專利名稱：一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦 化復(fù)合纖維的制備方法。
技術(shù)背景硬組織(骨、牙)替代材料是生物醫(yī)學(xué)材料中的一大類，具有量大面廣的特點(diǎn)。美國國內(nèi)每年涉及骨置換的外科治療已超過100萬人次，而對(duì)我國這樣一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國家，潛在的巨大需求是不言而喻的。體內(nèi)骨組織是受 細(xì)胞高度調(diào)節(jié)控制生長而成的生物礦化組織，由兩大部分構(gòu)成——有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)。成年人的有機(jī)質(zhì)占30%，主要是骨膠原纖維束，它作為骨的網(wǎng)狀支架， 賦予骨的彈性和韌性；無機(jī)質(zhì)，主要是羥基磷灰石結(jié)晶，另外還包括硅、鎂、 鉀、鈉、鋅等礦質(zhì)元素)占70%，決定骨骼的硬度及剛性特征，同時(shí)，羥基磷 灰石結(jié)晶的純度對(duì)其活性起著很大的作用。隨著組織工程學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)外利 用仿生自組裝的概念，通過控制生物礦化過程，設(shè)計(jì)生物材料并將其用于骨組 織的修復(fù)取得了較大的進(jìn)步(S丄Stupp; RV. Braun, Molecular manipulation of microstmctures: Biomaterials, ceramics, and semiconductors. Science, 1997; 277: 1242-1248)。當(dāng)前，國內(nèi)外的相關(guān)模擬生物礦化及相關(guān)骨組織工程材料的研究中， 選用的蛋白質(zhì)大多為I型膠原蛋白，這是因?yàn)樘烊还侵蠭型膠原蛋白是含量最多 的有機(jī)基質(zhì)。作為天然骨的成分，膠原蛋白雖然具有一定的優(yōu)勢，但它也有自 身劣勢。首先，目前骨材料中選用的膠原蛋白的提純工藝復(fù)雜，低純度膠原則 容易引起炎癥反應(yīng)等問題；其次，目前臨床應(yīng)用較多的是哺乳動(dòng)物牛肌腱中提 取的膠原蛋白，存在著瘋牛病等牲畜疾病與人交叉感染的潛在威脅。因此，利 用膠原以外的有機(jī)基質(zhì)，如絲蛋白，作為調(diào)制生物礦化的模板，從而制備骨組 織修復(fù)材料可能是一條理想的途徑。我國是蠶絲生產(chǎn)和出口大國，蠶絲纖維產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的80%。家蠶絲 主要是由絲素和絲膠兩部分組成，通過對(duì)天然蠶絲在低濃度肥皂水中煮沸可以 去除絲膠而得到絲素。絲膠是一種球狀蛋白，易溶于水，但它是一種潛在的過 敏源，會(huì)引發(fā)Typel型過敏反應(yīng)。而絲素是天然蠶絲的主要組成部分，約占其 總質(zhì)量的70%，是一種纖維蛋白，具有良好的生物相容性。絲素由18種氨基酸 組成，其中賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸為人體必須從體外攝取的八種氨基酸。因此，絲蛋白除了應(yīng)用于紡織 面料外，還廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如手術(shù)縫合線，控制緩釋給藥，人工皮 膚等。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備 方法。本發(fā)明的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備方法，該方法 依次包括下列步驟(1) 天然蠶絲在含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸30 60分 鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在40 45 。C條件下，溶解于飽和溴化鋰水溶液，在蒸 餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 將裝有純絲蛋白溶液的透析袋浸沒于含有堿金屬離子的水溶液中12 36小時(shí)；堿金屬離子的濃度為0.5 2 mol/L;(4) 在步驟(3)的溶液中滴加含有鈣離子的水溶液，并且不斷攪拌；(5) 在歩驟(4)的溶液中滴加含有磷酸根離子的水溶液，并且不斷攪拌。 