[发明专利]一种丝素蛋白/共聚物水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水凝胶材料领域，具体涉及一种由丝素蛋白和共聚物PLA-PEG-PLA构成的水凝胶。

背景技术

在众多生物医用高分子材料中，高分子水凝胶是当今研究热点之一。高分子水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而不溶解的聚合物。由于水凝胶聚合物网络中充斥有大量的水分，使得整个材料具备了流体的性质，这与充盈有大量水溶液的机体组织及其相似，柔软、润湿的表面大大减少了材料对周围组织的刺激，使得水凝胶具有良好的生物相容性，在药物释放和人体组织工程方向拥有极大开发潜力。

现有技术中，属于研究热点并且已取得一定进展的水凝胶材料有包括胶原、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乙二醇/聚酯嵌段共聚物等，其中，胶原的力学性能较差，需要使用交联剂改善其机械性能，而通常应用的交联剂如戊二醛等都具有很高的细胞毒性，经交联剂交联以后，胶原的生物相容性会降低；壳聚糖作为支架材料，其降解速度以及与组织之间的结合能力都有待提高和优化；聚乙烯醇、聚乙二醇/聚酯嵌段共聚物等人工合成材料，虽然其可加工性好，但是其生物相容性比不上天然可降解材料，降解速度过慢，这些都是需要加以改善和研究的方面。

丝素蛋白是一种纯天然蛋白质，具有与胶原蛋白同等的体内、外生物相容性，并且可以自然降解，降解最终产物为氨基酸，非常适合用作生物材料。丝素蛋白水溶液自然放置会形成水凝胶，但其凝胶时间较长，因此，限制了它的应用。Tuna Yucel，Peggy Cebe等人通过超声波振荡的方法，能在短时间内将丝素蛋白溶液形成为水凝胶，大大提高了工作效率（参见：Tuna Yucel，Peggy Cebe et al. Biophysical. 97(2009) 2044–2050），但是此种方法只是解决了丝素凝胶过慢的问题，其细胞相容性以及形成凝胶的结构都还需要进一步研究。聚乳酸（PLA）和聚二乙醇（PEG）的共聚物PLA-PEG-PLA水溶液能在接近人体温度下产生温度敏感的溶胶-凝胶化转变，是被广泛研究的一种水凝胶材料。其合成原料聚乳酸和聚乙二醇都具有良好的生物相容性，但由于其温敏可逆物理交联的性质，决定了其形成的水凝胶机械性能较差缺陷。Christine Hiemstra, Zhiyuan Zhong等人通过合成PEG-PLA星形共聚物来改进PLA-PEG-PLA共聚物水凝胶机械性能较差的缺点（参见：Christine Hiemstra, Zhiyuan Zhong et al. Biomacromolecules 7(2006) 2790-2795），但是PLA-PEG-PLA共聚物的生物相容性还没有得到改进。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种水凝胶的制备方法，采用丝素蛋白和共聚物构成水凝胶，改善水凝胶的机械性能、生物相容性，并且使水凝胶的制备时间可控。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种丝素蛋白/共聚物水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将家蚕丝经脱胶、溶解、透析处理后形成质量分数为1～30%的丝素蛋白水溶液；按照质量比，丙交酯（LA）∶聚乙二醇（PEG）= 5∶1～1∶5，通过开环反应制备聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA）共聚物，其中聚乙二醇的重均分子量为400～10000；

(2) 将聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA）共聚物加入到丝素蛋白溶液，在35～39℃下静置至少5分钟直至形成丝素蛋白/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸共聚物水凝胶。

优选的技术方案中，步骤(1)中，丝素蛋白水溶液的质量浓度为2%～6%；制备聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA）共聚物时，按照质量比，丙交酯（LA）∶聚乙二醇（PEG）= 1∶1～3，聚乙二醇的重均分子量为400～1000。

上述技术方案中，当制备的水凝胶作为药物和生长因子缓释载体时，步骤(1)中，丝素蛋白水溶液的质量浓度为2%～4%，制备聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA）共聚物时，按照质量比，丙交酯（LA）∶聚乙二醇（PEG）= 1∶1～3，聚乙二醇的重均分子量为400～1000；步骤(2)中，共聚物与丝素蛋白的质量比在3∶1～10∶1。

上述技术方案中，当制备的水凝胶作为细胞培养支架或其他用途时，步骤(1)中，丝素蛋白水溶液的质量浓度为4%～6%,制备聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸（PLA-PEG-PLA）共聚物时，按照质量比，丙交酯（LA）∶聚乙二醇（PEG）= 0.8～1.2∶1，聚乙二醇的重均分子量为800～1200；步骤(2)中，共聚物与丝素蛋白的质量比在1～3∶1。