；并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可控、具有良好細胞生物相容性、可生物降解、內(nèi)部含有大量納米原纖結(jié)構(gòu)，可應用于皮膚敷料、防粘連膜、硬腦膜、神經(jīng)鞘管、眼角膜、藥物緩釋、化妝品等領域。

由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：

（1）本發(fā)明將蠶絲在無機鹽-甲酸溶液中溶解、然后干燥成膜、最后在醇溶液或水中浸泡，即得再生絲素蛋白凝膠膜，該凝膠膜在380-780 nm可見光范圍內(nèi)透光率大于50%；在水中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，37℃熱水中24小時的溶失率小于5%。

（2）本發(fā)明利用含無機鹽的甲酸溶液溶解脫膠蠶絲而制備絲素蛋白凝膠膜，保護了天然蠶絲內(nèi)部的納米結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術相比，由此獲得的絲素蛋白凝膠膜具有獨特的仿生納米纖維結(jié)構(gòu)，纖維直徑主要為50-200nm；具有優(yōu)異的機械性能，其斷裂強度0.5-10MPa、斷裂伸長率30-200%；同時該絲素蛋白膜保持著優(yōu)異的生物相容性以及降解性能。

（3）本發(fā)明在一定溫濕度條件下干燥再生絲素蛋白溶液，得到含鹽再生絲素蛋白膜，與常規(guī)干燥制得的膜相比，制得的凝膠膜具有顯著高的含水率、優(yōu)異的降解性能、突出的仿生納米纖維結(jié)構(gòu)，取得了意想不到的技術效果。

（4）本發(fā)明公開的制備方法簡單高效，蠶絲的溶解快、溶解濃度高，并無需透析；制備的凝膠膜為透明狀、具有良好的柔韌性、可生物降解、仿細胞外基質(zhì)納米纖維結(jié)構(gòu)，適合批量化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例一獲得的再生絲素蛋白凝膠膜的照片圖；

圖2為實施例二獲得的再生絲素蛋白凝膠膜的照片與力學拉伸曲線圖；

圖3為實施例三獲得的絲素蛋白干燥膜和凝膠膜的紅外譜圖；

圖4為實施例四獲得的絲素蛋白凝膠膜的表面與斷面的掃描電鏡圖；

圖5為實施例五獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中30天的降解曲線圖；

圖6為實施例五獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中降解30天后的表面與斷面的掃描電鏡圖；

圖7為實施例六獲得的絲素蛋白凝膠膜的力學拉伸曲線圖；

圖8為實施例七獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中30天的降解曲線圖；

圖9為實施例八獲得的絲素蛋白凝膠膜的力學拉伸曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例、對比例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

實施例一

（1）天然桑蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸氫鈉溶液煮沸60min獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于8%ZnCl₂-90%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度20℃，相對濕度65%下干燥后獲得含CaCl₂絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含CaCl₂絲素蛋白膜浸入流動水中沖洗5h，即得再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為65%。

實施例二：

（1）天然柞蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠柞蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以8wt%的濃度溶于4%CaCl₂-88%甲酸中，溶解溫度為35℃，溶解時間4h獲得絲素蛋白溶液，在溫度30℃，相對濕度60%下干燥后獲得含CaCl₂絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含CaCl₂絲素蛋白膜浸入25%乙醇水溶液10h，每半小時換液一次，然后再在流動水中洗滌3h，即得到再生柞蠶絲絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為60%。

實施例三：

（1）天然桑蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.25wt%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以8wt%的濃度溶于4% MgCl₂-98%甲酸中，溶解溫度為35℃，溶解時間1h獲得絲素蛋白溶液，在溫度30℃，相對濕度40%下干燥后獲得含CaCl₂絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含MgCl₂絲素蛋白膜浸入流動水中沖洗5h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為55%。

實施例四：

（1）天然桑蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.05wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以8wt%的濃度溶于2%CaCl₂-98%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度50℃，相對濕度50%下干燥后獲得含CaCl₂絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含CaCl₂絲素蛋白膜浸入流動水中沖洗3h，溶脹后得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為45%。

