一种丝素与氧化石墨烯复合支架材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种丝素与氧化石墨烯复合支架材料的制备方法。将脱胶的纤维状丝素依次经过溶解、过滤、透析和离心后，浓缩得到丝素蛋白水溶液，将氧化石墨烯水溶液超声进行分散，真空过滤去除杂质，与丝素蛋白溶液混合，搅拌均匀，超声波下振荡相互交联，然后离心得到混合溶液，再采用冷冻干燥法制备得到多孔丝素与氧化石墨烯的复合支架材料。本发明专利技术高浓度丝素与氧化石墨烯共混水溶液具有良好的混合性，制得的复合支架材料的透气性能和载药性能优良，吸湿性和排除废液效果良好，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种复合材料的制备方法，尤其是涉及了，属于生物医学材料

技术介绍
丝素蛋白作为一种天然纤维蛋白，含有对人体极具营养价值的18种氨基酸，家蚕丝蛋白因其独特的力学性能和良好的生物相容性、降解可控性、抗菌性、稳定性，以及低免疫原性，在生物材料领域有着广泛的应用，如可制备成膜状、多孔支架、凝胶状、粉末状、纤维状等多种形式，应用于固定化酶、抗原抗体载体、药物缓释载体及抗凝血材料等的研宄。再生丝素膜，对细胞的粘附性较强，表皮细胞、成纤维细胞、间充质干细胞和其它成体细胞都可以在丝素膜上良好地生长，发挥其功能。因此丝素生物支架可用于手术过后伤口敷料、烧伤创面敷料来使用，有助于创面愈合且无刺激，同时，丝素生物支架可以通过结合细胞或生长因子为修复受损的骨组织提供一个合适的微环境，充当临时的骨替代材料。因此基于丝素蛋白的生物支架材料在生物材料领域有很好的应用前景。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，微观结构可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯片层上含有很多含氧基团，具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量，在水中具有优越的分散性。氧化石墨烯含有大量的含氧活性基团，如羰基、羧基、羟基与环氧基等。因此，为氧化石墨烯与丝素蛋白之间的相互作用提供了大量的结合位点。石墨烯的含氧活性基团化学特性不同，可以与多种丝蛋白肽链分子进行多重共价反应，同时也存在离子键和氢键等非共价键的结合作用。许多研宄者通过将石墨烯或氧化石墨烯与丝素蛋白溶液进行共混，试图制备出力学性能提高的丝素/氧化石墨烯薄膜材料。如Kesong Hu等人通过旋涂技术将氧化石墨烯和再生丝素蛋白溶液交替旋涂在聚苯乙烯基底上为制备出一种高断裂强度的增强型复合膜。但是在这些相关的研宄中，制备得到的复合材料都为无孔或者为少孔的膜状材料，或者为力学性能欠缺的多孔支架材料。还未曾有过将丝素蛋白水溶液与氧化石墨烯共混，然后制备具有优良力学性能和高孔隙率的生物支架材料，用于人体创伤皮肤、缺损骨等其它人体组织修复的报道。
技术实现思路
针对传统制备技术中存在的不足，加以改进，本专利技术提供了，工艺简单，处理方便。本专利技术以天然高分子材料丝素蛋白和氧化石墨烯为载体，制成的生物支架材料，主要用于皮肤创面的修复和骨组织的修复，是一种理想的生物支架材料。本专利技术特征是采用如下步骤:I)将蚕茧脱胶后得到的纤维状丝素依次经过溶解、过滤、透析和离心后，浓缩至质量百分数为1%?25%的丝素蛋白水溶液；2)将氧化石墨烯水溶液超声进行分散，真空过滤去除杂质；3)过滤后与将步骤I)浓缩得到的丝素蛋白溶液混合，氧化石墨烯与丝素蛋白的质量比是1:10?1:1000，使丝素溶液分散在氧化石墨烯溶液中，搅拌均匀，再在超声波下振荡5?30min，使得氧化石墨烯与丝素蛋白之间相互交联，之后离心5_40min，得到混合溶液；4)将步骤3)中得到的混合溶液采用冷冻干燥法制备得到多孔丝素与氧化石墨烯的复合支架材料。冷冻干燥法的冷冻温度范围可以是_20°C至_60°C。所述的复合支架材料用于与人体纤维细胞结合制备得到皮肤创伤敷料，将人体纤维细胞接种到所述复合支架材料中，表现出良好的细胞增殖能力，细胞形貌具有长径取向分布O所述的复合支架材料用于与人间充质干细胞结合制备得到骨组织工程材料，将人间充质干细胞接种在所述复合支架材料中，表现出良好的细胞增殖能力，一天培养后既表现出高的贴壁效果，两周培养后，能够促进细胞大量分泌二型胶原和细胞外基质相关蛋白，表现出良好的促进细胞组织修复效果。所述步骤I)中丝素蛋白原料采用家蚕丝、野蚕丝、蜘蛛丝或者转基因丝。所述的野蚕丝为柞蚕丝、蓖麻蚕丝或者木薯蚕丝。