一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种丝素蛋白‑明胶双交联水凝胶及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）制备酪胺根接枝改性的明胶；（2）制备丝素蛋白溶液；（3）热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶的制备；（4）丝素蛋白‑明胶双交联水凝胶的制备。本发明专利技术方法工艺简单，制备的双交联丝素蛋白‑明胶复合水凝胶相对于单独的明胶或丝素蛋白水凝胶，具有更强的力学性能，兼具了两者的优点，弥补了单纯明胶或丝素蛋白水凝胶存在的缺陷，形成生物相容性和力学性能优异的水凝胶，在组织工程血管化领域具有广泛的应用前景。

A Silk Fibroin-Gelatin Double Crosslinking Hydrogel and Its Preparation Method

The invention discloses a silk fibroin gelatin double crosslinking hydrogel and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) preparing gelatin grafted gelatin; (2) preparing silk fibroin solution; (3) preparation of thermo reversible silk fibroin / tyramine modified gelatin hydrogel; (4) preparation of silk fibroin gelatin double crosslinked hydrogel. The method of the invention is simple in process, and the prepared double-crosslinking silk fibroin gelatin composite hydrogel has stronger mechanical properties than the single gelatin or silk fibroin hydrogel, has both advantages, makes up for the defects of the single gelatin or silk fibroin hydrogel, forms the hydrogel with excellent biocompatibility and mechanical properties, and has the advantages in the field of tissue engineering vascularization. Wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料
，特别涉及一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种类含水量较高的软材料，由亲水性聚合物与水结合形成的三维网络构成，与人体软组织的组分、结构极为相似，已经作为组织工程修复材料被广泛研究，其应用领域包括药物缓释、软骨、血管、肌肉以及神经等软组织修复。但目前用于组织修复的凝胶产品仍面临许多问题，包括力学强度较差、生物相容性、体内降解速率与新生组织再生速率不匹配等。明胶是由胶原蛋白降解获得的一种亲水性天然高分子材料，其分子链上具有可供细胞粘附的RGD片段，并且其水溶液具有低温成胶，高温溶胶的温敏特性。通过利用明胶分子链上的氨基或羧基官能团进行接枝改性，可以赋予明胶多种交联机理，从而避免明胶水凝胶在体内应用时发生溶胶。通过活化明胶分子链上的羧基，使其与酪胺上的氨基进行酰胺化反应，可以获得接枝酪胺根的改性明胶。在辣根过氧化物酶与双氧水的协同作用下，改性明胶中酪胺根中的苯酚基团之间可以发生共价交联，并迅速成胶(Biomaterials,30(2009)3371–3377）。但单纯的明胶水凝胶普遍存在力学性能差、体内降解时间短等问题。丝素蛋白是从蚕丝中提取出来的天然高分子，其分子链可以自发或在外界条件促进下向β-sheet结晶构象转变，形成物理交联水凝胶。通过调控β-sheet构象转变可以获得兼具优异的力学性能和可控降解性能的水凝胶；同时，丝素蛋白分子链上含有5%的酪氨酸残基，其上的苯酚基团也可以在辣根过氧化物酶与双氧水的协同作用下发生共价交联成胶。但是目前丝素蛋白分子链上没有已知的细胞粘附位点，不利于细胞在其上的迁移、粘附和生长。因此如何结合丝素蛋白与明胶两种天然蛋白高分子，使其兼具较好的力学性能、生物相容性以及降解性能，将有利于更好地利用这两种材料应用到组织工程修复领域。