活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN201410454341.6
文献号 : CN104288836B
文献日 : 2016-04-27
发明人 : 何丹农 , 周涓 , 张彬 , 朱君
申请人 : 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
摘要 :
本发明涉及生物活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料及其制备方法，包括丝素蛋白水溶液的制备，PET的清洗和丝素蛋白基涂层修饰的PET材料制备。将PET材料浸泡在丝素水溶液或载药丝素水溶液中，置于有孔容器中，通过控制温度以及容器中孔的大小及数量来控制干燥速率，使丝素蛋白分子沉积到PET材料表面，待丝素水溶液或载药丝素水溶液中的水份完全去除，取出，即得到丝素蛋白基生物活性涂层修饰的PET材料。该制备工艺简单，生产成本低，所得的材料能用于生物材料领域，如人工血管、人工韧带修复。
权利要求 :
1.一种活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）丝素蛋白水溶液的制备：
将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60℃下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维溶解在溶剂中，得到丝素蛋白溶液，经透析、过滤制得丝素蛋白水溶液；
（2）PET的清洗：将PET材料置于75%乙醇中浸泡半小时，然后常温下超声处理10分钟，以除去PET表面粘附的杂质，然后取出多次用蒸馏水清洗以去除残留的乙醇，常温干燥得到洁净的PET材料；
（3）丝素蛋白基涂层修饰的PET材料制备：将PET材料浸泡在丝素水溶液或载药丝素水溶液中，置于有孔容器中，通过控制温度以及容器中孔的大小及数量来控制干燥速率，使丝素蛋白分子沉积到PET材料表面，待丝素水溶液或载药丝素水溶液中的水份完全去除，取出，即得到丝素蛋白基生物活性涂层修饰的PET材料；
步骤（3）所述的PET/丝素质量比为0.01%-5%；
步骤（3）所述的丝素水溶液或载药丝素水溶液的浓度为0.01-500mg/mL；
步骤（3）所述的水份挥发速率为2*10-4-50*10-4mg*mm-2*h-1。
2.根据权利要求1所述活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的溶剂为氯化钙/水/乙醇三元溶剂、或溴化锂水溶液、或硝酸钙/甲醇/水三元溶剂。
3.根据权利要求1所述活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的PET材料为PET纤维、或PET纤维编织网、或PET薄膜。
4.根据权利要求1所述活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的药物为促骨生长因子、促血管生成因子、促表皮生长因子、阿莫西林、水杨酸、盐酸普萘洛尔、肝素、阿司匹林、华法林中的一种。
5.一种活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到；其中涂层量，即涂层材料占PET材料总质量的质量分数为1%-20%；涂层在水中的溶失率为2-8%；涂层材料一周的药物释放量为20%-40%。
说明书 :
活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种PET表面生物活性涂层，具体涉及丝素蛋白基生物活性涂层修饰的PET材料及其制备方法。本方法属于生物材料领域，所制备的材料可广泛用于韧带、血管的修复。
背景技术
[0002] PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）由于其具有优异的强度及加工性能，已被广泛的用于生物材料领域，如将PET纤维编织成人工血管、人工韧带等。但其表面疏水，且缺乏生物活性，植入体内后与组织相容性不佳，不利于细胞生长以及组织生成。为了提高其表面生物活性，常使用具有生物活性的材料对其进行表面修饰，提高移植物表面生物学性能。如：为了改善PET表面的血液相容性，使其用于人工血管，H. Fasl 等(Biomacromolecules 2010, 11, 377–381)采用硫化多糖如硫化壳聚糖、肝素、硫酸葡聚糖等对其进行表面修饰，其方法主要是先用NaOH对PET进行水解处理，然后用HCl终止水解，随后清洗干燥得到水解的PET；