最終鈣離子與磷酸根離子的終濃度分別為0.02 0.1 mol/L和0.01 0.05 mol/L; 最終絲蛋白的質(zhì)量百分比濃度為0.1% 1%， pH為6 8;(6) 將步驟(5)的溶液攪拌5 15分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離 子水洗滌去掉多余的鹽分；(7) 將步驟(6)洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱在40 45i:下干燥，即 得納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維。步驟(2)中飽和溴化鋰水溶液的濃度為9mol/L。步驟(3)中，所述含有堿金屬離子的水溶液為氯化鉀溶液、氯化鈉溶液或 氯化鉀和氯化鈉的混合溶液。步驟(4)中，所述含有鈣離子的水溶液為氯化鈣溶液或硝酸鈣溶液。步驟(5)中，所述含有磷酸根離子的水溶液為磷酸二氫鈉溶液、磷酸氫二 鈉溶液、磷酸氫二鉀溶液或磷酸二氫鉀溶液。所述的天然蠶絲為家蠶絲、天蠶絲、蓖麻蠶絲或柞蠶絲。本發(fā)明的有益效果是通過運(yùn)用堿金屬離子對(duì)絲蛋白結(jié)構(gòu)的影響，制備納米級(jí)的絲蛋白-羥基磷灰 石礦化復(fù)合纖維，纖維直徑為20 30nm，并且相互結(jié)合成三維多孔結(jié)構(gòu)，分布比較均勻。這種微觀結(jié)構(gòu)在組織生長過程中，有利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸、代謝產(chǎn)物的排出，以保持載體內(nèi)部細(xì)胞旺盛的代謝活性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中0.5 mol/L氯化鉀溶液處理后得到的納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中2 mol/L氯化鈉溶液處理后得到的納米級(jí)絲蛋白-羥 基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中1 mol/L氯化鉀和1 mol/L氯化鈉混合溶液處理后得 到的納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。圖4為本發(fā)明對(duì)照例中無堿金屬離子溶液處理得到的絲蛋白-羥基磷灰石礦 化復(fù)合物的SEM圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明中所用的含堿金屬離子溶液為堿金屬鹽溶液，為氯化鉀溶液、氯化 鈉溶液、氯化鉀和氯化鈉的混合溶液；所用的含磷酸根離子的溶液為磷酸鹽 溶液，為磷酸二氫鈉溶液、磷酸氫二鈉溶液、磷酸氫二鉀溶液、磷酸二氫鉀 溶液；所用的含鈣離子的溶液為鈣鹽溶液，為氯化鈣溶液、硝酸鈣溶液。所 用試劑均為分析純。實(shí)施例1:(1) 將天然蓖麻蠶絲放于含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸60 分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在40 45 。C條件下，溶解于9 mol/L的飽和溴化鋰溶液， 在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 將10 mL質(zhì)量百分比濃度為0.4X的純絲蛋白溶液裝入透析袋浸沒于 100 mL濃度為0.5 mol/L的KC1溶液中36小時(shí)；(4) 取出上述溶液并盛放于燒杯中，依次緩慢滴加20 mL濃度為0.04 mol/L 的CaCl2溶液和10 mL濃度為0.04 mol/L的NaH2P04溶液，并用磁力攪拌器不 斷攪拌，使Ca^和PO^的終濃度達(dá)到0.02 mol/L和0.01 mol/L，絲蛋白的質(zhì)量 百分比濃度為0.1%;(5) 在上述溶液中邊攪拌邊緩慢滴加NaOH溶液，直至pH值達(dá)到8.0后， 繼續(xù)攪拌5分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(6) 將上述洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱，在40 45i:下干燥，得粉末狀固體。實(shí)施例2:(1) 將天然柞蠶絲放于含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸30 分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在40 45 。C條件下，溶解于9 mol/L的飽和溴化鋰溶液， 在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 將10 mL質(zhì)量百分比濃度為4.0X的純絲蛋白溶液裝入透析袋浸沒于 100 mL濃度為2 mol/L的NaCl溶液中12小時(shí)；(4) 取出上述溶液并盛放于燒杯中，依次緩慢滴加濃度為20 mL濃度為 0.2 mol/L的Ca(N03)2溶液和10 mL濃度為0.2 mol/L的&10>04溶液，并用磁 力攪拌器不斷攪拌，使Ca^和P(V-的終濃度達(dá)到0.1 mol/L和0.05 mol/L，絲蛋 白的質(zhì)量百分比濃度為1.0。