此外，如何设计一定形状的水凝胶，如空心管状水凝胶，也将有助于其拓宽在特定组织修复领域研究如血管组织、药物释放等中的应用。然而目前空心结构水凝胶的制备过程较为复杂，可能涉及到复杂模具的制备，这些因素均限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。本专利技术的丝素蛋白-明胶双交联水凝胶克服了明胶以及丝素蛋白水凝胶单独作为水凝胶存在的不足，并利用明胶的温敏性和双氧水渗透酶交联方式制备空心的水凝胶，包括一般测试用的丝素蛋白-明胶双交联水凝胶或管状的丝素蛋白-明胶双交联水凝胶，拓宽了其在生物医学材料中的应用范围。本专利技术的目的还在于提供制备所述的一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的方法。该方法首先对明胶进行酪胺根接枝改性，将改性的明胶溶于丝素蛋白溶液中，加入辣根过氧化物酶混合均匀并倒入圆柱形模具中低温凝胶化，然后浸泡在低浓度双氧水中，引发丝素蛋白与明胶分子间的共价交联，酶交联完成后浸泡于醇溶液中，促进丝素蛋白构象转变形成物理交联，再用去离子水洗涤浸泡，获得丝素蛋白-明胶双交联水凝胶；或者，酶交联完成后取出并切除两端，然后放入热水中热溶出处理，再进一步浸泡于醇溶液，促进丝素蛋白构象转变形成物理交联，进一步加强水凝胶，最终获得双交联的管状水凝胶。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）制备酪胺根接枝改性的明胶将明胶溶于2-吗啉乙磺酸生物缓冲剂中，利用羧基活化剂活化明胶分子链上的羧基，加入酪胺盐酸盐进行反应，反应结束后经透析、冻干，获得酪胺根接枝改性的明胶；（2）制备丝素蛋白溶液将脱胶蚕丝浸泡在于溴化锂溶液中，充分溶解，溶解完全后经去离子水透析，获得丝素蛋白溶液；（3）热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶的制备将步骤（1）的酪胺根接枝改性的明胶溶解于步骤（2）得到的丝素蛋白溶液中，加入辣根过氧化物酶，混合均匀形成混合溶液，接着将混合溶液后倒入模具中，凝胶化，获得热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶；（4）丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的制备将步骤（3）得到的热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶浸泡在低浓度双氧水中，引发丝素蛋白和明胶分子间的酶催化共价交联，酶交联完成后浸泡于醇溶液中，促进丝素蛋白构象转变形成物理交联，再用去离子水浸泡洗涤，获得丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。进一步地，步骤（1）中，所述羧基活化剂为N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的混合物，其中，N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为2:1。进一步地，步骤（1）中，所述明胶和酪胺盐酸盐的质量比为2:1。进一步地，步骤（1）中，所述反应是在室温反应12h。进一步地，步骤（2）中，所述溴化锂溶液的浓度为9.3M。进一步地，步骤（2）中，所述溶解的温度为60℃，充分溶解时间为4h。进一步地，步骤（2）中，所述丝素蛋白溶液的浓度为0.01~0.05g/ml。进一步地，步骤（3）中，所述改性明胶和丝素蛋白总质量分数为6w/v%~10w/v%。进一步地，步骤（3）中，所述辣根过氧化物酶浓度为60~240Units/ml。进一步地，步骤（3）中，所述凝胶化的温度为4~10℃。进一步地，步骤（4）中，所述低浓度双氧水的浓度为1~10mM。进一步地，步骤（4）中，浸泡在低浓度双氧水的时间为6~12h。进一步地，步骤（4）中，所述醇溶液包括体积分数为50%~90%的甲醇、乙醇或丙醇的水溶液。进一步地，步骤（4）中，浸泡于醇溶液中的时间为0.5~12h。进一步地，步骤（4）中，将步骤（3）中的热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶浸泡在低浓度双氧水后，取出切除其两端，并浸泡在温水中进行热溶出，充分溶出后浸泡于醇溶液中，引发丝素蛋白物理交联，再用去离子水浸泡洗涤，获得管状丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。更进一步地，所述低浓度双氧水的浓度为1~10mM。更进一步地，浸泡在低浓度双氧水的时间为30s~6h，优选为30s~1h。更进一步地，所述热溶出是在温度30~50℃热溶出5~30min。更进一步地，所述醇溶液包括体积分数为50%~90%的甲醇、乙醇或丙醇的水溶液。