然后将PET浸泡在壳聚糖的醋酸溶液中，用蒸馏水多次洗涤并真空干燥，得到表面预修饰的PET，再分别将PET浸泡在硫化多糖溶液中，在一定温度及pH值下完成PET的表面修饰。Meini Liang等（Materials Science and Engineering C 2013，33， 1409–1416）采用丝素蛋白对PET表面进行了涂层，主要通过PET等离子表面处理改善其亲水性后再浸泡在丝素蛋白水溶液中，取出PET并干燥后得到丝素蛋白涂层的PET材料，以用于人工韧带。据报道，PET在进行表面修饰前常对其进行预处理，其主要方法包括：紫外照射、化学水解、酶解、等离子处理以及等离子诱导的接枝共聚。这些方法已广泛的用于PET的表面修饰中，且成为PET表面修饰成功的关键，但这些前处理过程由于对PET表面具有不同程度的侵蚀，最终影响了PET材料的力学性能。因此开发一种简单有效的能直接对PET表面进行活性涂层修饰的方法对于PET在生物材料中的应用非常重要。
然后将PET浸泡在壳聚糖的醋酸溶液中，用蒸馏水多次洗涤并真空干燥，得到表面预修饰的PET，再分别将PET浸泡在硫化多糖溶液中，在一定温度及pH值下完成PET的表面修饰。Meini Liang等（Materials Science and Engineering C 2013，33， 1409–1416）采用丝素蛋白对PET表面进行了涂层，主要通过PET等离子表面处理改善其亲水性后再浸泡在丝素蛋白水溶液中，取出PET并干燥后得到丝素蛋白涂层的PET材料，以用于人工韧带。据报道，PET在进行表面修饰前常对其进行预处理，其主要方法包括：紫外照射、化学水解、酶解、等离子处理以及等离子诱导的接枝共聚。这些方法已广泛的用于PET的表面修饰中，且成为PET表面修饰成功的关键，但这些前处理过程由于对PET表面具有不同程度的侵蚀，最终影响了PET材料的力学性能。因此开发一种简单有效的能直接对PET表面进行活性涂层修饰的方法对于PET在生物材料中的应用非常重要。
[0003] 丝素蛋白是一种从蚕丝中提取的蛋白质，具有很好的生物相容性，在生物医学材料领域被广泛的应用，如固定化酶材料、细胞培养基质、药物缓释载体、组织修复材料等等。将丝素蛋白用于PET涂层将可促进PET在生物材料领域中的应用，如可在丝素蛋白中负载促血管生成因子，以利于PET在血管植入物中的应用；在丝素蛋白中负载消炎药物，可抑制PET植入后引起的异物反应等。现有的采用丝素蛋白对PET进行表面涂层的方法中常常是将PET浸泡在丝素水溶液中一定时间后直接取出干燥，无法控制涂层的沉积速度、形貌及结构，而且表面涂层的量不易控制。丝素蛋白具有丰富的官能团，且可以通过自组装形成纳米纤维、纳米棒、纳米球等。通过控制丝素蛋白在不同温度、pH、基底、溶剂挥发速率条件下的自组装，丝素蛋白将具有不同的形貌及二级结构，从而赋予了丝素蛋白不同的性能，以满足丝素蛋白应用中的多种需求。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种PET表面丝素蛋白基生物活性涂层及其制备方法，
[0005] 一种活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006] （1）丝素蛋白水溶液的制备：
[0007] 将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60℃下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维溶解在溶剂中，得到丝素蛋白溶液，经透析、过滤制得丝素蛋白水溶液；
[0008] （2）PET的清洗：将PET材料置于75%乙醇中浸泡半小时，然后常温下超声处理10分钟，以除去PET表面粘附的杂质，然后取出多次用蒸馏水清洗以去除残留的乙醇，常温干燥得到洁净的PET材料；
[0009] （3）丝素蛋白基涂层修饰的PET材料制备：将PET材料浸泡在丝素水溶液或载药丝素水溶液中，置于有孔容器中，通过控制温度以及容器中孔的大小及数量来控制干燥速率，使丝素蛋白分子沉积到PET材料表面，待丝素水溶液或载药丝素水溶液中的水份完全去除，取出，即得到丝素蛋白基生物活性涂层修饰的PET材料。
[0010] 步骤（1）所述的的溶剂为氯化钙/水/乙醇三元溶剂、或溴化锂水溶液、或硝酸钙/甲醇/水三元溶剂。
[0011] 步骤（2）所述的的PET材料为PET纤维、或PET纤维编织网、或PET薄膜。
[0012] 步骤（3）所述的PET/丝素质量比为0.01%-5%。
[0013] 步骤（3）所述的丝素水溶液或载药丝素水溶液的浓度为0.01-500mg/mL；
[0014] 步骤（3）所述的水份挥发速率为2*10-4-50*10-4mg*mm-2*h-1。
[0015] 步骤（3）所述的药物为促骨生长因子、促血管生成因子、促表皮生长因子、阿莫西林、水杨酸、盐酸普萘洛尔、肝素、阿司匹林、华法林中的一种。
