[发明专利]增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法

说明书

本发明涉及增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法，通过静电纺丝技术得到微‑纳尺度的植物源性蛋白纤维，然后将纤维粉碎与植物源性蛋白粉末混合，可以加入合适的致孔剂制备出植物源性蛋白纤维强化的支架，还可以对支架进行“淬火”处理，进一步提升压缩性能及拉伸性能。与现有技术相比，本发明采用液氮研磨法可以将植物源性蛋白电纺丝纤维膜研磨成粉末，而不会引入外物、破坏其结构，制备得到的植物源性蛋白纤维强化的支架最大压缩强度为12.10MPa，最大压缩模量为94.91MPa，“淬火”后的植物源性蛋白支架压缩强度提高9％‑20％，拉伸强度提高25％‑50％，弯曲强度提高9％‑40％。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其是涉及增强植物源性蛋白三维支架力学性能的方法。

背景技术

骨组织工程材料多种多样，其中天然的高分子材料，如纤维素、淀粉、甲壳素及其乙酰化产物壳聚糖、多糖、蛋白质等，由于其生相容性、降解性、可塑性等优良性质而得到广泛关注。其中，植物源性蛋白材料，来源广泛，价格低廉，但是，植物源性蛋白力学性能偏低是其普遍存在的问题。

以玉米醇溶蛋白为例，玉米醇溶蛋白是玉米的主要蛋白成分之一，已有研究表明采用玉米醇溶蛋白制备的材料有很好的生物相容性、生物降解性，已被用于制备生物医用粘合剂、可食用抗湿食品包装等。同时，因其成型性好，可以通过注塑法、模压法等制备出各种形状、尺寸的支架，满足不同骨缺损部位的需求。但是，纯的玉米醇溶蛋白材料制备的支架，压缩强度只有2.5MPa左右，无法满足承重部位骨修复的需求。由此可见，提高植物源性蛋白材料的力学性能是基于玉米醇溶蛋白材料发展的重要方向之一。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为CN1775308A，该专利将脂肪酸与玉米醇溶蛋白按比例混合，加入甘露醇致孔剂，经模压成型、加固成型，然后利用高温水滤除致孔剂后冷冻干燥而或获得具有一定力学强化和孔隙特性的支架。虽然其力学性能相对于纯的玉米醇溶蛋白支架有所提高，但其制备周期过长(至少14天)，同时，引入了的脂肪酸对该复合材料的生物相容性会有一定的影响。所以不能更好的作为提高植物源性蛋白支架的力学性能的一种方法。

植物源性蛋白力学性能增强的现有技术包括三种：1.通过添加塑化剂，如糖类、醇类、酸类等改善材料的吸水性，进而增强植物源性蛋白材料的力学性能。2.通过添加交联剂，如琥珀酸酐、琥珀酸、柠檬酸、丁子香酚及其混合物等改变材料的内部结构，进而增强其力学性能。3.共混改性法，将植物源性蛋白材料与其他材料，如天然高分子材料、聚合物复合，制备出复合材料来提高其力学强度。

上述增强植物源性蛋白材料的方法都添加了外源物质，而绝大多数外源物质的存在会影响材料的生物相容性。同时，无法同时提高材料的强度和韧性，即压缩强度、拉伸强度、弯曲强度。因此，开发出简单、节能、环境友好的方法提高植物源性蛋白材料的力学性能，使其在骨组织工程上得到更广泛的应用，则变得意义重大。

纤维强化，因其能够极大地提高材料的力学性能而被广泛应用在材料科学与工程、冶金工程、纺织学等领域。在动物源性蛋白材料中，研究表明在六氟异丙醇中，加入50％(w/v)的断裂的蚕丝蛋白纤维，其压缩强度相比于无纤维组增强了10倍左右。然而，外源物质——六氟异丙醇有一定的毒性作用，对蛋白材料的生物相容性，会有一定的影响。而在植物源性蛋白材料中，以大豆蛋白为例，为提高其力学性能，复合了植物纤维素(甘蔗纤维)作为“骨架”，通过纤维与蛋白的融合作用，复合材料的力学得到明显提高。但是，作为生物替代材料，不可吸收的植物纤维则会影响该种材料长期的生物相容性。目前，尚未有研究采用同源纤维提高植物源性蛋白材料的力学性能。同时，由于植物源性蛋白纤维本身质轻、连续，得到短尺寸的蛋白纤维也是基于同源纤维强化植物源性蛋白材料的研究难点。