本發(fā)明屬于可降解骨釘及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法。

背景技術(shù)：

在醫(yī)學(xué)上，骨釘是骨修復(fù)過程中常用的骨固定器械。傳統(tǒng)的骨釘都采用由不銹鋼、鈦及其合金材料制成，這些材料具有強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是待患者康復(fù)后還要進(jìn)行二次手術(shù)以取出金屬骨釘，給患者帶來二次痛苦，而且在二次手術(shù)后留下的空洞也會給患者留下潛在的骨折危險(xiǎn)。傳統(tǒng)固定斷骨的金屬材料通常都不會降解，而且同骨骼相比，金屬螺釘力學(xué)強(qiáng)度較大，時(shí)間長了會造成骨骼受力上的差異，造成其他地方骨骼的骨質(zhì)疏松，有些也會引起異物反應(yīng)。目前國內(nèi)關(guān)于骨釘?shù)难芯看蟛糠植捎肕g、Ti、Zn、Fe、Sn等一些金屬合金材料，其中有可降解的，也有不可降解的。金屬基可降解骨釘?shù)纳锵嗳菪约肮钦T導(dǎo)性都不理想，同時(shí)金屬在體內(nèi)的降解給腎臟造成很大的壓力。

以可降解材料為基體的可吸收高分子骨釘能克服傳統(tǒng)骨釘材料的諸多缺陷之處，引起了廣泛關(guān)注。目前，國外已開始采用聚乳酸(PLA)、聚乙交酯-丙交酯(PLGA)等人體可吸收材料應(yīng)用于骨修復(fù)臨床，但聚乳酸(PLA)等材料降解會形成些酸性產(chǎn)物，給人體組織帶來負(fù)面影響。此類材料降解時(shí)會引起酸性積累，且無骨傳導(dǎo)性，從而不能促進(jìn)骨細(xì)胞的生長。此類材料降解速度較快，不適合主要承力骨的修復(fù)。另外，該類材料的力學(xué)性能不能完全滿足骨修復(fù)臨床需求，需要通過添加加強(qiáng)纖維等方式提高其力學(xué)性能。同時(shí)，也有一些人用PLA增韌陶瓷基材料制備骨內(nèi)置材料，力學(xué)性能達(dá)到的同時(shí)也增加了生物相容性，但是不能完全降解。磷酸鈣骨材料具有可降解性，良好的骨傳導(dǎo)性，生物相容性，而且被證實(shí)作為骨修復(fù)材料的合理性，磷酸鈣骨水泥可以承受壓縮載荷，但是具有低斷裂強(qiáng)度、脆性、易疲勞性。

蠶絲是熟蠶結(jié)繭時(shí)分泌液凝固而成的連續(xù)長纖維，蠶絲蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，含量約占蠶絲的70％～80％，含有18種氨基酸。在不溶化處理過程中，蠶絲蛋白的結(jié)構(gòu)會發(fā)生從任意卷曲到β結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。在蠶絲蛋白發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后，側(cè)鏈與側(cè)鏈間、側(cè)鏈與主鏈間以及分子與分子之間可形成大量的氫鍵結(jié)合，產(chǎn)生大量的次級交聯(lián)點(diǎn)，可以有效地控制蠶絲蛋白的溶解性。此外，蠶絲蛋白本身具有良好的機(jī)械性能和理化性質(zhì)，并且與人體有極好的生物相容性，蠶絲蛋白材料在人體降解之后是氨基酸和多肽，對人體無毒害作用，所以蠶絲蛋白被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中骨釘強(qiáng)度不夠、和人體組織兼容性較低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白骨釘?shù)闹苽浞椒?，所述制備方法包括?/p>

