一种柞蚕丝素蛋白水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种柞蚕丝素蛋白水凝胶及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N‑异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。本发明专利技术制备得到的柞蚕丝素蛋白水凝胶生物相容性好、细胞粘附能力强、能够促进细胞增殖，而且具有良好的力学性能、温度响应性和抗菌性。

Tussah silk fibroin hydrogel and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种柞蚕丝素蛋白水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种柞蚕丝素蛋白水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
生物医用材料需要具备以下特征：(1)与生物组织匹配的生物相容性，促进组织细胞增殖；(2)与生物组织匹配的机械强度；(3)降解产物无毒副作用；(4)具有可调节的功能性。目前丝素蛋白已广泛应用于组织工程、生物医用和细胞工程基体材料中，具有无毒、无刺激、低或者无免疫原性，具有良好的生物相容性，并能够促进细胞生长。丝素蛋白为家蚕丝素蛋白和野蚕丝蛋白的总称，近几十年来，家蚕丝素蛋白不断发展，已经受到广泛应用，但野蚕丝素蛋白并未得到充分的研究和发展，柞蚕丝素蛋白作为典型的野蚕丝蛋白，其主要由氨基酸组成与家蚕丝素蛋白并无明显差异，但柞蚕丝素蛋白含有独特的精氨酸-甘氨酰-天冬氨酸(RGD)三肽序列，RGD三肽序列是细胞整合素受体的结合位点，可与哺乳动物细胞特异性结合，RGD三肽序列能够促进哺乳动物细胞与细胞外基质的相互作用，因此柞蚕丝素蛋白与家蚕丝素蛋白相比，能够提供更强的细胞粘附能力。但是柞蚕丝素蛋白含有大量的聚丙氨酸序列，疏水性强，其形成凝胶后机械性能差，易碎，不能满足现代生物材料的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柞蚕丝素蛋白水凝胶及其制备方法和应用。本专利技术制备得到的柞蚕丝素蛋白水凝胶生物相容性好、细胞粘附能力强、能够促进细胞增殖，而且具有良好的力学性能、温度响应性和抗菌性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。优选地，步骤(1)所述柞蚕丝素蛋白与季铵盐的质量比为(1～3)：(3～5)。优选地，步骤(1)所述混合的具体方式为：将季铵盐以季铵盐水溶液的形式滴加至柞蚕丝素蛋白中，所述滴加的速度为12滴/min。优选地，步骤(1)所述混合在pH值为10～11的条件下进行。优选地，步骤(1)所述开环加成反应的温度为20～30℃，所述开环加成反应的时间为2～3h。优选地，步骤(2)所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为(1～3)：(1～7)。优选地，步骤(2)所述引发剂包括过硫酸铵和N,N,N',N'-四甲基乙二胺。优选地，所述原位聚合反应的温度为室温，时间为12～16h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的柞蚕丝素蛋白水凝胶。本专利技术还提供了上述技术方案所述柞蚕丝素蛋白水凝胶在医用敷料、细胞培养或药物缓释
中的应用。本专利技术提供了一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。在本专利技术中，柞蚕丝素蛋白特有RGD三肽序列，有益于细胞生长，与季铵盐发生开环加成反应，得到的季铵化柞蚕丝素蛋白具有优异的抗菌性能；季铵化柞蚕丝素蛋白上的氨基酸通过氢键与聚N-异丙基丙烯酰胺相连接，得到了力学性能、温度响应性和抗菌性均较好的柞蚕丝素蛋白水凝胶，在医用敷料、细胞培养或药物缓释等领域具有广泛的应用前景。相比于采用交联剂制备凝胶材料的现有技术，本申请制备得到的柞蚕丝素蛋白水凝胶无毒无残留，综合性能优异，具有较好的经济以及社会效益。