[发明专利]含有甘油的改性丝膜

说明书

政府支持

本发明是在由美国国家卫生研究院授予的资助金号EB002520和美国空军科学研究处授予的资助金号FA9550-07-1-0079的政府支持下完成的。美国联邦政府对本发明拥有一定的权利。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC.§119(e)要求于2008年10月9日提交的美国临时申请号61/104,135的优先权，在此将其内容整体引入作为参考。

技术领域

本发明提供用于制备含有甘油并具有改进的机械性能的丝纤蛋白(silkfibroin)膜的组合物和方法。

背景技术

丝纤蛋白具有优异的成膜能力，并且也适合用在人体中。由于占主导的无规卷曲的蛋白结构，因而未经进一步操作或处理的丝纤蛋白膜可溶于水。通过若干处理，可以将蛋白的结构特征从无规卷曲转变成β-折叠结构，所述处理包括机械拉伸、在极性有机溶剂中浸渍或在水蒸汽中固化。这种结构转变导致水不溶性，因此提供将材料用于一定范围的生物医学和其他应用的选择。一些纯的丝纤蛋白膜趋于随着时间在干状态下变硬和变脆，然而却表现出令人印象深刻的抗拉强度，但是展延性低。仍然需要改变丝纤蛋白膜的物理和机械性能，以改善机械性能并提供用于生物医学和其他应用的更为柔性的基于丝纤蛋白的体系。

发明内容

本发明提供含有丝纤蛋白和甘油的膜，与缺乏甘油的丝纤蛋白膜相比，它具有不同的性能。更具体地说，通过使用或者包含并使用甘油作为增塑剂，水溶性和生物适应性得到提高。在水中处理丝纤蛋白也提高了生物适应性和负载生物活性化合物而无损功能的潜力，并为这些生物材料增加了“绿色化学”价值。例如，流延成膜的甘油浓度超过30％(w/w)的丝纤蛋白和甘油的共混物引起丝二级结构从无规卷曲转变成α-螺旋，防止丝经水合而溶解，提供了不同的膜纳米结构形态，改进了膜在干(流延后未经处理(as-cast)的膜)或湿(浸出甘油后)环境中的柔性，并保持细胞生物适应性。在机械上，甘油可以在丝纤蛋白链水合中替换水，与无规卷曲或β-折叠结构相反，引起螺旋结构的初始稳定化。甘油对稳定化的膜结构、水不溶性和功能的影响在甘油浓度超过约20wt％甘油时明显发生。在材料处理中甘油与丝纤蛋白的组合使用扩大了可由纤维状蛋白得到的功能特征，并且形成在生物材料和装置应用中具有潜在用途的更为柔性的膜。

本发明提供一种丝膜，其含有丝纤蛋白和约10％～50％(w/w)的甘油，其中所述膜通过完全含水过程制备，并且所述丝膜具有延展性且基本不溶于水。本发明的丝/甘油共混物膜的许多实施方案任选地经过甲醇处理或水退火表现出比缺乏甘油的丝膜更高的展延性。尽管不限于理论的束缚，但是丝纤蛋白膜中的甘油似乎使丝纤蛋白的α-螺旋结构稳定。因此，在一个实施方案中，通过从丝膜提取甘油并将膜再次干燥，可以将展延性丝纤蛋白膜从α-螺旋结构转化成β-折叠结构。

在一个实施方案中，含有甘油改性的丝膜的组合物可以用作用于组织工程的二维或三维构建体，并且还可含有至少一种活性剂。这种组织工程的构建体可用于器官修复、器官替换或其他再生组织材料(如心肌或角膜组织)。三维组织工程的实施方案可以通过在装置或植入体(如牙科植入体)周围用展延性丝/甘油膜缠绕或成型，并使膜干燥而完成。丝/甘油共混物可以形成或者膜可以折叠或成型成海绵或阻塞物或其他三维结构。任选地，然后可以将甘油从丝中浸出。因此，通过用丝/甘油展延性膜涂布生物医学材料(如医疗装置、组织工程的材料或植入体)的表面，丝膜也可用作这些结构上的涂层。从这种改性丝膜形成的涂层提供了改善的相容性并良好地符合基材轮廓。

在另一个实施方案中，含有甘油的丝纤蛋白膜是一种包括基于丝的结构(如丝纤蛋白纳米球(nanosphere)或微米球(microsphere))并任选含有活性剂的复合材料。另外，丝复合材料可以包括基于丝的复合物的支撑表面，如医疗植入体或装置的三维结构，展延性甘油/丝膜在其上成型。

本发明的实施方案也提供制备基本不溶于水的丝膜的方法，所述方法包括：将丝纤蛋白溶液与甘油共混，其中甘油在丝纤蛋白/甘油共混物溶液中的浓度为约10％～50％(w/w)；在膜支撑表面上流延所述丝纤蛋白/甘油共混物溶液；和将膜干燥。通过该过程制备的丝膜与缺乏甘油的丝膜相比表现出增大的展延性。

通过在流延和干燥膜之前，将丝纤蛋白溶液与至少一种活性剂及甘油共混，可以将至少一种活性剂嵌在展延性丝膜中。类似地，可以将细胞或组织嵌在丝/甘油共混物膜中。

附图说明