專利名稱：一種絲素蛋白水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凝膠材料的制備方法，特別涉及一種絲素蛋白水凝膠的制 備方法，所制備的材料可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、組織工程等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
絲素蛋白無毒、無刺激性，具有良好的生物相容性，能夠促進(jìn)人體細(xì)胞的 生長，具有一定的生物可降解性，通過對(duì)多種生物材料的對(duì)比研究表明，絲素 蛋白具有與膠原蛋白同等的體內(nèi)、體外生物相容性(Biomaterials, 2003， 24 (3): 401-416)，因此，絲素蛋白是制造生物醫(yī)學(xué)材料的較理想原料。凝膠是介于固體與液體之間的一種物理狀態(tài)，具有獨(dú)特的性質(zhì)，尤其是水 凝膠，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，在其中保持有大量的水份，目前被廣泛 用于人工皮膚、組織工程材料、藥物釋放、人造肌肉、生物傳感器、分離裝置、 重金屬離子回收及導(dǎo)電凝膠等方面。絲素蛋白水凝膠可由絲素蛋白溶液制得。絲素蛋白溶液在靜置下會(huì)逐漸向 凝膠化轉(zhuǎn)變，但是這個(gè)轉(zhuǎn)變的時(shí)間比較長，通常要在l個(gè)月以上。通過改變絲 素蛋白溶液的pH值可以加快凝膠化的過程。當(dāng)pH值接近于絲素蛋白的等電 點(diǎn)(pH-4左右)時(shí)，絲素蛋白容易發(fā)生膠凝作用，但也需要8天的時(shí)間才能完成 凝膠化(浙江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1999, 16 (3), 172 — 176)。此外，絲素蛋白的濃 度對(duì)于凝膠時(shí)間也有影響，絲素蛋白溶液在質(zhì)量濃度大于10。/。時(shí)比較容易形成 凝膠(食品科學(xué)，2007, 28 ( 12), 58 — 62),但是在質(zhì)量濃度小于10%時(shí)需要 很長的時(shí)間才能形成凝膠。而髙質(zhì)量濃度絲素蛋白溶液形成的凝膠含水量較 低，孔隙率也較低，在應(yīng)用時(shí)受到一定的限制。因此低質(zhì)量濃度下的絲素溶液 凝膠化時(shí)間太長制約了絲素蛋白水凝膠的使用。在本發(fā)明作出之前，中國發(fā)明專利(CN1158338)公開了一種化學(xué)交聯(lián)結(jié) 構(gòu)的海綿狀絲素蛋白凝膠材料制備方法，采用調(diào)整絲素蛋白質(zhì)水溶液的pH, 并混入環(huán)氧化合物作為交聯(lián)劑，經(jīng)冷凍，凝固成凝膠。眾所周知，環(huán)氧化合物具有一定的毒性，雖然采用水洗法去除未反應(yīng)的環(huán)氧交聯(lián)劑，但是凝膠中仍然存在殘留的環(huán)氧交聯(lián)劑，從而帶來一定的毒性并且降低絲素蛋白的生物相容性 (生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2007 , 24 (6) : 1309 1313 )。中國發(fā)明專利 (CN1172002C)公開了一種家蠶絲素固定化細(xì)胞生產(chǎn)L-天門冬氨酸的工藝，其中同樣采用了環(huán)氧化合物作為交聯(lián)劑來制備絲素蛋白水凝膠，可能會(huì)產(chǎn)生一定的細(xì)胞毒性。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種無毒性、生物相容性好， 且工作效率髙的絲素蛋白水凝膠的制備方法。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種絲素蛋白水 凝膠的制備方法，將家蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析后得到絲素蛋白溶液，再在0 6ox:的溫度條件下進(jìn)行超聲波振蕩處理，靜置形成絲素蛋白水凝膠。所述的絲素蛋白溶液的質(zhì)量濃度為1 30%;所述的超聲波振蕩處理，其 超聲波功率為10 2000瓦特，處理時(shí)間為30 600秒。其中，所述的靜置時(shí)間以形成水凝膠為宜，通常為幾分鐘至幾小時(shí)， 一般 不超過6小時(shí)。