一种丝蛋白海绵及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种丝蛋白海绵及其制备方法，所述丝蛋白海绵为纳米纤维‑微孔复合结构的非晶结构，且不溶于水。本申请还提供了所述丝蛋白海绵的制备方法，包括以下步骤：A)将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整；B)将步骤A)得到的非晶丝蛋白纳米纤维溶液进行冷冻；C)将步骤B)得到的非晶丝蛋白纳米纤维进行冻干，得到丝蛋白海绵。本申请通过上述步骤制备了完全由纳米纤维组成，同时还为非晶结构的多孔丝蛋白海绵。同原有制备丝蛋白海绵的方法不同，该种海绵材料的制备不仅完全不需要其他处理方式诱导结晶来实现其在水中的稳定性，该种制备方法避免了其他诱导剂如甲醇、酸等的使用，工艺简单，绿色环保，生物相容性优异。

Silk protein sponge and preparation method thereof

The invention provides a silk fibroin sponge and preparation method thereof, wherein the silk fibroin sponge is amorphous nano fiber microporous composite structure, and insoluble in water. The invention also provides a preparation method of the silk fibroin sponge, which comprises the following steps: A) will adjust the concentration of non crystal silk fibroin nanofibers in aqueous solution; B) the step A) amorphous nano silk protein fiber solution obtained by freezing; C) the step B) of amorphous silk protein the obtained nanofibers freeze-dried, silk protein sponge. In the present application, a porous silk fibroin sponge made entirely of nano fibers and amorphous structure is prepared by the above steps. Different methods with the original preparation of silk fibroin sponge, the sponge material preparation not only do not need other treatment induced crystallization to achieve its stability in water, the preparation method can avoid other inducers such as methanol, acid use, simple process, green environmental protection, excellent biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】
一种丝蛋白海绵及其制备方法
本专利技术涉及生物材料
，尤其涉及一种丝蛋白海绵及其制备方法。
技术介绍
丝蛋白由于优异的生物相容性、力学性能、可降解性、易于成形以及能够在水溶液中进行处理等优点在生物医用材料领域受到广泛的关注。具有多孔结构的丝蛋白海绵已经广泛应用于不同组织修复的实验室研究中，并有多个产品正在进行临床试验，因此，丝蛋白海绵材料是丝蛋白基生物材料最为重要的组成部分，具有广泛的应用前景。研究者开发出了多种制备丝蛋白海绵的方法，主要包括盐析法和冷冻干燥法；盐析法制备的多孔海绵主要构象为beta-sheet结晶，力学性能高，不适合应用于软组织修复；冷冻干燥法所制备的丝蛋白，尽管一般为非晶结构，但其会在水中溶解，导致其无法应用，只能通过醇处理、真空水处理来诱导形成beta-sheet，最终获得不溶于水的海绵材料。因此，尽管有多种方法如添加高结晶丝蛋白诱导、利用酸来抑制结晶等降低海绵的结晶度，在保持海绵在水中稳定性的基础上来降低海绵的硬度，但是丝蛋白多孔海绵水不溶性，力学性能以及晶体结构之间的内在矛盾仍然缺乏解决的方法。另一方面，近年来，仿细胞外基质纳米纤维结构的引入已经成为提高材料生物相容性的有效手段，目前研究已有通过添加纳米纤维诱导的方法来提高丝蛋白海绵中纳米纤维结构的比例，但完全由纳米纤维组成，具有复合结构的丝蛋白海绵仍需持续研究。最近，申请人研究开发出一种非晶结构的丝蛋白纳米纤维，其直径在10～20nm，长度在100nm～1μm，具有良好的亲水性，能够形成高浓度的丝蛋白溶液，这使得以此为基础制备完全由纳米纤维组成，具有复合结构的丝蛋白海绵成为可能。然而，上述非晶结构的丝蛋白纳米纤维为亚稳态，易于随着温度、时间等的变化转变成高结晶的丝蛋白纤维，从而形成凝胶。如何避免制备过程中beta-sheet的形成，是制备具有纳米纤维-多孔复合结构的丝蛋白海绵材料亟需解决的关键技术问题。因此，基于上述进展，有必要通过精细控制制备过程中丝蛋白的分子运动性，在抑制丝蛋白形成结晶态的同时，提高分子之间相互作用，最终制备由非晶结构组成，且不溶于水的丝蛋白海绵材料。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种丝蛋白海绵及其制备方法，本申请提供的丝蛋白海绵不溶于水，且具有非晶结构。有鉴于此，本申请提供了一种丝蛋白海绵，所述丝蛋白海绵为纳米纤维-微孔复合结构的非晶结构，所述丝蛋白海绵不溶于水。优选的，所述丝蛋白海绵的纳米纤维的直径为10～20nm，长度为100nm～1μm，所述丝蛋白海绵的孔径为50～800μm。