一种复合蛋白膜及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010782997.6
文献号 : CN111870740B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 王建南 , 许建梅 , 裔洪根
申请人 : 苏州大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种复合蛋白膜的制备方法,包括以下步骤:A)将蚕丝置于温水中进行预处理,再置于65~95℃的水中处理,干燥,得到初处理的蚕丝;所述温水的温度为35~60℃;
B)将所述初处理的蚕丝在中性盐溶液中处理,将得到的丝素丝胶蛋白复合溶解液再纯化,得到丝素丝胶蛋白复合溶液;所述中性盐溶液为8~10M的溴化锂水溶液,所述初处理的蚕丝与所述溴化锂水溶液的比例为1g:(20~30)ml;
C)将所述丝素丝胶蛋白复合溶液浓缩后与添加剂反应后干燥,得到复合蛋白膜;所述添加剂为水溶性的柔性链小分子和生物交联剂,或水溶性的柔性链小分子生物交联剂;
所述柔性链小分子生物交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚,所述柔性链小分子为丁二醇、己二醇、琥珀酸或己二酸,所述生物交联剂为1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺或京尼平。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述预处理的时间为1~10min。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A)中,所述置于65~95℃的水中处理的时间为1~8h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A)中,所述蚕丝与温水的比例为
1g:(40~60)ml,预处理后的蚕丝与水的比例为1g:(40~60)ml。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤A)中,所述预处理之后还包括:将预处理后的蚕丝取出后于25~30℃的水中洗净、脱水;
所述处理后干燥之前还包括:将处理后的蚕丝于25~30℃的水中清洗后脱水;所述干燥采用40~60℃的热风干燥。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤B)中,所述处理的温度为50~80℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述纯化的方法具体为:将得到的丝素丝胶蛋白复合溶解液灌注于截留分子量10~50kDa的透析袋内,置于去离子水中持续透析1~3天。
8.一种复合蛋白膜,由丝素丝胶蛋白复合溶液浓缩后与添加剂反应制备得到,所述丝素丝胶蛋白复合溶液的制备方法,包括以下步骤:A)将蚕丝置于温水中进行预处理,再置于65~95℃的水中处理,干燥,得到初处理的蚕丝;所述温水的温度为35~60℃;
B)将所述初处理的蚕丝在中性盐溶液中处理,将得到的丝素丝胶蛋白复合溶解液再纯化,得到丝素丝胶蛋白复合溶液;所述中性盐溶液为8~10M的溴化锂水溶液,所述初处理的蚕丝与所述溴化锂水溶液的比例为1g:(20~30)ml;
所述添加剂为水溶性的柔性链小分子和生物交联剂,或水溶性的柔性链小分子生物交联剂;
所述柔性链小分子生物交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚,所述柔性链小分子为丁二醇、己二醇、琥珀酸或己二酸,所述生物交联剂为1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺或京尼平。
说明书 :
一种复合蛋白膜及其制备方法
技术领域
背景技术
广、物化性质可调控、优异加工成型性等优点,如聚酯、聚四氟乙烯、聚己内酯、聚氨酯、聚乳
酸等多种合成高分子,但材料缺乏生物活性,细胞相容性较差,不降解或降解产物影响组织
微环境。天然高分子由于具有优异的生物活性在组织工程材料研究中广受青睐,如胶原、壳
聚糖、丝蛋白等已广泛用于组织工程材料的构建研究。但大多数材料的力学性能很差。
大分子由6条约390kDa的重链和6条约26kDa轻链以二硫键连接,再与另一种约25kDa的糖蛋
白/P25疏水作用结合,其中重链具有形成致密结构、高性能材料的序列结构基础。丝胶蛋白
的分子量也比较大,丝胶蛋白有9种之多,涉川明朗从组织学角度指出丝胶蛋白分外中内三
