專利名稱：：一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，屬于生物材料
技術領域：
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背景技術：
：利用天然生物材料的優異生物相容性和生物可降解性開發新型生物材料一直是人們十分關注的研究課題，以角蛋白為主要原料制備的生物材料就是其中的一個重要分支。目前，角蛋白生物材料已成功應用于人工皮膚、骨修復材料、敷料、藥物緩釋、繃帶等領域。對從天然材料中提取角蛋白并將其轉化為粉末、膜、涂料等的研究始于20世紀70年代。相關技術在國內外技術文獻中已屢見報道。日本學者山內清在1996年發表論文Preparationofstableaqueoussolutionofkeratins，andphysiochemicalandbiodegradationalpropertiesoffilms(JournalofBiomedicalMaterialsResearch，Vol.31，1996:439-444)，詳細論述了角蛋白溶液及角蛋白膜的制備方法，并對角蛋白及角蛋白溶液的基本理化性能和角蛋膜的生物降解性進行研究，此后，角蛋白生物膜材料迅速發展。此后，山內清研究小組又于2004年報道了加入交聯劑乙二醇二縮水甘油醚(EOTE)和丙二醇二環氧丙酯(OTE)的角蛋白生物膜材料的制備方法(Fabricationandcharacterizationofchemicallycrosslinkedkeratinfilms,MaterialsScienceandEngineeringC，Vol.24,2004:441-446)。并通過對成纖細胞的培養對角蛋白生物膜的生物相容性進行研究，結果表明角蛋白材料表現出優異的生物相容性和機械性能。中國專利(201010161425.2)，該發明提供了一種羽毛角蛋白膜的制備方法，獲得的角蛋白膜具有生物可降解性，機械性能良好，易剝離，可作為藥物載體，用于膜劑藥物的制備中，具有載藥量大，藥物的釋放速度快的特點。中國專利(201110037377.0)，該發明提供了一種生物醫學工程領域使用的角蛋白材料的制備方法。用于制備片狀、顆粒型及具有各種異型結構的角蛋白材料，適用于生物醫學工程使用的損傷的修復材料、皮膚被覆材料、醫學美容用材料和防組織粘連材料。中國專利(200910048839.I)提供了一種角蛋白晶須增強的生物相容性同質復合膜及其制備方法。通過成膜工藝控制晶須在角蛋白膜中的取向，能夠制備力學各向異性的生物膜材料，極大的提高了生物膜的力學性能和在應用領域的適應性。以上文獻和專利技術制備的角蛋白膜材料是以角蛋白為主要成分的生物膜材料，由于角蛋白提取物直接用于制備角蛋白膜為脆性材料，幾乎不具有實用性能，因此，必須添加一定量的交聯劑或增塑劑來提高角蛋白膜的柔韌性以滿足用途需求，但同時也對角蛋白材料的生物相容性和降解性為產生了影響。從角蛋白自身結構來看，角蛋白大分子本身具有彈性的α螺旋結構，且通過對角蛋白自身交聯結構的改變和設計，可以實現在不添加交聯劑情況下制備具有良好彈性和韌性的純角蛋白膜生物材料。
發明內容本發明的目的是提供一種柔軟、具有高彈性的角蛋白生物膜材料及其制備方法。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種角蛋白高彈柔性生物膜。其特征在于，角蛋白膜由天然角蛋白纖維經還原法得到的純角蛋白溶液制得，角蛋白膜具有良好的彈性及韌性，彈性伸長率可控范圍為50%-400%，彈性回復率為98%-99%。所述的天然角蛋白纖維優選為羊毛、牛毛、豬毛、兔毛、人發或駝毛。所述的還原法所用試劑為還原劑、蛋白質變性劑的組合物。所述的還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀或偏重亞硫酸鈉，還原劑的質量百分比濃度為7^-12^所述的蛋白質變性劑優選為尿素、硫脲或溴化鋰，蛋白質變性劑的摩爾濃度為6-10M。所述的純角蛋白溶液的制備方法為第一步將天然角蛋白纖維依次進行開松、除雜、清洗和干燥處理后，切斷成3-6mm的纖維段，以固液比為2.5-10g/250ml浸入到含有還原劑和蛋白質變性劑的溶液中在50-90°C攪拌2-6h，攪拌器轉速為100-400r/min；第二步將攪拌后所得的混合物用80-120目篩網過濾除去未反應的天然角蛋白纖維，離心處理去除濾液中的細小雜質，離心速度3000-7000rpm，離心時間O.2_lh，而后取上清液。