一种胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用。所述方法为：采用醋酸盐缓冲液将I型胶原和水溶性高分子聚合物分别配制成胶原纺丝液和高分子聚合物纺丝液；以胶原纺丝液作为芯层纺丝液并以高分子聚合物纺丝液作为壳层纺丝液，通过同轴静电纺丝，制得具有芯壳结构的纤维材料；将所述具有芯壳结构的纤维材料置于含有乙醇的碱性缓冲液中处理0.5～1h，再经洗涤以去除壳层，得到胶原蛋白水凝胶纤维材料。本发明专利技术制得了具有与天然胶原相似的生物活性的胶原蛋白水凝胶纤维，保持了胶原的三螺旋结构，还可以使得胶原蛋白水凝胶具有取向性。取向性。取向性。

【技术实现步骤摘要】
一种胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，尤其涉及一种胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]胶原蛋白是细胞外基质的主要成分，广泛存在于皮肤、血管和肌腱等组织中，它由三股螺旋的原胶原组成，原胶原由两条α1链和一条α2链构成，三条肽链都具有螺旋构象，三股螺旋常有4
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羟脯氨酸，产生氢键和氧桥，形成强度很高的原胶原纤维，使结构相对牢固，5根原胶原纤维轴向平行地聚集在一起形成微纤维，微纤维进一步组装成胶原纤维，二价交联再形成三价交联，进而连接微纤维构成纤维网状结构。这种结构提供了具有高强度和各向异性机械性能的细胞外基质。
[0003]从活组织中提取的胶原蛋白具有良好的生物相容性和生物活性，以水凝胶的形式被广泛应用于再生医学中的细胞支架，然而这种胶原水凝胶不同于天然活组织的各向异性的三维结构，具有各向同性和均匀的结构，大量研究证实细胞外基质不仅仅是细胞粘附的支架，其结构还会影响细胞的排列和形态，进而影响细胞的功能，如增殖和分化。
[0004]有研究通过在柱状管中冻干胶原溶液，制备具有各向异性的胶原水凝胶，然而这种方法胶原凝胶的性状和纤维直径均受到限制；静电纺丝也是获得各向异性纳米纤维束的一种简便方法，然而，必须使用高极性有机溶剂，如六氟异丙醇或2,2,2
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三氟乙醇，然而，这些溶剂干扰了胶原分子之间的氢键，破坏了有序的三螺旋结构，通过静电纺丝获得的胶原纤维变性为明胶纤维，同时，如果不使用交联剂处理，明胶纤维会溶解在水中。
[0005]综上，非常有必要提供一种新的胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种胶原蛋白水凝胶纤维材料及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术在第一方面提供了一种胶原蛋白水凝胶纤维材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0008](1)采用醋酸盐缓冲液将I型胶原和水溶性高分子聚合物分别配制成胶原纺丝液和高分子聚合物纺丝液；
[0009](2)以胶原纺丝液作为芯层纺丝液并以高分子聚合物纺丝液作为壳层纺丝液，通过同轴静电纺丝，制得具有芯壳结构的纤维材料；
[0010](3)将所述具有芯壳结构的纤维材料置于含有乙醇的碱性缓冲液中处理0.5～1h，再经洗涤以去除壳层，得到胶原蛋白水凝胶纤维材料。
[0011]优选地，在步骤(1)中：所述I型胶原为胶原蛋白海绵；所述水溶性高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述醋酸盐缓冲液的浓度为12～18mM优选为15mM，pH为3.5～4优选为3.6；所述胶原纺丝液的浓度为0.8～1.4w/
v％优选为1w/v％；和/或所述高分子聚合物纺丝液的浓度为7.5～40w/v％优选为40w/v％。
[0012]优选地，在步骤(2)中：在进行同轴静电纺丝时，芯层纺丝液的流速为0.2～1mL/h优选为0.4mL/h，壳层纺丝液的流速为0.3～2mL/h优选为0.6mL/h，更优选的是，所述芯层纺丝液与所述壳层纺丝液的流速比为1：(1.5～3)。
[0013]优选地，在步骤(2)中：在进行同轴静电纺丝时，以圆柱形接收器或不锈钢管作为接收装置，所述圆柱形接收器上包覆有铝箔；所述圆柱形接收器或不锈钢管的转速为1500～2200r/min，所述圆柱形接收器的直径为6～10cm，所述不锈钢管的直径为2～5mm；在进行同轴静电纺丝时，接收距离为5～10cm，高压直流电源的电压为18～36kV优选为22kV，进行同轴静电纺丝的时间为2～4h优选为3h。
[0014]优选地，在步骤(2)中：进行同轴静电纺丝采用的同轴注射针头由内外两个不同直径的金属针头组成，其中，内层针头的内径为0.21mm，外径为0.61mm，外层针头的内径为0.84mm，外径1.24mm。
[0015]优选地，在步骤(3)中：所述含有乙醇的碱性缓冲液为含有乙醇的PBS缓冲液；所述含有乙醇的碱性缓冲液含有的乙醇的体积百分含量为15～75％；所述含有乙醇的碱性缓冲液的pH为8～10.5。
