[发明专利]一种丝素蛋白多孔三维材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔材料及其制备方法，特别涉及一种以丝素蛋白为原料，制备多孔三维材料的技术，所制备的材料可应用于生物医学、生物技术、组织工程等技术领域。

背景技术

生物医用材料特别是组织工程支架材料、组织修复再生材料等，要求所使用的材料不仅具有良好的生物相容性，同时必须具备合适的三维多孔结构、可控的生物降解性、一定的力学强度、以及可以释放因子或者其它相关药物的性能。

对于制备生物医用材料的方法，尤其是制备生物材料多孔支架的方法，要求：制备过程应当尽可能温和，并尽量避免毒性有机溶剂的使用，这样保护其生物相容性和可能加载药物的活性；同时，也要求有温和有效的方法来调控生物材料的结构，从而有效控制材料的降解行为以适应不同组织的正常再生。

中国是蚕丝的发源地和主要生产国。蚕丝主要由70％的丝素蛋白和25％的丝胶蛋白组成，其中的丝素蛋白具有优异的生物相容性、机械性能和可降解性，是一种非常有前途的组织工程支架材料。大量研究证明，丝素蛋白基组织工程支架能够应用于骨、皮肤、血管、神经、肝、软骨、韧带多种组织的再生。同时，丝素蛋白开始被应用于药物缓释领域，丝素蛋白薄膜或凝胶作为药物释放的载体，表现出良好的控释效果。因此，丝素蛋白有可能同时作为支架材料和药物载体，避免药物载体同支架的不相容问题。作为一种普适的生物材料，丝素蛋白在不同领域都表现出巨大的应用前景。

丝素蛋白的结晶形态主要有丝素I(Silk I)和丝素II(Silk II)两种。其中丝素II结晶是一种伸展的反平行β-折叠结构，丝素I结晶则是介于蛋白质β-折叠结构和α-螺旋结构中间的一种曲柄型结构。蚕丝纤维中丝素蛋白的结晶形态主要是丝素II结晶，从5龄蚕的绢丝腺中得到的液态丝素蛋白不做拉伸或者化学处理，在0～40℃缓慢干燥可以得到丝素I结晶。作为生物材料使用的丝素蛋白，必然涉及到这两种主要的丝素蛋白结晶结构以及非晶结构等。蚕丝纤维的降解速度比较缓慢，这是由于反平行β-折叠结构比较规整紧密。非结晶结构的丝素蛋白可溶于水，作为材料使用时需要使用交联剂来降低其水溶性，而这样作的结果有可能会降低其良好的生物相容性。而丝素I结晶作为一种结晶结构，它是不溶于水的，不需要另外添加交联剂；但因其结构比丝素II疏松，所以具有一定的生物可降解性。其生物降解速度介于非结晶结构和丝素II结晶结构的丝素蛋白之间，可以在几个月内完全降解。因此，可以通过调控两种结晶结构以及非晶结构的比例来获得所需要的材料性能

现有技术中，采用丝素蛋白制备三维多孔支架的方法有盐析法、冷冻干燥法、静电纺丝法以及相分离法等，其中，冷冻干燥法的现有技术主要有以下报道，例如：

(1)公开号为CN101502669A的中国发明专利“丝素蛋白多孔三维支架及其制备方法”中，公开了一种丝素蛋白多孔三维材料的制备方法，先将家蚕丝经脱胶、溶解、透析、浓缩后得到质量浓度为1～30％的丝素蛋白溶液，其特征在于再进行如下步骤的加工：第一步：将丝素蛋白溶液注入金属模具中，在-10～-80℃的低温条件下经1～24小时的快速冷冻，得到冷冻体；第二步：在温度为-5～-25℃的条件下将上述冷冻体低温保存2～60天，得到冷冻结晶体；第三步：对冷冻结晶体进行解冻处理，得到湿态丝素蛋白多孔三维材料，再经干燥处理，得到干态丝素蛋白多孔三维材料。

上述技术方案，采用冷冻干燥法制备三维支架，避免了有机溶剂使用，但因为没有对丝素蛋白溶液进行处理，溶液中丝素蛋白没有形成规则的纳米结构，导致冷冻干燥过程中片状结构的形成。观察其电镜图片仍可知，所得支架中仍然存在分离片状结构，且该技术方案中蛋白的结晶结构无法调控。

(2)公开号为CN1262579C的中国发明专利“丝素蛋白海绵状三维多孔材料制备方法”中，需要采用甲醇或者乙醇作为变性剂，促使丝素II结构形成，提高丝素蛋白在水中稳定性，但是，因为主要以丝素II结构为主，所以降解缓慢，并且不可调控微结构中丝素I和丝素II结构的比例。

因此，需要研究发明一种在绿色温和条件下制备丝蛋白三维支架的方法，并且可以通过调节制备工艺调控多孔支架材料的孔径尺寸，二级结构的制备方法。

发明内容

本发明目的是提供一种丝素蛋白多孔三维材料的制备方法，，克服现有技术中所得丝素蛋白多孔三维材料存在分离片状结构的缺陷，以及所得丝素蛋白多孔三维材料中丝素I和丝素II结构的比例无法调节的缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种丝素蛋白多孔三维材料的制备方法，包括以下步骤：