本發(fā)明采用超聲波振蕩的方法，在較短的時(shí)間(幾分鐘至幾小時(shí))內(nèi)將絲 素蛋白溶液轉(zhuǎn)變成為水凝膠狀態(tài)，其原理是絲素蛋白分子在水溶液中主要以 無規(guī)巻曲結(jié)構(gòu)存在，由于絲素蛋白的水化作用，分子間的纏結(jié)較少，分子能夠 自由運(yùn)動(dòng)。在超聲波作用下，絲素蛋白分子受到很強(qiáng)的作用力，分子發(fā)生強(qiáng)烈 的相互碰撞，水化層被碰撞破壞，絲素蛋白分子相互靠近形成氫鍵交聯(lián)， 一部分絲素蛋白分子鏈形成了規(guī)整的e —折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)。隨著超聲波作用的時(shí)間延長，發(fā)生交聯(lián)的分子逐漸增加，e—折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)也逐漸增加，最終形成水凝 膠。在水凝膠的過程中，絲素蛋白形成穩(wěn)定地e—折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此，絲素 蛋白水凝膠具有一定的強(qiáng)度。本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)(1)在短時(shí)間內(nèi)形成絲素蛋白水凝膠，時(shí)間可以短至幾分鐘，大大增加 制備絲素蛋白水凝膠的工作效率。4(2)本發(fā)明采用超聲波振蕩凝膠法制備絲素蛋白水凝膠，不需要添加任 何化學(xué)交聯(lián)劑，不會(huì)引起絲素蛋白生物相容性的降低，因此，本發(fā)明制備得到 的絲素蛋白水凝膠生物相容性良好，可以用于人工皮膚，人工軟骨，細(xì)胞培養(yǎng) 支架，生物反應(yīng)器，酶固定化材料等生物醫(yī)用方面。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例1:本實(shí)施例提供的絲素蛋白水凝膠制備步驟如下1. 將40克白廠絲放入4升質(zhì)量濃度為0.05%的碳酸鈉水溶液中，于98 100C處理0.5小時(shí)，然后洗滌，再次放入4升質(zhì)量濃度為0.05%的碳酸鈉水溶 液中，于98 100"C處理0.5小時(shí)，重復(fù)3次，使蠶絲脫膠，充分洗滌干燥后 得到純絲素纖維。將純絲素纖維加入300毫升9.3摩爾/升的溴化鋰水溶液，在 65士2'C攪拌溶解成絲素蛋白混合溶液；2. 將所得的絲素蛋白混合溶液裝入透析袋中，用去離子水透析3天，去除 溴化鋰等雜質(zhì)，得到純的絲素蛋白溶液；3. 調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度為2%;4. 在20C的室溫條件下，將絲素蛋白溶液倒入玻璃燒杯中，用超聲波振蕩 200秒，超聲波功率為600瓦特；5. 將上述絲素蛋白溶液倒入模具中，室溫下放置l小時(shí)，得到絲素蛋白水 凝膠。實(shí)施例2 :將40克生絲放入5升質(zhì)量濃度為0.2%的碳酸鈉水溶液中，于98 100C 處理2小時(shí)，使蠶絲脫膠，充分洗滌干燥后得到純絲素纖維。將純絲素纖維置 于300毫升濃度為9.3摩爾/升的溴化鋰水溶液中，在65±2^的溫度下攪拌溶解 成絲素蛋白混合溶液將所得的絲素蛋白混合溶液裝入透析袋中，用去離子水透析3天，去除溴 化鋰等雜質(zhì)，得到純的絲素蛋白溶液調(diào)節(jié)上述絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度至4%;
在37C下，將絲素蛋白溶液倒入燒杯中，用超聲波振蕩處理400秒，超聲 波功率為400瓦特；
將超聲波振蕩處理過的絲素蛋白溶液倒入模具中，室溫放置5分鐘后得到 絲素蛋白水凝膠。
實(shí)施例3 :
將100克廢蠶絲放入4升質(zhì)量濃度為0.05%的中性皂水溶液中，于98 IOO"處理0.5小時(shí)脫膠，重復(fù)處理3次，充分洗滌后得到純絲素纖維。將晾干 后的純絲素纖維用IOO毫升摩爾比為1:8:2的氯化鈣、水、乙醇溶液，在75±5C 下加熱溶解得到絲素蛋白混合溶液；
用纖維素膜為透析材料，將所得的絲素蛋白混合溶液用去離子水透析3天， 得到純的絲素蛋白溶液；
調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度為6%;
在冰水浴OC下，絲素蛋白溶液倒入燒杯中，用超聲波振蕩處理400秒， 超聲波功率為400瓦特；
將超聲波振蕩處理過的絲素蛋白溶液倒入模具中，在37'C的溫度下放置 40分鐘，形成絲素蛋白水凝膠。
實(shí)施例4 :
