專利名稱：絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及骨組織修復(fù)材料的制備方法，具體涉及一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納 米纖維支架材料的制備方法。
背景技術(shù)：
骨組織工程是將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的細(xì)胞種植與一種生物相容性良好并具有一定空 間結(jié)構(gòu)的生物材料上，在體外培養(yǎng)使細(xì)胞大量繁殖，然后將它們共同移植于所需部位，在機(jī) 體內(nèi)細(xì)胞繼續(xù)增殖，而生物支架結(jié)構(gòu)則逐漸被降解吸收，結(jié)果形成新的骨組織器官，從而達(dá) 到骨修復(fù)的目的。因此，選擇合適的生物材料和制備方法構(gòu)建組織工程支架是骨組織工程 研究的基礎(chǔ)。絲素蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，具有無(wú)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(guān)絲素蛋白作為骨組織工程材料的研究已有 報(bào)道，但其材料生物活性較低，不能與骨形成化學(xué)鍵合，阻礙了絲素蛋白在骨組織修復(fù)材料 方面的應(yīng)用。硅酸鈣是一種具有良好的生物活性和生物相容性的無(wú)機(jī)生物活性材料，它能夠 在植入部位迅速發(fā)生一系列表面反應(yīng)，形成與骨和軟組織都能產(chǎn)生良好結(jié)合的碳酸羥基 磷灰石層，羥基磷灰石層的形成有利于促進(jìn)材料的骨傳導(dǎo)和骨再生，并促進(jìn)同軟/硬組織 形成化學(xué)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(qiáng)電場(chǎng)作用下形成噴射流進(jìn)行紡絲加 工的工藝。由于靜電紡絲技術(shù)能夠形成納米到微米級(jí)纖維，模仿細(xì)胞外基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)， 為細(xì)胞提供良好的生長(zhǎng)環(huán)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(dú)靜電紡絲素蛋白已有報(bào)道， 但結(jié)合絲素蛋白和硅酸鈣各自的優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)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(fù)合納米纖維支架材料，目前還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(jīng)靜 電紡絲和后處理。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下1)絲素蛋白的制備將蠶繭放入質(zhì)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(jīng)透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過(guò)濾制得絲素蛋白溶液，再經(jīng)-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(zhì)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(shí)后，生成白色懸濁液，再 將此白色懸濁液裝入水熱反應(yīng)器，180°C保溫3小時(shí)，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶 須，過(guò)濾、洗滌，最后在80(TC煅燒2小時(shí)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(shí)，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(jìn)行靜電紡絲制備復(fù)合納 米纖維支架；5)后處理將所述的復(fù)合納米纖維支架用化學(xué)改性劑處理30分鐘，隨后放入40°C 的真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(shí) 0. 5毫升/小時(shí)，接受距離為10厘米 25厘米。所述步驟5)中的化學(xué)改性劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇。本發(fā)明具有的有益效果是1.本發(fā)明基于靜電紡絲法，制備納米數(shù)量級(jí)的復(fù)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(shí)又兼?zhèn)涔杷徕}優(yōu)良的生物活性，更適合用于生物醫(yī) 學(xué)領(lǐng)域，有望成為理想的骨組織工程支架用纖維材料。2.本發(fā)明制得的復(fù)合納米纖維支架具有較高的孔隙率，良好的力學(xué)性能和透氣透 濕性能，吸液量大，在體內(nèi)可降解，可促進(jìn)骨損組織修復(fù)，其制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單。


附圖是實(shí)施例2的絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(shí)施例方式實(shí)施例1 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質(zhì)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(jīng)透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過(guò)濾制得絲素蛋白溶液，再經(jīng)-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(zhì)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(shí)后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應(yīng)器，180°C保溫3小時(shí)，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶須，過(guò)濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時(shí)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(shí)，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(jìn)行靜電紡絲制備復(fù)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(shí)，接受距離為10厘 米；e.后處理將所述的復(fù)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(nèi)24小時(shí)，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料。通過(guò)本發(fā)明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料，纖維平 均直徑為300納米。實(shí)施例2 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質(zhì)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(jīng)透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過(guò)濾制得絲素蛋白溶液，再經(jīng)-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(zhì)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(shí)后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應(yīng)器，180°C保溫3小時(shí)，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物 納米晶須，過(guò)濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時(shí)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(shí)，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(jìn)行靜電紡絲制備復(fù)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(shí)，接受距離為25厘 米；e.后處理將所述的復(fù)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(nèi)24小時(shí)，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料。通過(guò)本發(fā)明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(fù)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(shí)施例2中制備的絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米 纖維支架材料。實(shí)施例3 a.絲素蛋白的制備將蠶繭放入質(zhì)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(jīng)透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過(guò)濾制得絲素蛋白溶液，再經(jīng)-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(zhì)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(shí)后，生成白色懸濁 液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應(yīng)器，180°C保溫3小時(shí)，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物 納米晶須，過(guò)濾、洗滌，最后在800°C煅燒2小時(shí)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(shí)，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(jìn)行靜電紡絲制備復(fù)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(shí)，接受距離為15厘 米；e.后處理將所述的復(fù)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(nèi)24小時(shí)，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料。通過(guò)本發(fā)明的上述方法制備的絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料，纖維平 均直徑為400納米。
權(quán)利要求
一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(zhì)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(jīng)透析除去溶液中的乙醇和氯化鈣，過(guò)濾制得絲素蛋白溶液，再經(jīng)-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(zhì)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(shí)后，生成白色懸濁液，再將此白色懸濁液裝入水熱反應(yīng)器，180℃保溫3小時(shí)，自然冷卻后得到硅酸鈣水合物納米晶須，過(guò)濾、洗滌，最后在800℃煅燒2小時(shí)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(shí)，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(jìn)行靜電紡絲制備復(fù)合納米纖維支架；后處理將所述的復(fù)合納米纖維支架用化學(xué)改性劑處理30分鐘，隨后放入40℃的真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)，獲得絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(shí) 0. 5 毫升/小時(shí)，接受距離為10厘米 25厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)合納米纖維支架材料的制備方法， 其特征在于所述的化學(xué)改性劑為甲醇、乙醇、異丙醇或正丁醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種絲素蛋白和硅酸鈣復(fù)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(jīng)靜電紡絲和后處理而成。本發(fā)明基于靜電紡絲法，制備納米數(shù)量級(jí)的復(fù)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(shí)又兼?zhèn)涔杷徕}優(yōu)良的生物活性，更適合用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，有望成為理想的骨組織工程支架用纖維材料；本發(fā)明制得的復(fù)合納米纖維支架具有較高的孔隙率，良好的力學(xué)性能和透氣透濕性能，吸液量大，在體內(nèi)可降解，可促進(jìn)骨損組織修復(fù)，其制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)D01F4/02GK101856510SQ20101017329
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者馮新星, 吳斌偉, 朱海霖, 陳建勇 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)