本發(fā)明涉及一種水凝膠材料及其制備方法，特別是涉及了一種取向絲素蛋白水凝膠及其制備方法，它可作為細(xì)胞支架材料、組織修復(fù)材料等，應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：水凝膠是一類能夠吸收并保有大量水分的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物，在聚合物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中含有一部分疏水基團(tuán)和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹保持一定的形狀。水凝膠具有良好的生物相容性、透氣性和細(xì)胞粘附性，目前廣泛被應(yīng)用于人工皮膚、組織工程材料、藥物釋放、微針等方面。絲素蛋白是一種安全可靠的天然的高分子材料，無毒、無刺激性，具有良好的生物相容性和生物可降解性。絲素蛋白具有引導(dǎo)網(wǎng)狀連接組織生成的能力，能有效地誘導(dǎo)組織修復(fù)重建和再生作用。絲素蛋白水凝膠是再生絲素蛋白溶液在一定條件下發(fā)生凝膠化制備而成。再生絲素蛋白溶液凝膠化過程主要受絲素溶液的濃度、溫度、pH、金屬離子等因素的影響?？梢酝ㄟ^改變絲素溶液濃度、pH、添加金屬離子等促進(jìn)其凝膠化過程。有文獻(xiàn)(食品科學(xué),2007,28(12)：58-62)報道，絲素溶液的濃度大于10％時易于形成凝膠，其濃度小于10％時需要很長時間才能形成凝膠。還有文獻(xiàn)(ChemicalSociety,2001,42:294-295)報道了低濃度的金屬離子(Ca2+)可以促進(jìn)絲素蛋白溶液凝膠化，而高濃度的金屬離子導(dǎo)致了絲素蛋白部分沉淀而破壞凝膠結(jié)構(gòu)。在本專利之前，中國發(fā)明專利(CN1158338C)公開了一種化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的絲素蛋白水凝膠、海綿狀絲素蛋白水凝膠材料的制備方法，采用調(diào)整絲素蛋白水溶液的pH，并混入環(huán)氧化合物作為交聯(lián)劑，經(jīng)冷凍，凝固形成凝膠。由于環(huán)氧化合物具有一定的毒性，雖然采用水洗法洗去未反應(yīng)的環(huán)氧交聯(lián)劑，但凝膠中仍會存在殘留的環(huán)氧交聯(lián)劑，從而降低絲素蛋白水凝膠材料的生物相容性。中國發(fā)明專利(CN101502670)公開了一種絲素蛋白水凝膠的制備方法，采用超聲波震蕩的方法在短時間內(nèi)形成水凝膠，但很難形成具有取向性的水凝膠。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種生物相容性好、安全無毒、且具有取向性的一種取向絲素蛋白水凝膠及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)問題主要通過以下技術(shù)方案得以解決：本發(fā)明公開了一種取向絲素蛋白水凝膠及其制備方法，包括如下步驟：家蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、透析后得到絲素蛋白水溶液，還包括如下步驟：(1)分別配置濃度為10g/L～60g/L的絲素蛋白水溶液和濃度為35g/L～100g/L的表面活性劑水溶液，然后將絲素蛋白水溶液和表面活性劑水溶液分別在2℃-8℃的溫度條件下存放；(2)將絲素蛋白水溶液和表面活性劑水溶液按體積比為10:1的比例混合均勻得到混合液，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒連接有底面為圓盤狀的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在10℃～50℃的溫度和20S-1～1000S-1的剪切速率下剪切5min～120min，得到取向絲素蛋白水凝膠。進(jìn)一步的，所述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配且所述攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。進(jìn)一步的，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。進(jìn)一步的，所述陰離子表面活性劑為：枯草菌脂肽鈉、N-月桂酰肌胺酸鈉、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鎂、硬脂酰乳酸鈉、硬脂酰乳酸鈣、酪蛋白酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯硫酸鈉中的一種或者幾種。進(jìn)一步的，所述非離子表面活性劑為：山梨醇酐單硬脂酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、山梨醇酐單油酸酯、山梨醇酐單棕櫚酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚山梨酸酯、海藻酸丙二醇酯中的一種或者幾種。另外，本發(fā)明還提供一種取向絲素蛋白水凝膠，采用上述方法制備而成。本發(fā)明的優(yōu)點是：(1)本發(fā)明采用絲素蛋白作為凝膠主體，因其具有良好的生物相容性和降解性、獨(dú)特的機(jī)械性能和理化性質(zhì)及來源廣泛易于加工等優(yōu)點，故可廣泛用于人工皮膚、人工血管、人工神經(jīng)、細(xì)胞支架材料等醫(yī)用方面。(2)本專利所采用的表面活性劑均為符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的食品添加劑，無毒、無刺激性氣味，不會降低絲素蛋白凝膠材料的生物相容性和安全性；可以降解，且降解產(chǎn)物無毒、無免疫原性，是作為細(xì)胞支架的理想材料。(3)本發(fā)明所提供的取向型絲素蛋白水凝膠，強(qiáng)度高，彈性好，耐切割，為滿足取向型組織的修復(fù)提供了一種途徑，如肌肉組織、神經(jīng)組織等。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。附圖說明圖1為實施一制得的一種取向絲素蛋白水凝膠掃描電鏡照片，其中A是該水凝膠放大50倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，B是放大100倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，C是放大200倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，D是放大400倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，且A、B、C和D的表面結(jié)構(gòu)形貌均平行于取向方向。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例一：本實施例提供的絲素蛋白水凝膠的制備步驟如下：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，將家蠶絲放入煮沸的溶液中，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：8的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為31g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為100g/L的枯草菌脂肽鈉溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在37℃的溫度和100S-1的剪切速率下剪切30min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。