[0016]优选地，所述含有乙醇的碱性缓冲液为缓冲液I、缓冲液II、缓冲液III、缓冲液IV中的一种；所述缓冲液I的pH为8.4，所述缓冲液I为含有体积百分含量为20％的乙醇的PBS缓冲液，所述PBS缓冲液含有浓度为110mM的NaCl、47mM的Na2HPO4、2.1mM的KCl和1.2mM的KH2PO4；所述缓冲液II的pH为8.7，所述缓冲液II为含有体积百分含量为20％的乙醇的浓度为3mM的Na2HPO4溶液；所述缓冲液III的pH为9.6，所述缓冲液III为含有体积百分含量为50％的乙醇的浓度为3mM的Na2HPO4溶液；所述缓冲液IV的pH为10.3，所述缓冲液IV为含有体积百分含量为70％的乙醇的浓度为3mM的Na2HPO4溶液。
[0017]优选地，在步骤(3)中：所述洗涤为：采用纯化水在37℃恒温摇床中进行洗涤，每隔1h换一次纯化水，重复洗涤三次。
[0018]本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的胶原蛋白水凝胶纤维材料；优选的是，所述胶原蛋白水凝胶纤维材料具有如下一个或者多个性质：所述胶原蛋白水凝胶纤维材料保持了胶原的三螺旋结构；所述胶原蛋白水凝胶纤维材料具有与天然胶原蛋白相似的生物活性；和/或所述胶原蛋白水凝胶纤维材料具有取向结构。
[0019]本专利技术在第三方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的胶原蛋白水凝胶纤维材料作为生物组织工程支架材料、引导组织再生膜材料、神经导管修复材料或血管修复材料的应用。
[0020]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0021](1)本专利技术分别以胶原蛋白水溶液和水溶性高分子聚合物的水溶液作为芯层纺丝液和壳层纺丝液通过同轴静电纺丝制备了具有芯壳结构的纤维材料，其中胶原蛋白水溶液为芯层，高分子聚合物为壳层，通过在碱性溶液中孵育使核心中的胶原蛋白凝胶化，然后洗涤除去壳层，无需使用化学或热交联获得了具有与天然胶原相似的生物活性的胶原蛋白水凝胶纤维，同时保持了胶原的三螺旋结构，还可通过接收器高速单向旋转来收集具有取向的胶原蛋白水凝胶纤维材料，有利于细胞增殖、分化以及控制细胞生长方向。
[0022](2)本专利技术在一些优选的实施方案中，在进行同轴静电纺丝时，所述芯层纺丝液的
流速为0.2～1mL/h，所述壳层纺丝液的流速为0.3～2mL/h，并且芯层纺丝液与壳层纺丝液的流速比为1：(1.5～3)，才能保证得到壳层将芯层很好包裹的芯壳结构。
[0023](3)本专利技术在一些优选的实施方案中，在进行同轴静电纺丝时，圆柱形接收器的转速为1500～2200r/min，本专利技术发现，1500～2200r/min的高转速有利于形成具有取向结构的胶原蛋白水凝胶纤维材料。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶原蛋白水凝胶纤维材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)采用醋酸盐缓冲液将I型胶原和水溶性高分子聚合物分别配制成胶原纺丝液和高分子聚合物纺丝液；(2)以胶原纺丝液作为芯层纺丝液并以高分子聚合物纺丝液作为壳层纺丝液，通过同轴静电纺丝，制得具有芯壳结构的纤维材料；(3)将所述具有芯壳结构的纤维材料置于含有乙醇的碱性缓冲液中处理0.5～1h，再经洗涤以去除壳层，得到胶原蛋白水凝胶纤维材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述I型胶原为胶原蛋白海绵；所述水溶性高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述醋酸盐缓冲液的浓度为12～18mM优选为15mM，pH为3.5～4优选为3.6；所述胶原纺丝液的浓度为0.8～1.4w/v％优选为1w/v％；和/或所述高分子聚合物纺丝液的浓度为7.5～40w/v％优选为40w/v％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：在进行同轴静电纺丝时，芯层纺丝液的流速为0.2～1mL/h优选为0.4mL/h，壳层纺丝液的流速为0.3～2mL/h优选为0.6mL/h，更优选的是，所述芯层纺丝液与所述壳层纺丝液的流速比为1：(1.5～3)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：在进行同轴静电纺丝时，以圆柱形接收器或不锈钢管作为接收装置，所述圆柱形接收器上包覆有铝箔；所述圆柱形接收器或不锈钢管的转速为1500～2200r/min，所述圆柱形接收器的直径为6～10cm，所述不锈钢管的直径为2～5mm；在进行同轴静电纺丝时，接收距离为5～10cm，高压直流电源的电压为18～36kV优选为22kV，进行同轴静电纺丝的时间为2～4h优选为3h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：进行同轴静电纺丝采用的同轴注射针头由内外两个不同直径的金属针头...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔云，宋天喜，胡艳丽，朱金亮，何志敏，吴晶晶，胡刚，仇志烨，
申请(专利权)人：山东奥精生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：