附图说明图1为实施例1～3和对比例1制备的柞蚕丝素蛋白水凝胶染菌培养18h情况；图2为实施例1～3和对比例1～3制备的样品对大肠杆菌的抗菌情况；图3为实施例1～3和对比例1～3制备的样品对金黄色葡萄球菌的抗菌情况；图4为实施例1～3制备的柞蚕丝素蛋白水凝胶的应力-应变曲线；图5为实施例1～3制备的柞蚕丝素蛋白水凝胶的实物图；图6为对比例1～3制备的样品的实物图；图7为实施例1～3制备的柞蚕丝素蛋白水凝胶在不同温度下的平衡溶胀率曲线；图8为图7平衡溶胀率的一阶导数曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。在本专利技术中，若没有特殊说明，所采用的制备原料均为本领域技术人员所熟知的市售商品。本专利技术将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白。本专利技术对所述柞蚕丝素蛋白的制备方法没有特殊的限定，采用本领域常规的柞蚕丝素蛋白制备方法即可。作为本专利技术的一个实施例，所述柞蚕丝素蛋白的制备方法优选为：(1)柞蚕茧脱胶：将柞蚕茧剪碎，称重，在质量浓度0.5％的碳酸钠水溶液中沸煮30min，然后用去离子水反复清洗三次，继续重复沸煮和清洗步骤2次，将脱胶完成的柞蚕丝自然晾干；(2)柞蚕丝溶解：将已脱胶的柞蚕丝溶解在12mol/L的硫氰酸锂溶液中，溶解时间为5h，得到粗柞蚕丝素蛋白溶液；然后将所述粗柞蚕丝素蛋白溶液置于8000～14000kDa透析袋中，用水透析3d；最后，将透析完成的柞蚕丝素蛋白进行冷冻干燥，得到海绵状的柞蚕丝素蛋白。在本专利技术中，所述季铵盐优选为环氧类的季铵盐，更优选为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵。在本专利技术中，所述柞蚕丝素蛋白与季铵盐的质量比优选为(1～3)：(3～5)，更优选为(1.5～2.2)：(3.1～5)，最优选为(1.8～2.1)：(4.5～5)。在本专利技术中，所述混合的具体方式优选为：将季铵盐以季铵盐水溶液的形式滴加至柞蚕丝素蛋白中，更优选为：先将柞蚕丝素蛋白溶于水中，得到柞蚕丝素蛋白水溶液，然后将季铵盐水溶液滴加至柞蚕丝素蛋白水溶液中。在本专利技术中，所述季铵盐水溶液的浓度优选为0.3～0.5g/mL，更优选为0.45～0.5g/mL；所述柞蚕丝素蛋白水溶液的浓度优选为20～30mg/mL，更优选为25mg/mL。本专利技术优选在滴加的同时进行磁力搅拌。在本专利技术中，所述滴加的速度优选为12滴/min，具体为每隔5秒钟滴一滴。本专利技术采用逐滴加入的方式进行混合，能够保证滴加的季铵盐与柞蚕丝素蛋白充分反应，同时避免柞蚕丝素蛋白发生构象转变。在本专利技术中，所述混合优选在pH值为10～11的条件下进行。本专利技术优选利用氢氧化钠溶液调节柞蚕丝素蛋白水溶液的pH值为10～11，然后再与季铵盐水溶液混合，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为1mol/L。本专利技术限定在上述pH值条件下进行混合，有利于促进季铵盐与柞蚕丝素蛋白的开环加成反应顺利进行。在本专利技术中，所述混合优选在冰水浴条件下进行，所述混合的温度优选为0～10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；/n(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种柞蚕丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将柞蚕丝素蛋白与季铵盐混合，发生开环加成反应，得到季铵化柞蚕丝素蛋白；
(2)将所述季铵化柞蚕丝素蛋白与N-异丙基丙烯酰胺混合，在引发剂的作用下，发生原位聚合反应，得到柞蚕丝素蛋白水凝胶。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述柞蚕丝素蛋白与季铵盐的质量比为(1～3)：(3～5)。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的具体方式为：将季铵盐以季铵盐水溶液的形式滴加至柞蚕丝素蛋白中，所述滴加的速度为12滴/min。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在pH值为10～11的条件下进行。

【专利技术属性】
技术研发人员：王勃翔，路艳华，李佳，程德红，郝旭，
申请(专利权)人：辽东学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21