层,小松计一提出外覆丝胶蛋白由外及内存在4种,即丝胶I、丝胶II、丝胶III和丝胶IV,且
由外及内溶解性能越来越低,β构象增加。
混合物。如CN02138129.1公开了一种丝素丝胶蛋白复合组织工程支架的制备,复合材料采
用预先制备好的再生丝素蛋白与再生丝胶蛋白按比例进行混合再制备而成,其中丝素纤维
的脱胶方法采用了强碱弱酸盐溶剂,丝胶蛋白提取的是蚕茧茧丝外覆丝胶的较外层的部
分。又如CN201510353363.8公开了一种含丝素蛋白和丝胶蛋白的骨组织工程支架材料及其
制备方法,也是分步分别获得再生丝素蛋白与再生丝胶蛋白后再加以混合制备支架材料,
其中丝素蛋白的制备没有公开具体工艺条件,丝胶蛋白的获得来自于蚕茧,并经醇等有机
溶剂处理。另外,如CN201010288275.1和CN201410651322.2公开的丝素膜的制备,其中丝素
纤维的脱胶也采用了强碱弱酸盐脱胶方法。
丝素蛋白和丝胶蛋白大分子结构破坏较大,而高分子的聚合度(分子量)是决定高分子性能
的极其重要的内在因素。
发明内容
剂。
基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺或京尼平。
的丝胶蛋白部分脱除或全部脱除,丝胶蛋白的存在增加了复合膜分子链之间的氢键结合和
网络结构,提高了复合骨架的强度、柔韧性,或采用特定温度水中脱胶、丝素纤维后续脱胶
过程中丝素蛋白大分子结构得到保护,而使得再生丝素蛋白分子量高以提高复合材料的强
度;丝素纤维外层的丝胶是球状蛋白,丝胶的存在及柔性链小分子增加了复合膜分子链之
间的网络结构和相对滑移,提高了复合膜的柔韧性,而且随着丝素纤维包覆层由外及内,丝
胶蛋白的种类、结构不同,复合膜的性能也不同。另外,丝胶蛋白吸湿性好,用于角膜组织或
隐形眼镜,可以保持眼睛湿润防止干眼,丝胶含量和种类不同,保湿性能也不同。本发明通
过控制脱胶程度,得到了不同组成、力学性能和保湿性能可控的柔韧丝素丝胶蛋白复合膜,
解决了天然生物聚合物来源的组织修复材料力学等性能不足的卡脖子技术难题,且复合膜
具有原位诱导细胞快速粘附生长、促进角膜组织再生的活性,同时复合膜降解吸收。
具体实施方式
限制。
膜是由丝素丝胶复合溶液制备得到,在复合蛋白膜制备过程中,采用去离子水温和脱胶、一
步溶解法制备了大分子量高粘度丝素丝胶蛋白复合溶液,该方法可以避免丝素纤维大分子
的破坏,最终使制备的丝素丝胶蛋白复合溶液中的丝素蛋白具有较高的粘度和大分子量,
并引进柔性链段,进而由其制备得到的复合蛋白膜具有较好的强度和柔韧性。具体的,本发
明实施例公开了一种复合蛋白膜的制备方法,包括以下步骤:
剂。
或部分溶解,而丝素蛋白仍然是纤维状态,若有未溶解的丝胶,则未溶解的丝胶包裹在丝素
纤维的外表面,溶解掉的丝胶则存在于水中,呈溶液状态。所述温水的温度为35~60℃,即
所述蚕丝可在35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃的温水中进行预处理,所述蚕丝与温水的
比例为1g:(40~60)ml,更具体地,所述蚕丝与所述温水的比例为1g:42ml、1g:45ml、1g:
48ml、1g:52ml、1g:55ml、1g:58ml。所述预处理在上述恒温的温水中进行,所述预处理的时
间为1~10min,且上述预处理一直在搅拌中进行,以保证蚕丝可以初步、完全浸渍于水中。
在预处理完成后,则将预处理后的蚕丝取出后于25~30℃的去离子水中洗净、脱水。脱水后
的蚕丝则在65~95℃的水中处理,更具体地,脱水后的蚕丝可在68℃、70℃、72℃、75℃、78
℃、80℃、82℃、84℃、87℃、90℃或93℃的水中处理。本申请蚕丝先在水中预处理再在水中
处理的方式,可以在保护丝素蛋白大分子结构不被破坏的同时溶解丝胶蛋白。所述预处理
后的蚕丝与水的比例为1g:(40~60)ml,更具体地,所述预处理后的蚕丝与水的比例为1g:
42ml、1g:45ml、1g:48ml、1g:50ml、1g:52ml、1g:55ml、1g:58ml或1g:60ml。根据水的不同温
度以及时间可以调整蚕丝丝胶蛋白的脱胶率,以实现不同粘度和不同分子量丝素丝胶蛋白
复合溶液的制备;在本申请中,所述水中处理的时间优选为1~8h,以使蚕丝部分或全部脱
胶;更具体地,所述水中处理的时间为1.5h、2h、2.5h、3h、3.2h、3.6h、4.2h、4.5h、5.0h、
5.5h、6.0h、6.5h、6.8h、7.0h或7.5h。在处理之后,则将处理后的蚕丝于25~30℃的水中清
洗后脱水、干燥;所述干燥采用40~60℃的热风干燥。蚕丝经过上述处理,得到初处理的蚕
丝,该蚕丝仍然呈现纤维状态,实现了丝素蛋白大分子的保护,以利于保证丝素丝胶蛋白的
粘度。
