[发明专利]一种通过生物矿化提高丝蛋白膜力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丝蛋白膜的生物矿化方法，尤其是涉及一种显著提高丝蛋白膜力学性能的生物矿化方法，属于材料的加工方法。

背景技术

羟基磷灰石具有良好的生物相容性，是构成人体骨骼和牙齿的主要无机成分。全世界每年因外伤、疾病、遗传等各种因素造成的骨缺损患者多达数千万人。模拟天然骨骼主要成分，通过矿物质和材料相结合制备的生物支架，使得骨修复成为一种可能。将天然高分子材料通过矿化的方法，能够制备出与天然骨成分在物化性质上相近的支架材料，这也是是生物支架材料制备中常用的方法。

家蚕丝蛋白、野蚕丝蛋白(柞蚕丝和天蚕丝等)和蜘蛛丝等丝蛋白纤维是天然的高分子。丝蛋白纤维具有良好的生物相容性和机械强度，是一种可降解的生物高分子材料，其降解产物对细胞或者机体无毒副作用，也很少产生免疫排斥或者炎症反应，利用丝蛋白的这些优点，可将丝蛋白加工成多孔支架或者膜材料，然后进行生物矿化，用于科学研究和临床应用。然而普通的矿化方法(物理或者化学矿化)使得丝蛋白膜的力学性能显著降低，而且普遍存在矿化不完全，容易生成除羟基磷灰石以外的杂物，因此不能满足科学研究与生产的需要。如公开日为2012年07月04日，公开号为CN102532573A的中国专利中，公开了一种丝胶蛋白/羟基磷灰石复合膜的快速成型方法，该方法是对丝胶蛋白/羟基磷灰石复合膜进行快速成型，但容易生成羟基磷灰石的副产物。

综上所述，目前还没有一种工序简单，操作容易，矿化物纯净，又能提高丝蛋白膜力学性能的仿生矿化方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，利用仿生矿化方法，通过丝蛋白肽链中的某些功能基团(如羧基)来诱导羟基磷灰石在丝蛋白膜表面的成核，快速地使羟基磷灰石沉积在丝蛋白膜表面。在该矿化体系中，羟基磷灰石提供强有力的刚性，而丝蛋白膜提供较大的延展性，使得羟基磷灰石与丝蛋白膜两者优势互补，发明出一种显著提高丝蛋白膜力学性能的新型矿化方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是如下：

一种通过生物矿化提高丝蛋白膜力学性能的方法，具体包括如下步骤：

(1)将丝蛋白水溶液或者丝蛋白粉溶解在六氟丙酮、六氟异丙醇、甲酸等有机溶剂中，得到丝蛋白溶液，再将丝蛋白水溶液或者丝蛋白溶液滴加到塑料板上，干燥后得到丝蛋白膜；

(2)将步骤(1)中的丝蛋白膜进行后处理，得到不溶性的丝蛋白膜；

(3)将步骤(2)中的丝蛋白膜浸渍于pH值为6.0-8.0的CaCl₂水溶液中浸泡半小时，得到预矿化的柞蚕丝蛋白膜；

(4)将一定量纳米羟基磷灰石粉末加入到40mL去离子水中，再加入0.64mL浓度为0.1摩尔每升的HCl，超声10分钟，使其形成均一的乳白色悬浊液，为羟基磷灰石工作液；

(5)将步骤(4)中的羟基磷灰石工作液，加入3gNaCl和200mL去离子水，持续搅拌均匀，得到羟基磷灰石矿化液，将步骤(3)中的预矿化的丝蛋白膜放入羟基磷灰石矿化液中搅拌并缓慢将pH调至7.4；

(6)持续搅拌0.1-48h，温度控制在4-100度，使得丝蛋白膜表面逐渐沉积羟基磷灰石晶体，得到矿化的丝蛋白膜；

(7)力学性能测试表明矿化的丝蛋白膜力学性能显著提高，红外光谱和X-射线衍射结果表明得到的矿化沉积物为单一的羟基磷灰石晶体。细胞实验表明人MSC细胞和MG-63细胞能够在矿化的丝蛋白膜上粘附与增殖，具有良好的生物相容性。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(1)中丝蛋白种类是家蚕丝素、丝胶蛋白、丝腺蛋白、野蚕丝素、丝胶蛋白、蜘蛛丝蛋白、重组丝蛋白、柞蚕丝蛋白中的任意一种。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(1)中，溶解丝蛋白的有机溶剂是六氟丙酮、六氟异丙醇、乙酸、甲酸中的任意一种。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(2)中的后处理方法，是将丝蛋白膜浸泡在含甲醇、乙醇、甲醚、乙醚、丙酮和甲基丙二醇中的一种或几种中溶液中处理0.1-48h。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(4)中，使用到的羟基磷灰石粉末为自制或者商业购买。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(4)中，对羟基磷灰石工作液配置，加入的羟基磷灰石粉末与去离子水质量比为1：10-1：1000

作为进一步地改进，本发明所述步骤(5)中，丝蛋白膜与矿化液质量比为1：10-1：200。