[发明专利]一种生物医学工程用角蛋白材料的制备方法

说明书

发明领域：

本发明是生物医学工程领域使用的角蛋白材料的制备。用于在制造各种植入性材料、创面覆盖材料、组织工程学框架材料、修复神经缺损、修复肌腱、韧带缺损、软组织填充材料。

背景技术：

人头发是人体唯一可以体外大量获得的人源蛋白质，其物理性质具有很强的机械性能：即韧性、弹性和抗拉伸性，其优越的物理性能显示出了在生物工程材料科学领域中发展的潜在能力。再则，由于取材容易，对供体无损伤，可反复取材。早在上个世纪60年代头发作为生物学材料引起了学者们的注意(United States Patent 2993794 Process for preparing keratin protein)。

人发的结构和成分毛发来自于角化上皮组织，是皮肤细胞特化形式。从横断面来看，人发由外到内可分为表皮层、皮质层和髓质层三层。表皮层是由许多细小的鳞片(又称毛鳞片)重叠而成，属于保护层；皮质层被毛小皮覆盖，由成束的角蛋白构成，是头发最主要的部分，决定头发的弹性、强度与屈曲性；毛髓质则是头发的中心部分。人类毛发主要成分为含硫较多的角质蛋白，其肽链间存在着广泛而紧密的交联，二硫键、氢键、盐式键、酯键、范德华引力等横向连呈现高度的空间稳定性。其性质稳定，对理、化因素的影响有着高度的抵抗力。

在上个世纪很难获得可溶性的生物工程用的角蛋白材料。又由于一种临床现象：“向内生长的毛发会导致皮肤的局部炎症反应，有时甚至形成脓肿”。长期以来使人们误认为头发为抗原成分。上述两个原因一直阻碍头发作为生物工程学材料的发展。然而，科学家们从来没有停止对头发作为生物学材料探索的步伐。第一，在临床上证明自身毛发因意外埋藏于软组织内多年，软组织周围并未出现瘢痕组织；1996年，阎瑞常和肖霞将人发与丝线、尼龙线和无损伤线进行对照。用于缝合动物伤口，结果发现人发组的愈合最好，头发与人体组织有好的相容性被普遍证实了。第二，可溶性人发角蛋白的获取得到了较大的进展，中国专利02155326.9公开了“一种角蛋白溶液和固体制备技术”和美国专利5932552。Keratin-based hydrogel for biomedical applications and method of production。第三，角蛋白还具有神奇的分子间自我重组功能，能够自发形成三维立体网状结构.这种分子间自我重组是从纳米级构建成微米级结构，终形成一种均匀、多孔的复杂结构体。在上述实践和理论的基础上，近年来有了许多人发角蛋白材料的生物工程专利，包括United States Patent 5358935，Nonantigenic keratinous protein material；United States Patent 6165496，Keratin-based sheet material for biomedical applications and method of production；United States Patent 6432435，Keratin-based tissue engineering scaffold；United States Patent 7297342，Orthopaedic materials derived from keratin。在专利的基础上，美国KERAPLAST公司和新西兰KERATEC公司三种角蛋白创面覆盖材料Keradenn，Kerafoam和Keragel已经获得注册、并允许上市。除此之外，近年的研究发现人角蛋白在人体组织损伤修复工程中，特别是神经损伤和皮肤组织再生中发挥作用。在神经导向修复，细胞生长支架均显示了良好的应用前景。

多年来，建立了多种获取溶解角蛋白方法：具体的有氧化法、还原法、酸性法、碱性法以及铜胺溶液法等。其原理均是利用含不同功能的试剂组成混合溶剂来破坏蛋白质肽链间的二硫键、氢键的相互作用，从而制成不同浓度、不同分子量分布的角蛋白溶液。随着角蛋白生物材料的研究的深入，以及对其性能需求的提高暴露了角蛋白传统生产工艺的问题：其一使用的强酸、强碱，强还原、强氧化法试剂组靶向性不好，除了破坏了蛋白的二硫键和氢键外对蛋白的一级结构肽键破坏严重，所获再生蛋白分子量较低，而再生角蛋白的分子量大小与其材料强度成正比。其二传统技术利用了大量无机酸和还原剂等环境不友好型试剂，生产工艺复杂，环境后续处理有大量问题。(中国专利10011389.6一种角蛋白溶液的制备方法)，在纺织行业采用了离子液体法获取羊毛角蛋白，克服了上述存在问题。

离子液体解离角蛋白方法的优势在于：