本發(fā)明屬于可降解骨釘及其制備技術(shù)領域，涉及一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法。

背景技術(shù)：

在醫(yī)學上，骨釘是骨修復過程中常用的骨固定器械。傳統(tǒng)的骨釘都采用由不銹鋼、鈦及其合金材料制成，這些材料具有強度高、韌性好的優(yōu)點，其缺點是待患者康復后還要進行二次手術(shù)以取出金屬骨釘，給患者帶來二次痛苦，而且在二次手術(shù)后留下的空洞也會給患者留下潛在的骨折危險。傳統(tǒng)固定斷骨的金屬材料通常都不會降解，而且同骨骼相比，金屬螺釘力學強度較大，時間長了會造成骨骼受力上的差異，造成其他地方骨骼的骨質(zhì)疏松，有些也會引起異物反應。目前國內(nèi)關(guān)于骨釘?shù)难芯看蟛糠植捎胢g、ti、zn、fe、sn等一些金屬合金材料，其中有可降解的，也有不可降解的。金屬基可降解骨釘?shù)纳锵嗳菪约肮钦T導性都不理想，同時金屬在體內(nèi)的降解給腎臟造成很大的壓力。

以可降解材料為基體的可吸收高分子骨釘能克服傳統(tǒng)骨釘材料的諸多缺陷之處，引起了廣泛關(guān)注。目前，國外已開始采用聚乳酸(pla)、聚乙交酯-丙交酯(plga)等人體可吸收材料應用于骨修復臨床，但聚乳酸(pla)等材料降解會形成些酸性產(chǎn)物，給人體組織帶來負面影響。此類材料降解時會引起酸性積累，且無骨傳導性，從而不能促進骨細胞的生長。此類材料降解速度較快，不適合主要承力骨的修復。另外，該類材料的力學性能不能完全滿足骨修復臨床需求，需要通過添加加強纖維等方式提高其力學性能。同時，也有一些人用pla增韌陶瓷基材料制備骨內(nèi)置材料，力學性能達到的同時也增加了生物相容性，但是不能完全降解。磷酸鈣骨材料具有可降解性，良好的骨傳導性，生物相容性，而且被證實作為骨修復材料的合理性，磷酸鈣骨水泥可以承受壓縮載荷，但是具有低斷裂強度、脆性、易疲勞性。

蠶絲是熟蠶結(jié)繭時分泌液凝固而成的連續(xù)長纖維，蠶絲蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，含量約占蠶絲的70％～80％，含有18種氨基酸。在不溶化處理過程中，蠶絲蛋白的結(jié)構(gòu)會發(fā)生從任意卷曲到β結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。在蠶絲蛋白發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，側(cè)鏈與側(cè)鏈間、側(cè)鏈與主鏈間以及分子與分子之間可形成大量的氫鍵結(jié)合，產(chǎn)生大量的次級交聯(lián)點，可以有效地控制蠶絲蛋白的溶解性。此外，蠶絲蛋白本身具有良好的機械性能和理化性質(zhì)，并且與人體有極好的生物相容性，蠶絲蛋白材料在人體降解之后是氨基酸和多肽，對人體無毒害作用，所以蠶絲蛋白被廣泛應用于生物醫(yī)學研究領域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中骨釘具有低斷裂強度、脆性、易疲勞性等的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白骨釘?shù)闹苽浞椒ǎ鲋苽浞椒òǎ?/p>

制備蠶絲蛋白溶液；

通過冷凍干燥工藝將所述蠶絲蛋白溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水蠶絲蛋白；

將所述無水蠶絲蛋白溶解于六氟異丙醇或者水中，獲得蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者蠶絲蛋白的水溶液；

將所述蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者蠶絲蛋白的水溶液注入模具中，通過甲醇處理和風干工藝制成蠶絲蛋白棒材；

將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。

優(yōu)選地，所述制備蠶絲蛋白溶液的方法為：

1)將蠶繭置于碳酸鈉溶液中加熱，進行脫膠，形成蠶絲；

2)將所述蠶絲置于超純水中洗滌，重復數(shù)次，進行干燥；

3)將干燥后的所述蠶絲浸沒于溴化鋰溶液中并充分混合，保溫一定時間，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液；