制備蠶絲蛋白溶液；

將所述蠶絲蛋白溶液濃縮，并于模具中干燥，脫模后通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材；

通過后處理工藝調(diào)節(jié)所述蠶絲蛋白棒材的溶解率和降解率；

將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。

優(yōu)選地，所述制備蠶絲蛋白溶液的方法為：

1)將蠶繭置于碳酸鈉溶液中加熱，進(jìn)行脫膠，形成蠶絲；

2)將所述蠶絲置于超純水中洗滌，重復(fù)數(shù)次，進(jìn)行干燥；

3)將干燥后的所述蠶絲浸沒于溴化鋰溶液中并充分混合，保溫一定時(shí)間，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液；

5)將所述蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入透析袋中，置于超純水中透析；

5)透析后，將所述透析袋中的溶液進(jìn)行離心分離，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液。

優(yōu)選地，所述步驟1)中，碳酸鈉溶液的濃度為0～100g/L，蠶繭質(zhì)量和碳酸鈉溶液體積比為10：(1～100)g/L。

優(yōu)選地，所述步驟1)中，加熱方式為電爐加熱或高壓鍋加熱，加熱溫度為50～120℃，加熱壓強(qiáng)為0.5～1MPa，加熱時(shí)間為1s～1000h。

優(yōu)選地，所述步驟2)中，洗滌方式為攪拌洗滌或靜置浸泡，其中，攪拌洗滌的攪拌方式為機(jī)械攪拌或磁力攪拌，磁力攪拌速度為1～2000r/min；單次洗滌過程中，蠶絲和水質(zhì)量比為1：(10～1000)，時(shí)間為1s～200h，每次洗滌后取出蠶絲并擠干，洗滌重復(fù)次數(shù)為1～50次。

優(yōu)選地，所述步驟2)中，進(jìn)行干燥的方式為自然風(fēng)干或加熱通風(fēng)干燥，其中，加熱通風(fēng)干燥的加熱溫度為40～100℃，干燥時(shí)間為0.1～100h。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，溴化鋰溶液濃度為0.01～2g/mL，干燥的蠶絲質(zhì)量和溴化鋰溶液體積比為(1～100)：100g/mL。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，保溫溫度為20～100℃，保溫時(shí)間為0.1～100h。

優(yōu)選地，所述步驟4)中，透析袋規(guī)格為10～10000000Da，透析方式為靜置透析或磁力 攪拌透析，其中，磁力攪拌透析的攪拌速度為1～2000r/min，透析過程中換水的時(shí)間間隔為0.1～100h，每次所換超純水的體積為1mL～1000L。

優(yōu)選地，所述步驟5)中，離心分離的轉(zhuǎn)速為1～40000r/min，時(shí)間為1s～10h，離心時(shí)的溫度為-3～10℃。

優(yōu)選地，濃縮后的所述蠶絲蛋白溶液的重量百分濃度為0.5％～50％。

優(yōu)選地，所述蠶絲蛋白溶液濃縮后、干燥之前，還包括在所述蠶絲蛋白溶液中添加藥物的步驟，獲得蠶絲蛋白與藥物的混合溶液，所述藥物為消炎類藥物或者促骨生長類藥物。

優(yōu)選地，所述蠶絲蛋白溶液的干燥方式為置于透析袋環(huán)境中干燥或在開放式環(huán)境中干燥固化，其中，所述透析袋規(guī)格為10～10000000Da，干燥環(huán)境為使用聚乙二醇溶液或空氣環(huán)境，環(huán)境溫度范圍為10℃～90℃，環(huán)境濕度范圍為20％～100％。

優(yōu)選地，所述蠶絲蛋白棒材形狀為圓柱形棒材、方形棒材或三角形棒材，直徑范圍為0.5～50mm，長度范圍為1～500mm

優(yōu)選地，述后處理工藝為應(yīng)力處理或水蒸氣退火處理，其中，應(yīng)力處理方式為滾壓處理或噴砂處理；水蒸氣退火處理溫度范圍為1℃～100℃，時(shí)間范圍為1s～1000h，壓力范圍為真空度-100KPa～-25KPa(相對于大氣壓)。