此时的蚕丝内芯为丝素纤维,外围包裹有不同含量的丝胶。所述中性盐溶液在本申请中具
体选自溴化锂水溶液,其浓度为8~10M,所述初处理的蚕丝与所述溴化锂水溶液的比例为
1g:(20~30)ml,更具体地,所述初处理的蚕丝雨所述溴化锂水溶液的比例为1g:22ml、1g:
24ml、1g:25ml、1g:27ml或1g:29ml。所述处理的温度具体为50~80℃,更具体地,所述处理
的温度具体为52℃、57℃、62℃、65℃、67℃、68℃、72℃、75℃或78℃。
子量10~50kDa的透析袋内,置于去离子水持续透析1~3天。
于水以及组织液;所述添加剂为水溶性的柔性链小分子和生物交联剂,或水溶性的柔性链
小分子生物交联剂,更具体地,所述柔性链小分子生物交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚,所
述柔性链小分子为丁二醇、己二醇、琥珀酸或己二酸,所述生物交联剂为1‑(3‑二甲氨基丙
基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺或京尼平。上述反应完成后则经分子筛分离,导
入平皿中风干,最后于水中浸泡,恒温恒湿风干,即得到复合蛋白膜。
分别溶解后混合再用于制备复合材料的方法。重要的是,本发明从高分子的分子量这个影
响聚合物性能的根本因素出发,提供了高性能再生丝素丝胶蛋白复合材料的制备技术。温
和脱胶一步溶解法丝蛋白溶液制备过程中,采用热水法脱胶,使得丝素蛋白大分子链(尤其
是重链)在脱胶过程中不会被破坏,该复合膜中丝蛋白分子量集中在150kDa以上的高分子
量区域及一种25kDa的分子量,而报导的常规方法制备的丝素蛋白或丝素与丝胶混合后制
备的材料分子量大小呈现连续分布、主要分布在85kDa以下直至15kDa甚至更小。丝素纤维
外层的丝胶是球状蛋白,丝胶的存在及柔性链小分子增加了复合膜大分子链之间的氢键结
合和网络结构及相对滑移,提高了复合膜的柔韧性,而且随着丝素纤维包覆层由外及内,丝
胶蛋白的种类、结构不同,复合膜的性能也不同。另外,丝胶蛋白吸湿性好,用于角膜组织或
隐形眼镜,可以保持眼睛湿润防止干眼,丝胶含量和种类不同,保湿性能也不同。本发明通
过控制脱胶程度,得到了不同组成、力学性能可控的柔韧丝素丝胶蛋白复合膜,解决了天然
生物聚合物来源的组织修复材料力学等性能不足的卡脖子技术难题,且复合膜具有原位诱
导细胞快速粘附生长、促进角膜组织再生的活性及保湿性,同时复合膜易于降解吸收。
去离子将丝洗净、脱水、40~60℃的热风进行干燥;
行干燥;
小时用新的去离子水更换容器内的水,持续透析3天,得到纯化后的家蚕丝素丝胶蛋白复合
水溶液;
25℃旋转风干,取出风干的复合膜置于20±2℃的去离子水中浸渍,间隔2~3小时更换新的
去离子水,持续浸渍2天,再恒温恒湿风干得柔韧丝素丝胶复合蛋白膜。
有明显增加,但伸长和柔软性提高更显著,即膜柔韧性显著提高,也优于几乎脱尽丝胶的实
施例3。
去离子将丝洗净、脱水、40~60℃的热风进行干燥;
行干燥;
小时用新的去离子水更换容器内的水,持续透析3天,得到纯化后的家蚕丝素丝胶蛋白复合
水溶液;
25℃旋转风干,取出风干的复合膜置于20±2℃的去离子水中浸渍,间隔2~3小时更换新的
去离子水,持续浸渍2天,再恒温恒湿风干得柔韧丝素丝胶复合蛋白膜。
加,柔软性明显增加,柔韧性是显著提高的。
去离子将丝洗净、脱水、40~60℃的热风进行干燥;
行干燥;
小时用新的去离子水更换容器内的水,持续透析3天,得到纯化后的家蚕丝素丝胶蛋白复合
水溶液;
到丝素丝胶蛋白复合水溶液,并补充适量的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟
基琥珀酰亚胺冰浴反应1小时;
丝素丝胶复合蛋白膜。
增加,柔软性也明显增加,柔韧性是显著提高的。
℃的去离子水将丝充分清洗干净,脱水后用40~60℃的热风进行干燥;
离子水更换容器内的水,持续透析3天,得到纯化后的家蚕丝素蛋白水溶液;
旋转风干,取出风干的丝素蛋白膜置于20±2℃的去离子水中浸渍,间隔2~3小时更换新的
去离子水,持续浸渍2天,再风干得丝素蛋白膜;
℃的去离子水将丝充分清洗干净,脱水后用40~60℃的热风进行干燥;
离子水更换容器内的水,持续透析3天,得到纯化后的家蚕丝素蛋白水溶液。
净、脱水;
溶性的小分子生物交联剂,搅拌均匀,去除溶液中的气泡,然后倒入平整的聚苯乙烯平皿
中,25℃旋转风干,取出风干的丝素蛋白膜置于20±2℃的去离子水中浸渍,间隔2~3小时
更换新的去离子水,持续浸渍2天,再风干得丝素丝胶复合蛋白膜。
若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。