5)將所述蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入透析袋中，置于超純水中透析；

5)透析后，將所述透析袋中的溶液進行離心分離，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液。

優(yōu)選地，所述步驟1)中，碳酸鈉溶液的濃度為0～100g/l，蠶繭質(zhì)量和碳酸鈉溶液體積比為10：(1～100)g/l。

優(yōu)選地，所述步驟1)中，加熱方式為電爐加熱或高壓鍋加熱，加熱溫度為50～120℃，加熱壓強為0.1～1mpa，加熱時間為1s～1000h。

優(yōu)選地，所述步驟2)中，洗滌方式為攪拌洗滌或靜置浸泡，其中，攪拌洗滌的攪拌方式為機械攪拌或磁力攪拌，磁力攪拌速度為1～2000r/min；單次洗滌過程中，蠶絲和水質(zhì)量比為1：(10～1000)，時間為1s～200h，每次洗滌后取出蠶絲并擠干，洗滌重復次數(shù)為1～50次。

優(yōu)選地，所述步驟2)中，進行干燥的方式為自然風干或加熱通風干燥，其中，加熱通風干燥的加熱溫度為40～100℃，干燥時間為0.1～100h。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，溴化鋰溶液濃度為0.01～2g/ml，干燥的蠶絲質(zhì)量和溴化鋰溶液體積比為(1～100)：100g/ml。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，保溫溫度為20～100℃，保溫時間為0.1～100h。

優(yōu)選地，所述步驟4)中，透析袋規(guī)格為10～10000000da，透析方式為靜置透析或磁力攪拌透析，其中，磁力攪拌透析的攪拌速度為1～2000r/min，透析過程中換水的時間間隔為0.1～100h，每次所換超純水的體積為1ml～1000l。

優(yōu)選地，所述步驟5)中，離心分離的轉(zhuǎn)速為1～40000r/min，時間為1s～10h，離心時的溫度為-3～10℃。

優(yōu)選地，所述冷凍干燥工藝的過程包括：將所述蠶絲蛋白溶液先在-80～0℃的環(huán)境中冷凍，然后在冷凍干燥機中真空冷凍處理1～500小時，所述冷凍干燥機的真空壓強為0.001～1mbar，溫度為-80～0℃。優(yōu)選地，溶解所述無水蠶絲蛋白時，所述無水蠶絲蛋白和六氟異丙醇質(zhì)量比為2:1～1:10，溫度范圍為5℃～50℃。

優(yōu)選地，溶解所述無水蠶絲蛋白時，所述無水蠶絲蛋白和水質(zhì)量比為1:(1～10)，溫度范圍為5℃～50℃。

優(yōu)選地，所述甲醇處理的過程為：將含有蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者含有蠶絲蛋白的水溶液的模具浸沒于液態(tài)甲醇中，并每隔1～50小時更換一次甲醇溶液，換液次數(shù)包括1～50次，獲得蠶絲蛋固體；然后將所述蠶絲蛋白固體從模具中取出并繼續(xù)使用甲醇浸泡，并每隔1～50小時更換一次甲醇溶液，換液次數(shù)包括1～50次。

優(yōu)選地，所述風干工藝是在通風環(huán)境下使蠶絲蛋白中的甲醇揮發(fā)并風干，通風環(huán)境溫度為10～50℃。

本發(fā)明還公開一種蠶絲蛋白骨釘，由上述方法制備獲得。

如上所述，本發(fā)明的一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，具有以下有益效果：

1、蠶絲蛋白是一種人體親和性好、無免疫排斥反應的生物材料，在人體組織具有良好的兼容性，對人體無毒害作用。

2、通過控制蠶絲蛋白溶液制備參數(shù)、干燥固化參數(shù)，可以控制蠶絲蛋白骨釘?shù)牧W性能和降解速度，以滿足不同的臨床需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備方法的工藝流程圖。

圖2～圖6為本發(fā)明制備蠶絲蛋白骨釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)流程圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