本發(fā)明還公開一種蠶絲蛋白骨釘，由上述方法制備獲得。

如上所述，本發(fā)明的一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，具有以下有益效果：

1、蠶絲蛋白是一種人體親和性好、無免疫排斥反應(yīng)的生物材料，在人體組織具有良好的兼容性，對人體無毒害作用。

2、通過控制蠶絲蛋白溶液制備參數(shù)、干燥固化參數(shù)，可以控制蠶絲蛋白骨釘?shù)牧W(xué)性能和降解速度，以滿足不同的臨床需要。

3、本發(fā)明提出的蠶絲蛋白骨釘制備方法中不包括任何毒副作用化學(xué)試劑，因此，獲得的蠶絲蛋白骨釘中無毒副作用化學(xué)試劑殘留，具有良好的環(huán)境和人體適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備方法的工藝流程圖。

圖2～圖4為本發(fā)明實(shí)施例二制備蠶絲蛋白骨釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)流程圖。

圖5～圖8為本發(fā)明實(shí)施例三制備蠶絲蛋白骨釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)流程圖。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露 的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

如圖1所示，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白骨釘?shù)闹苽浞椒?，具體制備步驟為：

首先執(zhí)行步驟S1，制備蠶絲蛋白溶液。

制備所述蠶絲蛋白微針的具體方法為：

1)將蠶繭置于碳酸鈉溶液中加熱，進(jìn)行脫膠，形成蠶絲。

作為示例，所述碳酸鈉溶液的濃度為0～100g/L，加入的蠶繭質(zhì)量和碳酸鈉溶液體積比為10：(1～100)g/L。加熱方式為電爐加熱或高壓鍋加熱，加熱溫度為50～120℃，加熱時(shí)間為1s～1000h。通過調(diào)節(jié)脫膠過程的工藝參數(shù)，可以控制蠶絲蛋白的分子量。

2)將所述蠶絲置于超純水中洗滌，重復(fù)數(shù)次，進(jìn)行干燥。

作為示例，本步驟所述洗滌可以是攪拌洗滌或者靜置浸泡。其中，攪拌洗滌可以是機(jī)械攪拌或磁力攪拌。若采用磁力攪拌，則磁力攪拌速度為1r/min～2000r/min。單次洗滌過程中，蠶絲和水質(zhì)量比為1：(10～1000)，時(shí)間為1s～200h，每次洗滌后取出蠶絲并擠干，洗滌重復(fù)次數(shù)為1～50次。干燥的方式為自然風(fēng)干或加熱通風(fēng)干燥，其中，加熱通風(fēng)干燥的加熱溫度為40～100℃，干燥時(shí)間為0.1～100h。

3)將干燥后的所述蠶絲浸沒于溴化鋰溶液中，保溫一定時(shí)間，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液。

作為示例，所述溴化鋰溶液的濃度為0.01～2g/mL，干燥的蠶絲質(zhì)量和溴化鋰溶液體積為(1～100)：100g/mL，保溫溫度為溫度為20～100℃，保溫時(shí)間為0.1～100h。

4)將所述蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入透析袋中，置于超純水中透析。

作為示例，所述透析袋規(guī)格為10～10000000Da(道爾頓)，透析方式為靜置透析或磁力攪拌透析，其中，磁力攪拌透析的攪拌速度為1～2000r/min，透析過程中換所述超純水的時(shí)間間隔為0.1～100h，每次所換超純水的體積為1mL～1000L。

5)透析后，將所述透析袋中的溶液進(jìn)行離心分離，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲 蛋白溶液。

作為示例，所述離心分離的轉(zhuǎn)速為1r/min～40000r/min，時(shí)間為1s～10h，離心時(shí)的溫度為-3℃～10℃。

然后制備步驟S2，將所述蠶絲蛋白溶液濃縮，并于模具中干燥，脫模后通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材。