％;(5) 在上述溶液中邊攪拌邊緩慢滴加NaOH溶液，直至pH值達(dá)到8.0后， 繼續(xù)攪拌15分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(6) 將上述洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱，在40 45。C下干燥，得粉末 狀固體。實(shí)施例3:(1) 將天然家蠶絲放于含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸45 分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在40 45 。C條件下，溶解于9 mol/L的飽和溴化鋰溶液， 在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 將10 mL質(zhì)量百分比濃度為1.75%的純絲蛋白溶液裝入透析袋浸沒 于100 mL濃度均為1 mol/L的KC1和NaCl的混合溶液中24小時(shí)；(4) 取出上述溶液并盛放于燒杯中，依次緩慢滴加濃度為20 mL濃度為 0.1 mol/L的Ca(N03)2溶液和10 mL濃度為0.1 mol/L的KH2P04溶液，并用磁 力攪拌器不斷攪拌，使Ca"和PO '的終濃度達(dá)到0.05 mol/L和0.025 mol/L，絲 蛋白的質(zhì)量百分比濃度為0.44%;(5) 在上述溶液中邊攪拌邊緩慢滴加NaOH溶液，直至pH值達(dá)到7.4后， 繼續(xù)攪拌10分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(6) 將上述洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱，在40 45。C下干燥，得粉末 狀固體。實(shí)施例4:(1) 將天然天蠶絲放于含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸45 分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在40~45 。C條件下，溶解于9 mol/L的飽和溴化鋰溶液， 在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 將10 mL質(zhì)量百分比濃度為2%的純絲蛋白溶液裝入透析袋浸沒于 100 mL濃度均為2 mol/L的NaCl的混合溶液中24小時(shí)；(4) 取出上述溶液并盛放于燒杯中，依次緩慢滴加濃度為20 mL濃度為 0.1 mol/L的Ca(N03)2溶液和10 mL濃度為0.1 mol/L的認(rèn)^04溶液，并用磁 力攪拌器不斷攪拌，使Ca^和PO^的終濃度達(dá)到0.05 mol/L和0.025 mol/L，絲 蛋白的質(zhì)量百分比濃度為0.5%;(5) 在上述溶液中邊攪拌邊緩慢滴加NaOH溶液，直至pH值達(dá)到7.4后， 繼續(xù)攪拌10分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(6) 將上述洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱，在40 45"C下干燥，得粉末 狀固體。對(duì)照例(1) 將天然家蠶絲放于含質(zhì)量百分比濃度為0.5% Na2C03溶液中煮沸45 分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2) 將所得絲蛋白在45 。C條件下，溶解于9 mol/L的飽和溴化鋰溶液， 在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3) 取10mL質(zhì)量百分比濃度為1.75%的純絲蛋白溶液并盛放于燒杯中， 依次緩慢滴加濃度為20 mL濃度為0.1 mol/L的CaCV溶液和10mL濃度為0.1 mol/L的Na2HP04溶液，并用磁力攪拌器不斷攪拌，使Ca^和PO,的終濃度達(dá) 到0.05 mol/L和0.025 mol/L，絲蛋白的質(zhì)量百分比濃度為0.44%;(4) 在上述溶液中邊攪拌邊緩慢滴加NaOH溶液，直至pH值達(dá)到7.4后， 繼續(xù)攪拌10分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(5) 將上述洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱，在40 45"C下干燥，得粉末 狀固體。實(shí)施例結(jié)合圖1:圖1為本發(fā)明實(shí)施例中0.5 mol/L氯化鉀溶液處理后得到的 納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。