所述步骤2)中在氧化石墨烯水溶液中加入SDS溶液以使氧化石墨烯水溶液得到分散均一的水溶液体系，延长超声时间。所述步骤2)中为了使氧化石墨烯水溶液得到分散均一的水溶液体系，所述过滤后得到的氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1?10mg/mL。所述的复合支架材料通过直接加入或共价接枝添加有细胞生长因子、防腐剂或者抗菌物的药物，形成具有药物缓释效果的复合支架材料。所述复合支架材料经过醇类处理以增强力学性能和提高在水溶液中的降解性，经过醇类处理是指将复合支架材料加入到醇类溶液中进行浸泡或者蒸汽处理。所述复合支架材料的微观结构表现为蜂窝状(高浓度丝素)或者网状(低浓度丝素)多孔结构，具有很大的比表面积。本专利技术的复合支架材料具有较好的延展性和抗拉性，压缩后仍然会因为弹性恢复到原貌，可提供比自身重量多达上百倍的重力负担。本专利技术的复合支架材料具有优良的药物缓释作用，能够在SBF溶液中慢慢降解(为新生组织的形成预留出生长空间)，可应用于修复组织创伤，还可应用于如:医用生物材料、人造器管、创可贴、美容面膜、过滤分离材料、药物载体和储能设备等领域的研宄，具有广泛的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出特点:(I)高浓度丝素与氧化石墨烯共混水溶液具有良好的混合性；氧化石墨烯和丝素蛋白之间接触即发生交联和超分子自组装，无需再添加交联剂和调节PH，克服现有技术存在的不成形问题，提供了一种工艺简单，而且适合于工业化生产的创新方法。(2)透气性能和载药性能优良；由于丝素-氧化石墨烯生物支架中含有结构规则的三维多孔结构，透气性好，加入药物后能够促进多种生长因子的释放，促进创伤皮肤、骨或其它组织的再生、修复和重建，使得创面和缺损组织愈合速度加快。(3)吸湿性和排除废液效果良好；丝素和氧化石墨稀都具有尚保水率性能，从而对人体组织有较好的亲和性能，吸水性极佳；由于石墨烯和敷料材料都具有巨大的比表面积，可以吸收大量的组织分泌物和脓液，减少炎症的产生。(4)成本较低廉，环保无污染；使用到的材料都为可商业化、大规模生产的原料，未使用到其它有毒有害的化学试剂，(5)具有广泛的应用前景；可以应用于除修复皮肤和骨组织以外的其它医用生物材料、人造器管、创可贴、美容面膜、过滤分离材料、触摸屏、储能设备等其它领域的研宄。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。本专利技术的实施例如下:实施例1:(I)将将蚕茧脱胶后形成的纤维状丝素溶解在9.3mol/L的LiBr溶液中，经过过滤、透析，离心，进而浓缩至质量百分数为10%的丝素蛋白水溶液。(2) 0.lmg/mL氧化石墨烯水溶液超声进行分散，将氧化石墨烯水溶液与丝素蛋白溶液混合(混合后氧化石墨烯与丝素蛋白的质量比是1:1000)，使氧化石墨烯分散在丝素溶液中，搅拌均匀，在超声波下振荡5min，使得氧化石墨烯与丝素蛋白之间相互交联，得到的混合溶液。(3)将⑵中得到的溶液经_20°C冷冻后经冷冻干燥机干燥，即得到氧化石墨烯和丝素的海绵状复合支架材料。(4)溶解实验表明:与相同浓度制备得到的丝素海绵相比，氧化石墨烯和丝素的生物支架材料在PBS、去离子水和SBF缓冲溶液中，长时间不溶解，而单纯的传统丝素海绵几分钟即发生溶解。实施例2:(I)将蚕茧脱胶后形成的纤维状丝素在50% (w/w)的CaC12溶液中，经过过滤、透析，离心，进而浓缩至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丝素与氧化石墨烯复合支架材料的制备方法，其特征是采用如下步骤：1）将蚕茧脱胶后得到的纤维状丝素依次经过溶解、过滤、透析和离心后，浓缩至质量百分数为1%～25%的丝素蛋白水溶液；2）将氧化石墨烯水溶液超声进行分散，真空过滤去除杂质；3）过滤后与将步骤1）浓缩得到的丝素蛋白溶液混合，氧化石墨烯与丝素蛋白的质量比是1:10~1：1000，使丝素溶液分散在氧化石墨烯溶液中，搅拌均匀，再在超声波下振荡5～30min，使得氧化石墨烯与丝素蛋白之间相互交联，然后离心5‑40min，得到混合溶液；4）将步骤3）中得到的混合溶液采用冷冻干燥法制备得到多孔丝素与氧化石墨烯的复合支架材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明英，帅亚俊，毛传斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33