專利名稱：絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及骨組織修復材料的制備方法，具體涉及一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納 米纖維支架材料的制備方法。
背景技術：
骨組織工程是將體外培養擴增的細胞種植與一種生物相容性良好并具有一定空 間結構的生物材料上，在體外培養使細胞大量繁殖，然后將它們共同移植于所需部位，在機 體內細胞繼續增殖，而生物支架結構則逐漸被降解吸收，結果形成新的骨組織器官，從而達 到骨修復的目的。因此，選擇合適的生物材料和制備方法構建組織工程支架是骨組織工程 研究的基礎。絲素蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，具有無毒、可生物降解、良好生 物相容性等性能，適合用作組織工程材料。有關絲素蛋白作為骨組織工程材料的研究已有 報道，但其材料生物活性較低，不能與骨形成化學鍵合，阻礙了絲素蛋白在骨組織修復材料 方面的應用。硅酸鈣是一種具有良好的生物活性和生物相容性的無機生物活性材料，它能夠 在植入部位迅速發生一系列表面反應，形成與骨和軟組織都能產生良好結合的碳酸羥基 磷灰石層，羥基磷灰石層的形成有利于促進材料的骨傳導和骨再生，并促進同軟/硬組織 形成化學鍵合作用(Ohura K, Nakamura T, Yamamuro T, etal. Bone-bonding ability of P2O5-Free CaO-SiO2 glasses. J Biomed Mater Res 1991,25:357-365)。靜電紡絲是一種利用聚合物溶液或熔體在強電場作用下形成噴射流進行紡絲加 工的工藝。由于靜電紡絲技術能夠形成納米到微米級纖維，模仿細胞外基質的組成和結構， 為細胞提供良好的生長環境，因此是制備組織工程支架的理想方法(Jang JH, Castano 0， Kim HW. Electrospun materials as potential platformsfor bone tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews 2009,61 :1065_1083)。單獨靜電紡絲素蛋白已有報道， 但結合絲素蛋白和硅酸鈣各自的優點，并通過靜電紡制具有良好生物相容性和生物活性的 絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料，目前還未見報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方 法，是將制備的絲素蛋白溶于溶劑，再加入硅酸鈣納米晶須，混和形成紡絲原液，然后經靜 電紡絲和后處理。本發明采用的技術方案的步驟如下1)絲素蛋白的制備將蠶繭放入質量百分比濃度為0. 5%的碳酸鈉溶液中攪拌， 煮沸60分鐘除去蠶繭表面的絲膠，取出，擠干，用水洗滌后在60°C下干燥制備絲素纖維，將 干燥的絲素纖維與摩爾比為1 8 2的氯化鈣、乙醇和水的混和溶液，于75°C下溶解成絲 素蛋白溶液，經透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過濾制得絲素蛋白溶液，再經-80°C冷凍干燥制得絲素蛋白；
2)硅酸鈣納米晶須的制備將水、十六烷基三甲基溴化銨和硅酸乙酯按照重量百 分比1 0.005 0.06均勻混和，再在此混和溶液中滴加質量百分比濃度為6%的氫氧化 鈣水溶液，直至溶液中的鈣和硅元素的摩爾比為1 1，攪拌2小時后，生成白色懸濁液，再 將此白色懸濁液裝入水熱反應器，180°C保溫3小時，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶 須，過濾、洗滌，最后在80(TC煅燒2小時制得硅酸鈣納米晶須；3)紡絲原液的制備按照重量比1 0.04 0.12 0. 0025 0. 03將溶劑、絲 素蛋白和硅酸鈣納米晶須混和，攪拌2小時，再用100瓦 300瓦的超聲分散20分鐘 60 分鐘，制成紡絲原液；4)靜電紡絲將所述的紡絲原液注入靜電紡絲裝置中，進行靜電紡絲制備復合納 米纖維支架；5)后處理將所述的復合納米纖維支架用化學改性劑處理30分鐘，隨后放入40°C 的真空干燥箱內24小時，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料。所述步驟3)中的溶劑為六氟異丙醇、六氟丙酮或三氟乙醇。所述步驟4)中靜電紡絲工藝為電壓10千伏 30千伏，溶液流量0. 1毫升/小 時 0. 5毫升/小時，接受距離為10厘米 25厘米。所述步驟5)中的化學改性劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇。本發明具有的有益效果是1.本發明基于靜電紡絲法，制備納米數量級的復合纖維，使這種納米纖維集合體 具有絲素蛋白良好的生物相容性，同時又兼備硅酸鈣優良的生物活性，更適合用于生物醫 學領域，有望成為理想的骨組織工程支架用纖維材料。2.本發明制得的復合納米纖維支架具有較高的孔隙率，良好的力學性能和透氣透 濕性能，吸液量大，在體內可降解，可促進骨損組織修復，其制備方法過程簡單。