[0016] 一种活性涂层修饰的聚对苯二甲酸乙二酯材料，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到；其中涂层量，即涂层材料占PET材料总质量的质量分数为1%-20%；涂层在水中的溶失率为2-8%；涂层材料一周的药物释放量为20%-40%。
[0017] 其中，涂层量用涂层材料占PET材料总质量的质量分数表示；涂层在水中的溶失率用经涂层修饰的PET在37℃的水中浸泡24小时后的质量损失率表示；涂层材料一周的药物释放量用经涂层修饰的PET浸泡在PBS（磷酸盐缓冲溶液，pH=7.4）中一周后释放出的药物质量占负载药物总质量的百分数表示。
[0018] 本发明具有如下优点：（1）对PET不使用任何表面预处理，防止其力学性能减弱；（2）利用丝素蛋白分子自组装的优势，通过控制沉积条件，使其沉积到PET表面，涂层均匀，且与PET结合良好；（3）利用丝素蛋白的多种功能基团与药物分子间的氢键作用，实现对药物的有效负载及释放，制备出载药丝素蛋白涂层的PET材料，使PET涂层具有生物活性。本发明工艺简单，生产成本低，所得的材料能用于生物材料领域，如人工血管、人工韧带修复。
附图说明
[0019] 图1(a)(c)为实施例2所用的PET的扫描电镜照片；
[0020] 图1(b)(d)为实施例3所得到的经丝素蛋白涂层修饰后的PET的扫描电镜照片；
[0021] 图2(a)为实施例2所用的PET的红外光谱图；
[0022] 图2(b)为实施例3所得到的经丝素蛋白涂层修饰后的PET的红外光谱图。
具体实施方式
[0023] 以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
[0024] 实施例1:
[0025] 丝素蛋白水溶液的制备：将20g蚕茧放入到4L质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤干净后在60 °C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维溶解在摩尔比为1:8:2的氯化钙/水/乙醇三元溶剂中，80℃下搅拌溶解成丝素蛋白溶液，经透析、过滤除杂制得丝素蛋白水溶液。
[0026] 实施例2：
[0027] PET的清洗：将PET纤维编织网（扫描电镜照片见附图1a、c；红外光谱见附图2a）置于75%乙醇中浸泡半小时，然后常温下超声处理10分钟，以除去PET表面粘附的杂质，然后取出多次用蒸馏水清洗以去除残留的乙醇，常温干燥得到洁净的PET材料。
[0028] 实施例3：
[0029] 步骤1：将实施例1所得到的丝素水溶液进行搅拌浓缩得到质量浓度为5 mg/mL的丝素水溶液；
[0030] 步骤2：丝素蛋白涂层制备：将实施例2所得到的PET材料按PET/丝素质量比为10%浸泡在步骤1所得到的丝素水溶液中，置于60℃下，并控制水份挥发速率为10*10-4mg*mm-2*h-1，使丝素蛋白分子沉积到PET材料表面，待丝素水溶液中的水份完全去除，取出PET材料，即得到经丝素蛋白涂层修饰的PET材料（其表面涂层的扫描电镜照片见附图1b、d；其红外光谱见附图2b）；所得到的经丝素蛋白涂层修饰的PET材料，涂层量为9.5%；涂层在水中的溶失率为5%。
[0031] 实施例4：
[0032] 步骤1：将20mg阿莫西林溶解在50mL实施例3中步骤1所得到的丝素水溶液中，得到载药丝素水溶液；
[0033] 步骤2：载药丝素蛋白涂层修饰的PET制备：将实施例2所得到的PET材料按PET/载药丝素质量比为10%浸泡在步骤1所得到的载药丝素水溶液中，置于60℃下，并控制水份挥发速率为10*10-4mg*mm-2*h-1，使丝素蛋白及药物分子共同沉积到PET材料表面，待载药丝素水溶液中的水份完全去除，取出PET材料，即得到经载药丝素蛋白涂层修饰的PET材料；
[0034] 所得到的经载药丝素蛋白涂层修饰的PET材料，涂层量为9.4%；涂层在水中的溶失率为6%；涂层材料一周的药物释放量为：30%。
[0035] 实施例5：
[0036] 步骤1：将2μg促血管内皮生长因子溶解在10mL实施例3中步骤1所得到的丝素水溶液中，得到载药丝素水溶液；
[0037] 步骤2：载药丝素蛋白涂层修饰的PET制备：将实施例2所得到的PET材料按PET/载药丝素质量比为5%浸泡在步骤1所得到的载药丝素水溶液中，置于37℃下，并控制水份挥发速率为2*10-4mg*mm-2*h-1，使丝素蛋白及药物分子共同沉积到PET材料表面，待载药丝素水溶液中的水份完全去除，取出PET材料，即得到经载药丝素蛋白涂层修饰的PET材料；
[0038] 所得到的经载药丝素蛋白涂层修饰的PET材料，涂层量为4.2%；涂层在水中的溶失率为8%；涂层材料一周的药物释放量为：40%。