實施例一

如圖1所示，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白基膠囊的制備方法，具體制備步驟為：

首先執(zhí)行步驟s1，制備蠶絲蛋白溶液。

制備所述蠶絲蛋白微針的具體方法為：

1)將蠶繭置于碳酸鈉溶液中加熱，進行脫膠，形成蠶絲。

作為示例，所述碳酸鈉溶液的濃度為0～100g/l，加入的蠶繭質(zhì)量和碳酸鈉溶液體積比為10：(1～100)g/l。加熱方式為電爐加熱或高壓鍋加熱，加熱溫度為50～120℃，加熱壓強為0.1～1mpa，加熱時間為1s～1000h。通過調(diào)節(jié)脫膠過程的工藝參數(shù)，可以控制蠶絲蛋白的分子量。

2)將所述蠶絲置于超純水中洗滌，重復數(shù)次，進行干燥。

作為示例，本步驟所述洗滌可以是攪拌洗滌或者靜置浸泡。其中，攪拌洗滌可以是機械攪拌或磁力攪拌。若采用磁力攪拌，則磁力攪拌速度為1r/min～2000r/min。單次洗滌過程中，蠶絲和水質(zhì)量比為1：(10～1000)，時間為1s～200h，每次洗滌后取出蠶絲并擠干，洗滌重復次數(shù)為1～50次。干燥的方式為自然風干或加熱通風干燥，其中，加熱通風干燥的加熱溫度為40～100℃，干燥時間為0.1～100h。

3)將干燥后的所述蠶絲浸沒于溴化鋰溶液中，保溫一定時間，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液。

作為示例，所述溴化鋰溶液的濃度為0.01～2g/ml，干燥的蠶絲質(zhì)量和溴化鋰溶液體積為(1～100)：100g/ml，保溫溫度為溫度為20～100℃，保溫時間為0.1～100h。

4)將所述蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入透析袋中，置于超純水中透析。

作為示例，所述透析袋規(guī)格為10～10000000da(道爾頓)，透析方式為靜置透析或磁力攪拌透析，其中，磁力攪拌透析的攪拌速度為1～2000r/min，透析過程中換所述超純水的時間間隔為0.1～100h，每次所換超純水的體積為1ml～1000l。

5)透析后，將所述透析袋中的溶液進行離心分離，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液。

作為示例，所述離心分離的轉(zhuǎn)速為1r/min～40000r/min，時間為1s～10h，離心時的溫度為-3℃～10℃。

然后制備步驟s2，通過冷凍干燥工藝將所述蠶絲蛋白溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水蠶絲蛋白。

具體為：將所述蠶絲蛋白溶液先在-80～0℃的環(huán)境中冷凍，然后在冷凍干燥機中真空冷凍處理1～500小時，所述冷凍干燥機的真空壓強為0.001～1mbar，溫度為-80～0℃。

接著執(zhí)行步驟s3，將所述無水蠶絲蛋白溶解于六氟異丙醇或者水中，獲得蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者蠶絲蛋白的水溶液。

本步驟中，若將無水蛋白溶于六氟異丙醇中，則所述無水蠶絲蛋白和六氟異丙醇質(zhì)量比為1：(1～10)，溶解的溫度范圍為5℃～50℃。

若將無水蛋白溶于水中，則溶解所述無水蠶絲蛋白時，所述無水蠶絲蛋白和水質(zhì)量比為1:(1～10)，溫度范圍為5℃～50℃。

接著執(zhí)行步驟s4，將所述蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者蠶絲蛋白的水溶液注入模具中，通過甲醇處理和風干工藝制成蠶絲蛋白棒材。

具體地，所述甲醇處理的過程為：將含有蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液或者含有蠶絲蛋白的水溶液的模具浸沒于液態(tài)甲醇中，并每隔1～50小時更換一次甲醇溶液，換液次數(shù)包括1～50次，獲得蠶絲蛋固體；然后將所述蠶絲蛋白固體從模具中取出并繼續(xù)使用甲醇浸泡，并每隔1～50小時更換一次甲醇溶液，換液次數(shù)包括1～50次。通過甲醇處理，將六氟異丙醇溶液或者水置換出來。