附圖是實施例2的絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料在模擬體液中浸泡7 天后的XRD圖。
具體實施例方式實施例1 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質量百分比濃度為0. 5%的碳酸鈉溶液中攪拌， 煮沸60分鐘除去蠶繭表面的絲膠，取出，擠干，用水洗滌后在60°C下干燥制備絲素纖維，將 干燥的絲素纖維與摩爾比為1 8 2的氯化鈣、乙醇和水的混和溶液，于75°C下溶解成絲 素蛋白溶液，經透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過濾制得絲素蛋白溶液，再經-80°C冷凍 干燥制得絲素蛋白；b.硅酸鈣納米晶須的制備將水、十六烷基三甲基溴化銨和硅酸乙酯按照重量百 分比1 0.005 0.06均勻混和，再在此混和溶液中緩慢滴加質量百分比濃度為6%的氫 氧化鈣水溶液，直至溶液中的鈣和硅元素的摩爾比為1 1，攪拌2小時后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應器，180°C保溫3小時，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶須，過濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時制得硅酸鈣納米晶須；c.紡絲原液的制備按照重量比1 0.04 0.0025將六氟異丙醇、絲素蛋白和 硅酸鈣納米晶須混和，攪拌2小時，再用100瓦的超聲分散20分鐘，制成紡絲原液； d.靜電紡絲將所述的紡絲原液注入靜電紡絲裝置中，進行靜電紡絲制備復合納 米纖維支架，靜電紡絲工藝為電壓10千伏，溶液流量0. 1毫升/小時，接受距離為10厘 米；e.后處理將所述的復合納米纖維支架用甲醇處理30分鐘，隨后放入40°C的真空 干燥箱內24小時，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料。通過本發明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料，纖維平 均直徑為300納米。實施例2 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質量百分比濃度為0. 5%的碳酸鈉溶液中攪拌， 煮沸60分鐘除去蠶繭表面的絲膠，取出，擠干，用水洗滌后在60°C下干燥制備絲素纖維，將 干燥的絲素纖維與摩爾比為1 8 2的氯化鈣、乙醇和水的混和溶液，于75°C下溶解成絲 素蛋白溶液，經透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過濾制得絲素蛋白溶液，再經-80°C冷凍 干燥制得絲素蛋白；b.硅酸鈣納米晶須的制備將水、十六烷基三甲基溴化銨和硅酸乙酯按照重量百 分比1 0.005 0.06均勻混和，再在此混和溶液中緩慢滴加濃度為質量百分比6%的氫 氧化鈣水溶液，直至溶液中的鈣和硅元素的摩爾比為1 1，攪拌2小時后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應器，180°C保溫3小時，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物 納米晶須，過濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時制得硅酸鈣納米晶須；c.紡絲原液的制備按照重量比1 0. 12 0.03將六氟丙酮、絲素蛋白和硅酸 鈣納米晶須混和，攪拌2小時，再用300瓦的超聲分散60分鐘，制成紡絲原液；d.靜電紡絲將所述的紡絲原液注入靜電紡絲裝置中，進行靜電紡絲制備復合納 米纖維支架，靜電紡絲工藝為電壓30千伏，溶液流量0. 5毫升/小時，接受距離為25厘 米；e.后處理將所述的復合納米纖維支架用乙醇處理30分鐘，隨后放入40°C的真空 干燥箱內24小時，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料。通過本發明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料，纖維平 均直徑為500納米。絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料在模擬體液中浸泡7天后的XRD圖，圖 中a為純絲素蛋白納米纖維支架材料；b為實施例2中制備的絲素蛋白和硅酸鈣復合納米 纖維支架材料。實施例3 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質量百分比濃度為0. 5%的碳酸鈉溶液中攪拌， 煮沸60分鐘除去蠶繭表面的絲膠，取出，擠干，用水洗滌后在60°C下干燥制備絲素纖維，將 干燥的絲素纖維與摩爾比為1 8 2的氯化鈣、乙醇和水的混和溶液，于75°C下溶解成絲 素蛋白溶液，經透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過濾制得絲素蛋白溶液，再經-80°C冷凍 干燥制得絲素蛋白；