本申请还提供了上述方案所述的丝蛋白海绵的制备方法，包括以下步骤：A)，将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整；B)，将步骤A)得到的非晶丝蛋白纳米纤维溶液进行冷冻；C)，将步骤B)得到的非晶丝蛋白纳米纤维进行冻干，得到丝蛋白海绵。优选的，步骤A)中，所述非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整的方式为加水稀释或浓缩。优选的，所述浓缩的方式为挥发浓缩或PEO置换浓缩。优选的，所述浓缩的温度为1～15℃，所述浓缩的时间为0～48h。优选的，步骤A)中，所述非晶丝蛋白纳米纤维水溶液中非晶丝蛋白纳米纤维的直径为10～20nm，长度为100nm～1μm。优选的，步骤A)中，所述非晶丝蛋白纳米纤维水溶液调整后的浓度为0.1～12wt％。优选的，步骤B)中，所述冷冻的温度为-2～-15℃，所述冷冻的时间为8～48h。优选的，步骤C)中，所述冻干的温度为-20～-90℃，所述冻干的时间为12～48h。本申请提供了一种丝蛋白海绵，其为纳米纤维-微孔复合结构的非晶结构，且不溶于水。由此，本申请提供了所述丝蛋白海绵的制备方法，其首先将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液进行浓度的调整，然后将调整浓度后的非晶丝蛋白纳米纤维溶液依次进行冷冻与冻干，最终得到了丝蛋白海绵。在上述过程中，非晶丝蛋白纳米纤维水溶液浓度的调整使丝蛋白纳米纤维由无规非晶态逐渐向中间态转化，在冷冻的过程中，丝蛋白的构象进一步向中间态转化，并逐步靠近结晶态，同时在丝蛋白中形成结晶颗粒，最后在冻干阶段，形成主要由非晶构象的丝蛋白纳米纤维组成，且结晶颗粒冻干在丝蛋白纳米纤维中形成多孔结构，最终得到了纳米纤维-微孔复合结构的非晶结构，且不溶于水的丝蛋白海绵。进一步的，本申请调整浓度的温度与时间决定了丝蛋白纳米纤维在溶液中从无规结构向中间态转变的程度，后续的冷冻和冻干进一步调控无规态的转化，最终获得合适的中间态组成，使得多孔丝蛋白海绵在水中具有稳定性。附图说明图1为本专利技术采用的非晶丝蛋白纳米纤维的宏观图；图2为本专利技术采用的非晶丝蛋白纳米纤维的微观图；图3为本专利技术采用的非晶丝蛋白纳米纤维的红外光谱图；图4为本专利技术实施例2制备多孔丝蛋白海绵材料的电镜图(高倍)；图5为本专利技术实施例2制备多孔丝蛋白海绵材料的电镜图(低倍)；图6为本专利技术实施例2制备多孔丝蛋白海绵材料的XRD照片。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种丝蛋白海绵，所述丝蛋白海绵为纳米纤维-微孔复合结构的非晶结构，所述丝蛋白海绵不溶于水。本申请提供了一种丝蛋白海绵，其主要由非晶构象的丝蛋白纳米纤维组成，具有纳米纤维-微孔复合结构。本申请所述丝蛋白海绵不溶于水，在水中稳定性较好，生物相容性更好；所述丝蛋白海绵的纳米纤维的直径为10～20nm，长度为100nm～1μm，其孔径在50～800μm可调。为了得到上述结构的丝蛋白海绵，本申请提供了所述丝蛋白海绵的制备方法，包括以下步骤：A)，将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整；B)，将步骤A)得到的非晶丝蛋白纳米纤维溶液进行冷冻；C)，将步骤B)得到的非晶丝蛋白纳米纤维进行冻干，得到丝蛋白海绵。本申请利用亚稳态的非晶丝蛋白纳米纤维通过浓度调整-冷冻-冻干，制备得到了非晶态的纳米纤维-微孔复合结构的丝蛋白海绵。在制备丝蛋白海绵的过程中，本申请首先将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整，在调整非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的过程中，非晶丝蛋白纳米纤维由无规的非晶态逐渐向中间态转化，转化程度决定了后续冻干之后是否在水中具有稳定性以及结晶程度。上述非晶丝蛋白纳米纤维溶液的浓度不超过1wt％，否则会在透析过程中发生凝胶。本申请所述非晶丝蛋白纳米纤维水溶液进行浓度调整的方式可以通过加水稀释或不同的浓缩方式进行；所述浓缩的方式可以为敞口挥发浓缩，也可以为PEO置换法浓缩。具体的，对非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行浓缩调整时，将溶液放置到敞口容器中，保持浓缩温度为1～15℃，浓缩的时间为0～48h；对非晶丝蛋白纳米纤维水溶液进行浓缩调整时，利用PEO置换浓缩方法，保持浓缩温度为1～15℃，浓缩的时间为0～48h；过高的浓缩温度和过长的浓缩时间均会导致凝胶形成，而使制备失败。本申请采用的原料非晶丝蛋白纳米纤维首先能够提供仿细胞外基质的纳米纤维结构，从而使多孔丝蛋白海绵具有更好的生物相容性，同时非晶的丝蛋白纳米纤维能够以溶液状态存在，而非凝胶，才使得多孔海绵的制备成为可能。本申请所述非晶丝蛋白纳米纤维溶液中的非晶丝蛋白纳米纤维的直径为10～20nm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丝蛋白海绵，其特征在于，所述丝蛋白海绵为纳米纤维‑微孔复合结构的非晶结构，所述丝蛋白海绵不溶于水。

【技术特征摘要】
1.一种丝蛋白海绵，其特征在于，所述丝蛋白海绵为纳米纤维-微孔复合结构的非晶结构，所述丝蛋白海绵不溶于水。2.根据权利要求1所述的丝蛋白海绵，其特征在于，所述丝蛋白海绵的纳米纤维的直径为10～20nm，长度为100nm～1μm，所述丝蛋白海绵的孔径为50～800μm。3.权利要求1所述的丝蛋白海绵的制备方法，包括以下步骤：A)，将非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整；B)，将步骤A)得到的非晶丝蛋白纳米纤维溶液进行冷冻；C)，将步骤B)得到的非晶丝蛋白纳米纤维进行冻干，得到丝蛋白海绵。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述非晶丝蛋白纳米纤维水溶液的浓度进行调整的方式为加水稀释或浓缩。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝文莉，吕强，
申请(专利权)人：丝纳特苏州生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32