所述蠶絲蛋白溶液的干燥方式為置于透析袋環(huán)境中干燥或在開放式環(huán)境中干燥固化，其中，所述透析袋規(guī)格為10～10000000Da，干燥環(huán)境為使用聚乙二醇溶液或空氣環(huán)境，干燥固化過程的環(huán)境溫度范圍為10℃～90℃，環(huán)境濕度范圍為20％～100％，。通過調(diào)節(jié)環(huán)境溫度和濕度來控制蠶絲蛋白的干燥速度。

濃縮后的所述蠶絲蛋白溶液的重量百分濃度為0.5％～50％。

所述蠶絲蛋白棒材形狀為圓柱形棒材、方形棒材或三角形棒材，當(dāng)然，也可以是其他合適的棒材形狀，在此不限。所述蠶絲蛋白棒材直徑范圍為0.5～50mm，長度范圍為1～500mm。需要說明的是，方形、三角形等棒材的直徑指得是水力直徑。

本步驟中，所述蠶絲蛋白溶液濃縮后、干燥之前，還包括在所述蠶絲蛋白溶液中添加藥物的步驟，獲得蠶絲蛋白與藥物的混合溶液，所述藥物為消炎類藥物或者促骨生長類藥物。

接著執(zhí)行步驟S3，通過后處理工藝調(diào)節(jié)所述蠶絲蛋白棒材的溶解率和降解率。

本步驟通過后處理工藝進(jìn)一步調(diào)節(jié)蠶絲蛋白分子交聯(lián)次級結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)蠶絲蛋白材料在人體內(nèi)的溶解和降解速率。

所述后處理工藝為應(yīng)力處理或水蒸氣退火處理，其中，應(yīng)力處理方式為滾壓處理或噴砂處理；水蒸氣退火處理溫度范圍為1℃～100℃，時(shí)間范圍包括1s～1000h，壓力范圍為真空度-100KPa～-25KPa(相對于大氣壓)。

接著執(zhí)行步驟S4，將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。

根據(jù)具體的骨修復(fù)臨床要求，將所述蠶絲蛋白棒材切削成不同尺寸的骨釘。

實(shí)施例二

本實(shí)施例制備的是蠶絲蛋白骨釘。

如圖2～圖4所示，1為蠶絲蛋白溶液，2為蠶絲蛋白棒材，3為蠶絲蛋白骨釘。具體的實(shí)施步驟包括：

首先執(zhí)行步驟S1：如圖2所示，制備蠶絲蛋白溶液1。

具體的，在本實(shí)施例中，首先，每份10g蠶繭剪碎置于4L濃度為2g/L的碳酸鈉溶液中，用電爐加熱沸騰并磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為200r/min，加熱時(shí)間為0.5h。

然后，將每份煮過的蠶絲置于2L超純水中攪拌洗滌捏干，重復(fù)6次，再進(jìn)行干燥，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間20min，每次所換超純水的體積為2L，干燥方式為25℃、常壓(0.1MPa)下干燥。

接著，將干燥的蠶絲浸沒于濃度為0.98g/mL的溴化鋰溶液中，溴化鋰溶液的體積與干燥后蠶絲的關(guān)系為4mL:1g，在60℃保溫4h，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液。

接著，將蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入截留分子量為3500Da透析袋中，置于4L超純水中透析，間隔0.5h換一次超純水，每次換水體積4L，透析總共48h。

最后，透析過的蠶絲蛋白溶液在4℃下離心分離，轉(zhuǎn)速12000r/min，離心時(shí)間30min，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液1。

然后執(zhí)行步驟S2，如圖3所示，將所述蠶絲蛋白溶液濃縮，并于模具中干燥，脫模后通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材2。

具體的，本實(shí)施例中，將蠶絲蛋白溶液1置于3500Da透析袋中揮發(fā)水分濃縮，獲得重量百分比濃度30％的蠶絲蛋白溶液；再將濃縮的蠶絲蛋白溶液在模具中干燥，干燥環(huán)境溫度20℃、濕度40％、干燥時(shí)間60天，通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材2。