第三步室溫條件下，在無氧環境下快速脫鹽去除溶液中的小分子物質，而后濃縮，得到純角蛋白溶液，濃度為2%-5%。所述的角蛋白高彈生物膜的制備方法為將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為40-60°C的條件下固化5-24h。所述的角蛋白高彈生物膜的彈性性能調控方法為將濃度為O.01-0.03%過氧化氫水溶液按質量百分比I:100緩慢滴入純角蛋白溶液中，以調整角蛋白溶液中大分子的交聯速度和交聯程度，調控角蛋白高彈膜的彈性。也可不加入氧化劑，使角蛋白溶液在空氣中自然氧化。本發明提供了一種制備彈性可調控、高純度的高彈角蛋白生物膜的方法，與以往角蛋白膜的制備方法不同，在角蛋白膜的制備過程中不使用交聯劑改善角蛋白膜的脆性，而是通過調節角蛋白溶液中蛋白質大分子巰基的交聯度和交聯反應速度，從角蛋白大分子結構的層面改善角蛋白膜的韌性，且能夠賦予角蛋白膜極高的彈性。采用無氧環境下快速脫鹽的方法避免了常規透析脫鹽周期長的弊端，且最大程度的保全了蛋白質大分子交聯反應的活性基團。常規3-5天的透析過程一方面容易使還原法得到的角蛋白大分子在透析液中發生氧化反應，不利于大分子在成膜過程中形成交聯，影響成膜機械性能；另一方面長時間的透析過程會造成蛋白質結構的改變，甚至出現蛋白質重結晶等問題。采用極稀的過氧化氫溶液對角蛋白溶液的交聯速度和交聯結構進行調控，在調節角蛋白膜的彈性性能的前提下，并不引入其他雜質，確保了角蛋白高彈生物膜的純度和作為生物醫用材料使用的安全性。本發明所述的角蛋白彈性生物膜具有與聚氨酯膜相近的彈性性能，且具有很高的角蛋白純度，可作為生物醫用材料使用，具有廣闊的市場前景。可以采用廢棄的動物纖維作為原料，價格低廉，來源廣泛，生產方法簡單易行，經濟效益顯著。圖I為本發明方法得到的角蛋白高彈柔性生物膜照片。具體實施例方式下面通過實施例來具體說明本發明。實施例I將洗凈的廢棄羊毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為lg/100ml浸入到250ml偏重亞硫酸鈉和尿素的溶液中，其中，所述溶液是通過將偏重亞硫酸鈉加到6M尿素水溶液中得到，偏重亞硫酸鈉的質量濃度為7%，在90°C下對混合物攪拌2h，攪拌器轉速200r/min。80目篩網過濾后，7000rpm離心分離O.2h后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為2%的角蛋白溶液。將濃度為O.01%的過氧化氫水溶液按質量百分比I:100緩慢滴入純角蛋白溶液中，而后，將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為40°C的條件下固化24h。得到弾性伸長率為212%的角蛋白高彈生物膜。實施例2將洗凈的牛毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為4g/100ml浸入到250ml亞硫酸鉀和硫脲的溶液中，其中，所述溶液是通過將亞硫酸鉀加到IOM硫脲水溶液中得到，亞硫酸鉀的質量濃度為12%，在50°C下對混合物攪拌4h，攪拌器轉速100r/min。120目篩網過濾后，3000rpm離心分離Ih后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為5%的角蛋白溶液。將濃度為O.03%的過氧化氫水溶液按質量百分比I:100緩慢滴入純角蛋白溶液中，而后，將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為60°C的條件下固化5h。得到弾性伸長率為57%的角蛋白高彈生物膜。實施例3將洗凈的豬毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為2g/100ml浸入到250ml亞硫酸氫鈉和溴化鋰的溶液中，其中，所述溶液是通過將亞硫酸氫鈉加到8M溴化鋰水溶液中得至Ij，亞硫酸氫鈉的質量濃度為10%，在70°C下對混合物攪拌6h，攪拌器轉速400r/min。100目篩網過濾后，5000rpm離心分離O.5h后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為4%的角蛋白溶液。