如圖1所示，為上述制得的取向絲素蛋白水凝膠掃描電鏡照片，其中A是該水凝膠放大50倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，B是放大100倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，C是放大200倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，D是放大400倍后的表面結(jié)構(gòu)形貌，且A、B、C和D的表面結(jié)構(gòu)形貌均平行于取向方向。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試結(jié)果如下表所示：表1壓縮強(qiáng)度壓縮方向壓縮強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差取向方向281.1518.98非取向方向126.416.62表2切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差垂直于取向方向36.803.92平行于取向方向20.123.12從表1和表2中可以看出，該水凝膠取向方向的壓縮強(qiáng)度大于非取向方向的壓縮強(qiáng)度；垂直于取向方向的切割強(qiáng)度大于平行于取向方向的切割強(qiáng)度，該水凝膠垂直于取向方向耐切割，沿取向方向容易切割成片層。實例二：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：8的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為42g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為90g/L的AES溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在37℃的溫度和75S-1的剪切速率下剪切10min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表：表3壓縮強(qiáng)度壓縮方向壓縮強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)誤差取向方向204.118.45非取向方向12417.91表4切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)誤差垂直于取向方向39.625.22平行于取向方向25.313.13實例三：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，將家蠶絲放入煮沸的溶液中，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：10的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為51g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為80g/L的N-月桂酰肌氨酸鈉溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在37℃的溫度和57S-1的剪切速率下剪切20min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表：表5壓縮強(qiáng)度壓縮方向壓縮強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差取向方向224.020.46非取向方向102.517.46表6切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差垂直于取向方向52.497.36平行于取向方向39.594.82實例四：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，將家蠶絲放入煮沸的溶液中，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：10的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為11g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為35g/L的枯草菌酯肽鈉溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在37℃的溫度和20S-1的剪切速率下剪切約120min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表：表7壓縮強(qiáng)度壓縮方向壓縮強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差取向方向50.9619.45非取向方向25.4817.46表8切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差垂直于取向方向12.569.35平行于取向方向10.4310.2實例五：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，將家蠶絲放入煮沸的溶液中，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：10的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為55g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為55g/L的枯草菌酯肽鈉溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在45℃的溫度和850S-1的剪切速率下剪切約5min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表：表9壓縮強(qiáng)度壓縮方向壓縮強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差取向方向389.618.64非取向方向165.415.46表10切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差垂直于取向方向96.6910.3平行于取向方向45.548.62實例六：1、稱取80克家蠶生絲，待4L質(zhì)量濃度為0.25g/L碳酸鈉和質(zhì)量濃度為0.75g/L碳酸氫鈉混合水溶液煮沸后，將家蠶絲放入煮沸的溶液中，于98℃～100℃條件下微沸處理30min后，用去離子水洗滌，再重復(fù)2次上述操作，使蠶絲脫膠，最終用去離子水清洗后，在烘箱中60℃烘干，即可得到純絲素纖維；2、將純絲素纖維采用9.3mol/L的溴化鋰溶液以1：10的浴比進(jìn)行溶解，在恒溫磁力攪拌器中于65±2℃下攪拌溶解30min后冷卻至室溫，即得到絲素蛋白混合溶液；3、將冷卻后的絲素蛋白混合溶液裝入截留分子量為8-10kDa的透析袋中，用去離子水透析3天后，經(jīng)脫脂棉過濾，即可得到純絲素蛋白溶液；4、調(diào)節(jié)絲素蛋白溶液的濃度為35g/L，即組份A，存放于4℃的溫度下；5、配制濃度為44g/L的枯草菌酯肽鈉溶液，即組份B，存放于4℃的溫度下；6、將上述組份A和組份B以10:1的體積比混合均勻，將混合液倒入圓形模具中，攪拌器上的攪拌棒接上底面為圓形的攪拌頭，用恒溫水浴鍋加熱，使混合溶液在10℃的溫度和100S-1的剪切速率下剪切約75min，得到成型的取向絲素蛋白水凝膠。上述攪拌頭底面形狀與圓形模具形狀相匹配并保證攪拌頭可以在圓形模具內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)，所述攪拌頭的底面與模具內(nèi)的混合液液面相接觸。對該水凝膠使用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如下表：表11壓縮強(qiáng)度表12切割強(qiáng)度切割方向切割強(qiáng)度(KPa)標(biāo)準(zhǔn)偏差垂直于取向方向21.2311.4平行于取向方向11.4410.61以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3