更进一步地，浸泡于醇溶液中的时间为0.5~12h。由上述任一项所述的制备方法制得的一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。本专利技术制备管状丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的原理为：酪胺根接枝改性的明胶与丝素蛋白在辣根过氧化物酶与双氧水协同作用下可以发生交联，将辣根过氧化物酶与明胶、丝素混合均匀后，低温形成热可逆丝素蛋白-明胶水凝胶，随后将其浸泡在双氧水中，通过双氧水小分子的渗透，由内而外的引发酶催化交联。浸泡在双氧水后，切除部分酶交联水凝胶的两端，将未交联的部分通过简单地热溶出除去，将获得中空管状酶交联丝素蛋白-明胶水凝胶并进一步浸泡醇溶液，促进丝素蛋白形成物理交联，获得力学性能加强的管状丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：（1）本专利技术制备方法所用材料为明胶和丝素蛋白两种天然可再生高分子，其来源广泛易获取。（2）本专利技术制备方法的制备过程简单易操作，简单易行，不需要复杂的模具或者磨具，制备条件也很温和，有利于大规模工业化生产。（3）本专利技术的双交联丝素蛋白-明胶复合水凝胶相对于单独的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丝素蛋白‑明胶双交联水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备酪胺根接枝改性的明胶将明胶溶于2‑吗啉乙磺酸生物缓冲剂中，利用羧基活化剂活化明胶分子链上的羧基，加入酪胺盐酸盐进行反应，反应结束后经透析、冻干，获得酪胺根接枝改性的明胶；（2）制备丝素蛋白溶液将脱胶蚕丝浸泡在于溴化锂溶液中，充分溶解，溶解完全后经去离子水透析，获得丝素蛋白溶液；（3）热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶的制备将步骤（1）的酪胺根接枝改性的明胶溶解于步骤（2）得到的丝素蛋白溶液中，加入辣根过氧化物酶，混合均匀形成混合溶液，接着将混合溶液后倒入模具中，凝胶化，获得热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶；（4）丝素蛋白‑明胶双交联水凝胶的制备将步骤（3）得到的热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶浸泡在低浓度双氧水中，引发丝素蛋白和明胶分子间的酶催化共价交联，酶交联完成后浸泡于醇溶液中，促进丝素蛋白构象转变形成物理交联，再用去离子水浸泡洗涤，获得丝素蛋白‑明胶双交联水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备酪胺根接枝改性的明胶将明胶溶于2-吗啉乙磺酸生物缓冲剂中，利用羧基活化剂活化明胶分子链上的羧基，加入酪胺盐酸盐进行反应，反应结束后经透析、冻干，获得酪胺根接枝改性的明胶；（2）制备丝素蛋白溶液将脱胶蚕丝浸泡在于溴化锂溶液中，充分溶解，溶解完全后经去离子水透析，获得丝素蛋白溶液；（3）热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶的制备将步骤（1）的酪胺根接枝改性的明胶溶解于步骤（2）得到的丝素蛋白溶液中，加入辣根过氧化物酶，混合均匀形成混合溶液，接着将混合溶液后倒入模具中，凝胶化，获得热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶；（4）丝素蛋白-明胶双交联水凝胶的制备将步骤（3）得到的热可逆丝素蛋白/酪胺改性明胶水凝胶浸泡在低浓度双氧水中，引发丝素蛋白和明胶分子间的酶催化共价交联，酶交联完成后浸泡于醇溶液中，促进丝素蛋白构象转变形成物理交联，再用去离子水浸泡洗涤，获得丝素蛋白-明胶双交联水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述羧基活化剂为N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的混合物，其中，N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为2:1；所述明胶和酪胺盐酸盐的质量比为2:1；所述反应是在室温反应12h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溴化锂溶液的浓度为9.3M；所述溶解是在60℃溶解4h...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓东，徐晟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44