[发明专利]高机械强度丝胶蛋白水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了高机械强度丝胶蛋白水凝胶及其制备方法和应用，同时公开了一种高浓度无损丝胶蛋白溶液的获取方法，选用丝素缺失突变型家蚕品种，在家蚕5龄熟蚕期通过解剖学的方法从家蚕丝腺中直接获得高浓度无损伤的丝胶蛋白溶液。再采用H₂O₂等化学交联剂交联或采用超声等物理交联的方式获得具有高机械强度的新型丝胶蛋白水凝胶。该丝胶蛋白水凝胶的压缩强度、压缩与拉伸模量远高于已报道的丝胶蛋白水凝胶。本发明所述的丝胶蛋白水凝胶具有多孔结构；具有良好的药物控释功能；具有高细胞相容性；该水凝胶也是一种三维多孔的丝胶蛋白生物支架，可用于细胞外基质支持细胞生长和促进营养物质交换，可应用于多种组织损伤的修复和疾病的治疗。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种高纯度无损丝胶蛋白液和丝胶蛋白水凝胶，具体为高机械强度丝胶蛋白水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

丝胶蛋白是由家蚕分泌的一种天然动物蛋白，含有18种氨基酸，不仅具有可降解、抗菌、抗癌、抗氧化、抗紫外、抗冻、抗凝血、亲水、保湿、抑制酪氨酸酶活性、无免疫原性以及促进细胞粘附和增殖等生物活性，而且富有氨基、羟基、羧基等便于修饰或改造的活性基团。如今丝胶蛋白已成为一种倍受人们关注的新型组织工程材料。然而目前丝胶蛋白的提取主要从家蚕蚕茧中分离而来，丝胶蛋白在提取过程中难以避免会造成其天然结构和活性的破坏。当前仍无法获得高浓度(>10％,w/v)且天然结构与活性未被破坏的丝胶蛋白，另外尚无从蚕体内获得高浓度无损丝胶蛋白的报道。

近年来，人们采用丝胶蛋白开发了多种生物材料，如水凝胶、蛋白膜、海绵样材料，纳米纤维和纳米粒等。其中丝胶蛋白水凝胶由于具有优良的理化特性和生物活性而倍受青睐。丝胶蛋白水凝胶已被用于皮肤、神经等组织损伤修复。然而目前的纯丝胶蛋白水凝胶机械强度较低，其应用受到很大的局限。目前的纯丝胶蛋白水凝胶所采用的丝胶蛋白均是从家蚕蚕茧中分离而来，在丝胶溶解、分离与纯化处理过程中不可避免会造成丝胶蛋白天然结构与活性的改变，同时难以获得高浓度且低破坏度的丝胶蛋白溶液。因此，直接提取天然未破坏的丝胶蛋白溶液并基于其开发新型具有高机械强度等特性的丝胶蛋白水凝胶具有十分重要的意义。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，本发明通过直接分离丝素缺失突变型家蚕蚕体中的丝腺，从而获得超高浓度且无损伤的丝胶蛋白溶液；再经交联获得具有高机械强度的丝胶蛋白水凝胶。此外，本发明提供了由上述方法制得的丝胶蛋白水溶液和水凝胶，以及该丝胶蛋白溶液和水凝胶在生物医用材料等领域中的应用。

技术方案：高机械强度丝胶蛋白水凝胶的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选取丝素缺失突变型家蚕品种，饲养至5龄熟蚕期，取其丝腺；

(2)取丝腺中的丝胶蛋白液，与交联剂混匀，交联剂的浓度为0.0001～50wt％，且每毫升丝胶蛋白水溶液中加入1～500μL交联剂；或采用物理交联方式制备获得丝胶蛋白水凝胶；

取丝腺中的丝胶蛋白液可以通过直接将家蚕丝腺剪断使丝胶蛋白液流出或采用注射器等可以抽吸的器材吸取。采用该方法收集的丝胶蛋白液为高浓度、未破坏的天然丝胶蛋白溶液。

其中，交联剂为戊二醛、丙二醛、京尼平、过氧化氢中的至少一种。。

优选的，所述物理交联方式为超声。超声处理的参数为，超声振幅为2-20％，设置超声时长为0.001-1h。

优选的，步骤(2)中交联的温度为0-50℃。

优选的，所述丝素缺失突变型家蚕品种为185Nd-s，140Nd-s，139Nd-s，Nd或180Nd-s。以上品种均由中国农业科学院蚕业研究所保存。

由以上任一所述方法制备获得的高浓度无损丝胶蛋白液。

由以上任一所述方法制备获得的高机械强度丝胶蛋白水凝胶。