形成具有纖維形貌的復(fù)合材 料，纖維直徑為20 30 nm，并且相互結(jié)合成三維多孔結(jié)構(gòu)，分布比較均勻。實(shí)施例結(jié)合圖2:圖2為本發(fā)明實(shí)施例中2 mol/L氯化鈉溶液處理后得到的納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。形成具有纖維形貌的復(fù)合材 料，纖維直徑為20 30 nm，并且相互結(jié)合成三維多孔結(jié)構(gòu)，分布比較均勻。實(shí)施例結(jié)合圖3:圖3為本發(fā)明實(shí)施例中1 mol/L氯化鉀和1 mol/L氯化鈉混 合溶液處理后得到的納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的SEM圖。形成具 有纖維形貌的復(fù)合材料，纖維直徑為20 30nm，并且相互結(jié)合成三維多孔結(jié)構(gòu)， 分布比較均勻。對(duì)照例結(jié)合圖4:圖4為本發(fā)明對(duì)照例中無堿金屬離子溶液處理得到的絲蛋 白-羥基磷灰石礦化復(fù)合物的SEM圖。形成片狀絲蛋白-羥基磷灰石復(fù)合物，并 且相互堆積。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然， 本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從 本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于該方法依次包括下列步驟(1)天然蠶絲在含質(zhì)量百分比濃度為0.5％Na2CO3溶液中煮沸30～60分鐘，用蒸餾水充分洗滌后得去除絲膠后的絲蛋白；(2)將所得絲蛋白在40～45℃條件下，溶解于飽和溴化鋰水溶液，在蒸餾水中透析3天，得純絲蛋白溶液；(3)將裝有純絲蛋白溶液的透析袋浸沒于含有堿金屬離子的水溶液中12～36小時(shí)；堿金屬離子的濃度為0.5～2mol/L；(4)在步驟(3)的溶液中滴加含有鈣離子的水溶液，并且不斷攪拌；(5)在步驟(4)的溶液中滴加含有磷酸根離子的水溶液，并且不斷攪拌。最終鈣離子與磷酸根離子的終濃度分別為0.02～0.1mol/L和0.01～0.05mol/L；最終絲蛋白的質(zhì)量百分比濃度為0.1％～1％，pH為6～8；(6)將步驟(5)的溶液攪拌5～15分鐘，然后離心分離出沉淀，用去離子水洗滌去掉多余的鹽分；(7)將步驟(6)洗滌后的沉淀物放入真空干燥箱在40～45℃下干燥，即得納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制 備方法，其特征在于步驟(2)中飽和溴化鋰水溶液的濃度為9mol/L。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制 備方法，其特征在于步驟(3)中，所述含有堿金屬離子的水溶液為氯化鉀溶 液、氯化鈉溶液或氯化鉀和氯化鈉的混合溶液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制 備方法，其特征在于步驟(4)中，所述含有鈣離子的水溶液為氯化鈣溶液或 硝酸鈣溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制 備方法，其特征在于步驟(5)中，所述含有磷酸根離子的水溶液為磷酸二氫 鈉溶液、磷酸氫二鈉溶液、磷酸氫二鉀溶液或磷酸二氫鉀溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于所述的天然蠶絲為家蠶絲、天蠶絲、蓖麻蠶絲或柞蠶絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維的制備方法。先將天然蠶絲制成絲蛋白溶液，并裝入透析袋后浸沒于含有堿金屬離子的溶液中處理，再在處理后的絲蛋白溶液中依此滴加含有鈣離子和磷酸根離子的溶液，并且不斷攪拌，然后離心分離沉淀，用去離子水洗滌后，將沉淀物放入真空干燥箱干燥，即得納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維。本發(fā)明制備的納米級(jí)絲蛋白-羥基磷灰石礦化復(fù)合纖維直徑為20～30nm，并且相互結(jié)合成三維多孔結(jié)構(gòu)，分布比較均勻。這種微觀結(jié)構(gòu)在組織生長過程中，有利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸、代謝產(chǎn)物的排出，以保持載體內(nèi)部細(xì)胞旺盛的代謝活性。
文檔編號(hào)A61L27/46GK101327341SQ20081006341
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者姚菊明, 孔祥東, 蔡玉榮 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)