實施例五：

（1）天然桑蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以8wt%的濃度溶于8%CaCl₂-80%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度30℃，相對濕度65%下干燥后獲得含CaCl₂絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含CaCl₂絲素蛋白膜浸入流動水中沖洗15h，溶脹后得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為85%。

實施例六：

（1）天然蓖麻蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸氫鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于10%LiBr-30%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間4h獲得絲素蛋白溶液，在溫度37℃，相對濕度80%下干燥后獲得含LiBr絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含LiBr 絲素蛋白膜浸入流動水中沖洗25h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為80%。

實施例七：

（1）天然桑蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于10%LiBr-60%甲酸中，溶解溫度為35℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度37℃，相對濕度60%下干燥后獲得含LiBr絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含LiBr絲素蛋白膜浸入20%甲醇水溶液中3h，每半小時換液一次，然后再在流動水中洗滌6h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為78%。

實施例八：

（1）天然天蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠桑蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以6wt%的濃度溶于4% LiSCN-90%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度60℃，相對濕度70%下干燥后獲得含LiSCN絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的LiSCN絲素蛋白膜在流動水中洗滌60h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為80%。

實施例九：

（1）天然天蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠天蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于4%LiBr-98%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，在溫度15℃，相對濕度65%下干燥后獲得含LiBr絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含LiBr絲素蛋白膜浸入流動水中洗滌3h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜，其含水率約為55%。

對比例一：

（1）天然天蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠天蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于4%LiBr-98%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，真空干燥后獲得含LiBr絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含LiBr絲素蛋白膜浸入流動水中洗滌3h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜。含水率20%；在PBS溶液中30天的降解率小于8%。

對比例二：

（1）天然天蠶絲用質(zhì)量分數(shù)0.5wt%的碳酸鈉溶液煮沸30min脫膠，重復3次后獲得脫膠天蠶絲；

（2）將步驟（1）的脫膠蠶絲以10wt%的濃度溶于4%LiBr-98%甲酸中，溶解溫度為25℃，溶解時間3h獲得絲素蛋白溶液，自然晾干后獲得含LiBr絲素蛋白膜；

（3）將步驟（2）獲得的含LiBr絲素蛋白膜浸入流動水中洗滌3h，即得到再生絲素蛋白凝膠膜。含水率13%；在PBS溶液中30天的降解率小于5%。

附圖1為實施例一獲得的絲素蛋白凝膠膜的相機照片，圖中可見本發(fā)明得到的凝膠膜具有良好的柔軟性與透明性。

附圖2為實施例二獲得的絲素蛋白凝膠膜的相機照片與力學拉伸曲線，圖中可見本發(fā)明得到的凝膠膜有一定的柔軟性，其斷裂強度達到1.6MPa，斷裂伸長率約70%。

附圖3為實施例三獲得的再生絲素蛋白凝膠膜的紅外譜圖，由圖可知該凝膠膜具有穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)。

附圖4為實施例四獲得的絲素蛋白凝膠膜的表面與斷面的掃描電鏡圖片，由圖可見該凝膠膜主要由納米纖維組成。

附圖5為實施例五獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中30天的降解曲線，由圖可見，在PBS溶液中30天的降解率大于16%，該凝膠膜在PBS溶液中有較好的降解性能。

附圖6為實施例五獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中降解30天后的表面與斷面圖片，由圖可知該凝膠膜經(jīng)降解后其內(nèi)部的納米纖維結(jié)構(gòu)更清晰可見。

附圖7為實施例六獲得的絲素蛋白凝膠膜的力學拉伸曲線圖；圖中可見本發(fā)明得到的凝膠膜有良好的柔軟性，其斷裂強度達約0.8MPa，斷裂伸長率約65%。

附圖8為實施例七獲得的絲素蛋白凝膠膜在PBS溶液中30天的降解曲線圖，由圖可見，該凝膠膜在PBS溶液中有較好的降解性能。

附圖9為實施例八獲得的絲素蛋白凝膠膜的力學拉伸曲線圖，該凝膠膜力學性能良好，其斷裂強度和伸長率分別約為7MPa和45%。

本發(fā)明制得的再生絲素蛋白膜凝膠膜為透明、含水高、力學性能優(yōu)異、二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可生物降解、內(nèi)部含有大量納米原纖結(jié)構(gòu)，具有良好細胞生物相容性。