所述風干工藝是在通風環(huán)境下使蠶絲蛋白中的甲醇揮發(fā)并風干，通風環(huán)境溫度為10～50℃。

最后執(zhí)行步驟s5，將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。

根據(jù)具體的骨修復臨床要求，將所述蠶絲蛋白棒材切削成不同尺寸的骨釘。

實施例二

本實施例制備的是蠶絲蛋白骨釘。

如圖2～圖6所示，1為蠶絲蛋白溶液，2為無水蠶絲蛋白，3為蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液，4為蠶絲蛋白棒材，5為蠶絲蛋白骨釘體。具體的實施步驟包括：

首先執(zhí)行步驟s1：如圖2所示，制備蠶絲蛋白溶液1。

具體的，在本實施例中，首先，每份10g蠶繭剪碎置于4l濃度為2g/l的碳酸鈉溶液中，用電爐加熱沸騰并磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為200r/min，加熱時間為0.5h。

然后，將每份煮過的蠶絲置于2l超純水中攪拌洗滌捏干，重復6次，再進行干燥，攪拌速度為200r/min，攪拌時間20min，每次所換超純水的體積為2l，干燥方式為25℃、常壓(0.1mpa)下干燥。

接著，將干燥的蠶絲浸沒于濃度為0.98g/ml的溴化鋰溶液中，溴化鋰溶液的體積與干燥后蠶絲的關(guān)系為4ml:1g，在60℃保溫4h，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液。

接著，將蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入截留分子量為3500da透析袋中，置于4l超純水中透析，間隔0.5h換一次超純水，每次換水體積4l，透析總共48h。

最后，透析過的蠶絲蛋白溶液在4℃下離心分離，轉(zhuǎn)速12000r/min，離心時間30min，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液1。

然后執(zhí)行步驟s2，如圖3所示，通過冷凍干燥工藝將所述蠶絲蛋白溶液1轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水蠶絲蛋白2。

具體的，本實施例中，將獲得的蠶絲蛋白溶液1先在-20℃環(huán)境下預冷凍24小時，在-80℃溫度、0.001mbar真空環(huán)境下處理120小時獲得無水蠶絲蛋白2。

接著執(zhí)行步驟s3，如圖4所示，將所述無水蠶絲蛋白2溶解于六氟異丙醇中，獲得蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液3。

本實施例中，將獲得的無水蠶絲蛋白2按質(zhì)量比1:3溶解于六氟異丙醇(hfip)，并靜置24小時獲得濃度為25％的蠶絲蛋白六氟異丙醇溶液3。

接著執(zhí)行步驟s4，如圖5所示，將所述蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液3注入模具中，通過甲醇處理和風干工藝制成蠶絲蛋白棒材4。

本實施例中，將蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液注入特定的模具中，并置于液態(tài)甲醇中，并每隔24小時更換一次甲醇溶液，換液次數(shù)為5次獲得蠶絲蛋白固體，再將蠶絲蛋白固體從模具中取出并繼續(xù)使用甲醇浸泡，并每隔24小時更換一次甲醇溶液，更換5次，然后在通風柜中靜置60天使其風干并切削獲得蠶絲蛋白棒材4。

接著執(zhí)行步驟s5，如圖6所示，根據(jù)具體的骨修復臨床要求，將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘5。

綜上所述，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，包括如下步驟：首先制備蠶絲蛋白溶液；然后通過冷凍干燥工藝將所述蠶絲蛋白溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水蠶絲蛋白；接著將所述無水蠶絲蛋白溶解于六氟異丙醇中，獲得蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液；接著將所述蠶絲蛋白的六氟異丙醇溶液注入模具中，通過甲醇處理和風干工藝制成蠶絲蛋白棒材；再將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。通過調(diào)節(jié)分子量、固化參數(shù)，可以調(diào)節(jié)并控制蠶絲蛋白的力學性能和降解速度，以滿足不同的臨床需要。本發(fā)明提供的制備方法可以制備強度高、脆性好且與人體組織兼容性好的蠶絲蛋白骨釘。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。