將200克繭殼放入20升質(zhì)量濃度為0.3%的碳酸鈉水溶液中，于98 100X: 處理2小時(shí)，使繭殼脫膠，充分洗滌后得到純絲素(即絲素蛋白)。將晾干后 的純絲素，用100亳升9.3摩爾/升的溴化鋰水溶液，在65士2X:攪拌溶解成絲素 蛋白混合溶液；
將所得的絲素蛋白混合溶液用去離子水透析，去除溴化鋰等雜質(zhì)，得到純 的絲素蛋白溶液；
調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度為8%。
將絲素蛋白溶液注入鋁盒中，在40"C下用超聲波振蕩100秒，超聲波功率 為200瓦特；將超聲波振蕩處理過的絲素蛋白溶液倒入模具中，在40C的溫度下放置半 小時(shí)后得到絲素蛋白水凝膠。
實(shí)施例5 :
將40克白廠絲放入4升質(zhì)量濃度為0.05%的碳酸鈉水溶液中，于98 100" 處理0.5小時(shí)，然后洗滌，再次放入4升質(zhì)量濃度為0.05%的碳酸鈉水溶液中， 于98 100"處理0.5小時(shí)，重復(fù)3次，使蠶絲脫膠，充分洗滌干燥后得到純絲 素纖維。將純絲素纖維放入300毫升濃度為9.3摩爾/升的溴化鋰水溶液中，在 65士2'C的溫度條件下攪拌，溶解成絲素蛋白混合溶液；
將所得的絲素蛋白混合溶液裝入透析袋中，用去離子水透析3天，去除溴 化鋰等雜質(zhì)，得到純的絲素蛋白溶液；
調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度為10%。
在室溫20C下，將上述絲素蛋白溶液倒入燒杯中，用超聲波振蕩100秒， 超聲波功率為300瓦特。
將超聲波振蕩處理過的絲素蛋白溶液倒入模具中，室溫條件下放置10分鐘 形成絲素蛋白水凝膠。
實(shí)施例6 :
將200克繭殼放入20升質(zhì)量濃度為0.3%的碳酸鈉水溶液中，于98 100X: 處理2小時(shí)，使繭殼脫膠，充分洗滌后得到純絲素(即絲素蛋白)。將晾干后 的純絲素，用100毫升9.3摩爾/升的溴化鋰水溶液，在65±210攪拌溶解成絲素 蛋白混合溶液
將所得的絲素蛋白混合溶液用去離子水透析，去除溴化鋰等雜質(zhì)，得到純 的絲素蛋白溶液；
濃縮絲素蛋白溶液質(zhì)量濃度到16%。
將絲素蛋白溶液注入鋁盒中，在40X:下用功率為400瓦特的超聲波振蕩處 理90秒；
將超聲波振蕩處理過的絲素蛋白溶液倒入模具中，室溫下放置5分鐘后形 成絲素蛋白水凝膠。
權(quán)利要求
1. 一種絲素蛋白水凝膠的制備方法，家蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析處理后得到絲素蛋白溶液，其特征在于將上述絲素蛋白溶液在0～60℃的溫度條件下進(jìn)行超聲波振蕩處理，靜置，得到絲素蛋白水凝膠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的絲素蛋白水凝膠的制備方法，其特征在于所述 的絲素蛋白溶液的質(zhì)量濃度為1 30%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絲素蛋白水凝膠的制備方法，其特征在于所述 的超聲波振蕩處理，其超聲波功率為10 2000瓦特，處理時(shí)間為30 600秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絲素蛋白水凝膠的制備方法，其特征在于所述 的靜置時(shí)間《6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種絲素蛋白水凝膠的制備方法。將家蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析處理后得到的質(zhì)量濃度為1～30％的絲素蛋白溶液，在0～60℃的溫度條件下進(jìn)行超聲波振蕩處理，超聲波功率為10～2000瓦特，處理時(shí)間為30～600秒，再靜置0～6小時(shí)，得到絲素蛋白水凝膠。采用超聲波振蕩處理的方法，不需要添加任何化學(xué)交聯(lián)劑，能在短時(shí)間內(nèi)將絲素蛋白溶液形成為水凝膠，大大提高了工作效率，同時(shí)，得到的絲素蛋白水凝膠生物相容性好，可應(yīng)用于人工皮膚，人工軟骨，細(xì)胞培養(yǎng)支架，生物反應(yīng)器，酶固定化材料等生物醫(yī)用方面。
文檔編號(hào)C12N11/02GK101502670SQ200910025440
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者盧神州, 李明忠 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)