將濃度為O.02%的過氧化氫水溶液按質量百分比I:100緩慢滴入純角蛋白溶液中，而后，將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為50°C的條件下固化20h。得到弾性伸長率為105%的角蛋白高彈生物膜。實施例4將洗凈的廢棄兔毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為3g/100ml浸入到250ml亞硫酸氫鉀和尿素的溶液中，其中，所述溶液是通過將亞硫酸氫鈉加到7M尿素水溶液中得至IJ，亞硫酸氫鈉的質量濃度為8%，在80°C下對混合物攪拌4h，攪拌器轉速200r/min。80目篩網過濾后，4000rpm離心分離O.5h后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為3%的角蛋白溶液。將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為40°C的條件下固化24h。得到弾性伸長率為389%的角蛋白高彈生物膜。表I過氧化氫水溶液濃度與角蛋白高彈生物膜彈性的關系權利要求1.一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，角蛋白膜由天然角蛋白纖維經還原法得到的純角蛋白溶液制得，角蛋白膜具有良好的彈性及韌性，彈性伸長率可控范圍為10%-400%，彈性回復率為95%-100%。2.如權利要求I所述的一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，所述的天然角蛋白纖維為羊毛、牛毛、豬毛、兔毛、人發或駝毛。3.如權利要求I所述的一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，所述的還原法所用試劑為還原劑、蛋白質變性劑的組合物。所述的還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀或偏重亞硫酸鈉，還原劑的質量百分比濃度為7%-12%。所述的蛋白質變性劑優選為尿素、硫脲或溴化鋰，蛋白質變性劑的摩爾濃度為6-10M。4.如權利要求I所述的一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，所述的純角蛋白溶液制備方法的具體步驟為①將天然角蛋白纖維依次進行開松、除雜、清洗和干燥處理后，切斷成3-6mm的纖維段，以固液比為2.5-10g/250ml浸入到含有還原劑和蛋白質變性劑的溶液中在50_90°C攪拌2-6h，攪拌器轉速為100-400r/min；②將攪拌后所得的混合物用80-120目篩網過濾除去未反應的天然角蛋白纖維，離心處理去除濾液中的細小雜質，離心速度3000-7000rpm，離心時間O.2_lh，而后取上清液。③室溫條件下，在無氧環境下快速脫鹽去除溶液中的小分子物質，而后濃縮，得到純角蛋白溶液，濃度為5.如權利要求I所述的一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，所述的制備方法為將角蛋白溶液澆鑄于成膜容器中，在溫度為40-60°C的條件下固化5-24h。6.如權利要求I所述的一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，其特征在于，所述的角蛋白膜彈性可控性的操作方法為將濃度為O.01-0.03%過氧化氫水溶液按質量百分比I:100緩慢滴入純角蛋白溶液中，以調整角蛋白溶液中大分子的交聯速度和交聯程度，調控角蛋白高彈膜的彈性。全文摘要本發明提供了一種角蛋白高彈柔性生物膜及其制備方法，所述的角蛋白高彈柔性生物膜由天然角蛋白纖維經還原法得到的純角蛋白溶液制得，所得的角蛋白膜具有良好的彈性及韌性，彈性伸長率可控范圍為10％-400％，彈性回復率為95％-100％。所述的角蛋白高彈柔性生物膜由純角蛋白制成，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物醫藥領域具有廣泛的應用前景。作為原材料的角蛋白溶液可由廢棄羊毛或其它無紡用價值的動物纖維材料制備，原料來源廣泛，成本低廉，加工工藝簡單。文檔編號C08J5/18GK102827481SQ201210359399公開日2012年12月19日申請日期2012年9月25日優先權日2012年9月25日發明者范杰,劉雍申請人:天津工業大學