b.硅酸鈣納米晶須的制備將水、十六烷基三甲基溴化銨和硅酸乙酯按照重量百 分比1 0.005 0.06均勻混和，再在此混和溶液中緩慢滴加質量百分比濃度為6%的氫 氧化鈣水溶液，直至溶液中的鈣和硅元素的摩爾比為1 1，攪拌2小時后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應器，180°C保溫3小時，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物 納米晶須，過濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時制得硅酸鈣納米晶須；c.紡絲原液的制備按照重量比1 0.08 0.01將三氟乙醇、絲素蛋白和硅酸 鈣納米晶須混和，攪拌2小時，再用200瓦的超聲分散40分鐘，制成紡絲原液；d.靜電紡絲將所述的紡絲原液注入靜電紡絲裝置中，進行靜電紡絲制備復合納 米纖維支架，靜電紡絲工藝為電壓25千伏，溶液流量0. 2毫升/小時，接受距離為15厘 米；e.后處理將所述的復合納米纖維支架用異丙醇處理30分鐘，隨后放入40°C的真 空干燥箱內24小時，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料。通過本發明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料，纖維平 均直徑為400納米。
權利要求
一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法，該方的步驟如下1)絲素蛋白的制備將蠶繭放入質量百分比濃度為0.5％的碳酸鈉溶液中攪拌，煮沸60分鐘除去蠶繭表面的絲膠，取出，擠干，用水洗滌后在60℃下干燥制備絲素纖維，將干燥的絲素纖維與摩爾比為1∶8∶2的氯化鈣、乙醇和水的混和溶液，于75℃下溶解成絲素蛋白溶液，經透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過濾制得絲素蛋白溶液，再經-80℃冷凍干燥制得絲素蛋白；2)硅酸鈣納米晶須的制備將水、十六烷基三甲基溴化銨和硅酸乙酯按照重量百分比1∶0.005∶0.06均勻混和，再在此混和溶液中滴加質量百分比濃度為6％的氫氧化鈣水溶液，直至溶液中的鈣和硅元素的摩爾比為1∶1，攪拌2小時后，生成白色懸濁液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應器，180℃保溫3小時，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶須，過濾、洗滌，最后在800℃煅燒2小時制得硅酸鈣納米晶須。其特征在于紡絲原液的制備按照重量比1∶0.04～0.12∶0.0025～0.03將溶劑、絲素蛋白和硅酸鈣納米晶須混和，攪拌2小時，再用100瓦～300瓦的超聲分散20分鐘～60分鐘，制成紡絲原液；靜電紡絲將所述的紡絲原液注入靜電紡絲裝置中，進行靜電紡絲制備復合納米纖維支架；后處理將所述的復合納米纖維支架用化學改性劑處理30分鐘，隨后放入40℃的真空干燥箱內24小時，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料。
2.根據權利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法， 其特征在于所述的溶劑為六氟異丙醇、六氟丙酮或三氟乙醇。
3.根據權利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法， 其特征在于所述靜電紡絲工藝為電壓10千伏 30千伏，溶液流量0. 1毫升/小時 0. 5 毫升/小時，接受距離為10厘米 25厘米。
4.根據權利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法， 其特征在于所述的化學改性劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇。
全文摘要
本發明公開了一種絲素蛋白和硅酸鈣復合納米纖維支架材料的制備方法。包括絲素蛋白的制備，硅酸鈣納米晶須的制備，將溶劑、絲素蛋白和硅酸鈣納米晶須混和制成紡絲原液，然后經靜電紡絲和后處理而成。本發明基于靜電紡絲法，制備納米數量級的復合纖維，使這種納米纖維集合體具有絲素蛋白良好的生物相容性，同時又兼備硅酸鈣優良的生物活性，更適合用于生物醫學領域，有望成為理想的骨組織工程支架用纖維材料；本發明制得的復合納米纖維支架具有較高的孔隙率，良好的力學性能和透氣透濕性能，吸液量大，在體內可降解，可促進骨損組織修復，其制備方法過程簡單。
文檔編號D01F4/02GK101856510SQ20101017329
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者馮新星, 吳斌偉, 朱海霖, 陳建勇 申請人:浙江理工大學