接著執(zhí)行步驟S3，通過后處理工藝調(diào)節(jié)所述蠶絲蛋白棒材的溶解率和降解率。

本步驟中，將所述蠶絲蛋白在80℃、-25KPa下水蒸氣退火12h，通過調(diào)節(jié)蠶絲蛋白分子交聯(lián)次級結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)蠶絲蛋白材料在人體內(nèi)的溶解和降解速率。

最后執(zhí)行步驟S4，如圖4所示，根據(jù)具體的骨修復(fù)臨床要求，將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘3。

實(shí)施例三

本實(shí)施例制備的是蠶絲蛋白骨釘。

如圖5～圖8所示，4為維生素D，5為蠶絲蛋白溶液，6為維生素D和蠶絲蛋白混合溶液，7為含維生素D的蠶絲蛋白棒材，8為含維生素D的蠶絲蛋白骨釘。具體的實(shí)施步驟包括：

首先執(zhí)行步驟S1：如圖5所示，制備蠶絲蛋白溶液5。

具體的，在本實(shí)施例中，首先，每份10g蠶繭剪碎置于4L濃度為2g/L的碳酸鈉溶液中，用電爐加熱沸騰并磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為200r/min，加熱時(shí)間為0.5h。

然后，將每份煮過的蠶絲置于2L超純水中攪拌洗滌捏干，重復(fù)6次，再進(jìn)行干燥，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間20min，每次所換超純水的體積為2L，干燥方式為25℃、常壓(0.1MPa)下干燥。

接著，將干燥的蠶絲浸沒于濃度為0.98g/mL的溴化鋰溶液中，溴化鋰溶液的體積與干燥后蠶絲的關(guān)系為4mL:1g，在60℃保溫4h，得到蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液。

接著，將蠶絲蛋白與溴化鋰的混合溶液裝入截留分子量為3500Da透析袋中，置于4L超純水中透析，間隔0.5h換一次超純水，每次換水體積4L，透析總共48h。

最后，透析過的蠶絲蛋白溶液在4℃下離心分離，轉(zhuǎn)速12000r/min，離心時(shí)間30min，收集上層清液，最終得到所需的蠶絲蛋白溶液5。

然后執(zhí)行步驟S2，將所述蠶絲蛋白溶液5濃縮至20％，然后按比例每20mL濃度20％蠶絲蛋白溶液添加5ug維生素D，獲得維生素D和蠶絲蛋白混合溶液6，如圖6所示；再將維生素D和蠶絲蛋白混合溶液6在模具中干燥，干燥環(huán)境溫度20℃、濕度60％、干燥時(shí)間60天，通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材7，如圖7所示；

接著執(zhí)行步驟S3，將所述蠶絲蛋白在80℃、-25KPa下水蒸氣退火12h，通過調(diào)節(jié)蠶絲蛋白分子交聯(lián)次級結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)蠶絲蛋白材料在人體內(nèi)的溶解和降解速率。

最后執(zhí)行步驟S4，根據(jù)具體的骨修復(fù)臨床要求，將蠶絲蛋白棒材切削成骨釘8，如圖8所示。

在恢復(fù)期和功能康復(fù)期，活性維生素D具有骨內(nèi)和骨外作用，不僅有增加骨量、降低再骨折率的作用，而且有助于改善神經(jīng)、增進(jìn)肌肉平衡能力，減少跌倒，降低再骨折發(fā)生率。綜上所述，本發(fā)明提供一種蠶絲蛋白骨釘及其制備方法，包括如下步驟：首先制備蠶絲蛋白溶液；然后將所述蠶絲蛋白溶液濃縮，并于模具中干燥，脫模后通過切削工藝制成蠶絲蛋白棒材；最后將所述蠶絲蛋白棒材切削成骨釘。通過調(diào)節(jié)分子量、干燥參數(shù),可以調(diào)節(jié)并控制蠶絲蛋白的力學(xué)性能和降解速度,以滿足不同的臨床需要。本發(fā)明提供的制備方法可以制備強(qiáng)度高、脆性好且與人體組織兼容性好的蠶絲蛋白骨釘。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。