【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子凝胶，具体涉及一种高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶及其制备方法。
技术介绍
1、水凝胶一般是是由亲水性的高分子通过一定的物理交联或化学交联形成，能够在水里迅速吸收大量的水分溶胀而不溶解。天然高分子水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性，有望用于制备组织支架，还可用作组织修复中的药物缓释载体，促进细胞增殖、迁移和分化，加速受伤组织的再生，但是大多天然高分子水凝胶力学性能相对较差，限制了其应用。
2、丝素蛋白(sf)作为一种天然高分子，具有优异的机械性能、可调降解性和良好的生物相容性。丝素蛋白水凝胶可以通过物理交联或化学交联方式制备。超声、调节ph值等物理交联方式制备的丝素蛋白水凝胶具备较多的β-sheet结构，脆性大，力学性能较差；而化学交联制备的丝素蛋白水凝胶虽然具有更好的力学性能，但易引入有毒物质，影响材料的细胞相容性，同样限制了丝素蛋白水凝胶的应用范围。
3、目前在该领域中已经有许多相关研究，例如cn 107118359 a通过在紫外灯下核黄素(rf)被激发到三重态，产生单线态氧作用于丝素蛋白分子链上与酪氨酸结合形成二酪氨酸键，从而形成凝胶，但是凝胶时间较长且机械性能较差。为了提高丝素蛋白水凝胶的透光性以及光固化效率，cn 109134889 a在此基础之上加入辣根过氧化物酶(hrp)以及通入氧气，进一步提高核黄素的利用率，同时hrp的加入增加了自由基的浓度与形成的速度，一定程度上改善了机械性能，但是操作规程较为复杂。cn 116041735 a在sf和rf体系下加入h2o2进行光固化，
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶及其制备方法，该水凝胶具有稳定的三维网络结构，表现出优异的抗压强度、韧性及生物相容性，在生物医用材料领域具有良好的应用前景，并且制备方法快速简便，可以实现批量生产。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、提供一种高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其由再生丝素蛋白(sf)溶液依次与核黄素(rf)溶液和过氧化氢水溶液(h2o2)混合后，先经超声处理、再经紫外光固化得到，其压缩应力为20～80kpa，最大应变为40～80％，杨氏模量为40～100mpa。
4、按上述方案，所述再生丝素蛋白溶液浓度为2.5～25wt％。根据产品用途需要选择不同浓度的再生丝素蛋白溶液，得到的水凝胶具有良好的机械性能和生物相容性，在生物医学和组织外科植入等领域具有潜在的应用价值。再生丝素蛋白溶液浓度为10～25wt％时，得到的水凝胶经冷冻、酒精浸泡、烘干可用作人工骨钉。
5、按上述方案，所述核黄素溶液的浓度为0.01～20mm(mmol/l)。
6、按上述方案，所述过氧化氢水溶液的浓度为10～38wt％。
7、按上述方案，所述核黄素溶液中核黄素与过氧化氢水溶液中h2o2的摩尔比为1：1～7435，所述核黄素溶液中核黄素与再生丝素蛋白溶液的摩尔体积比为0.0001～0.2mmol/l。
8、按上述方案，所述超声处理的工艺条件为：超声功率50～500w，超声处理时间3～100s。
9、按上述方案，紫外光辐射固化工艺条件为：在紫外灯照射下进行，紫外灯功率为100～900w，紫外灯照射时间为1～20min。
10、本专利技术还提供上述高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶的制备方法，具体步骤如下：
11、1)再生丝素蛋白溶液的制备：将蚕丝脱胶、烘干得到的丝素纤维分散于libr溶液中，加热并充分搅拌后透析，将透析后的丝素蛋白溶液过滤、离心，再测其浓度，根据需要稀释或浓缩得到再生丝素蛋白溶液；
12、2)高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶的制备：将步骤1)所得再生丝素蛋白溶液与核黄素溶液混合均匀，所得混合液再与过氧化氢水溶液混合均匀，随后将所得共混溶液超声处理，最后置于紫外灯下辐射固化得到高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶。
13、按上述方案，步骤1)蚕丝脱胶方法为：将蚕丝加入去离子水中，加热至沸腾后加入na2co3，继续沸水煮30～60min，然后将蚕丝用去离子水彻底清洗，重复此过程2～3次。
14、按上述方案，蚕丝与去离子水的质量比为1：20～100，na2co3在去离子水中的浓度为0.05～0.1wt％。
15、按上述方案，步骤1)所述libr溶液浓度为9.3m(mol/l)，丝素纤维在libr溶液中的浓度为0.1～0.5g/ml。
16、按上述方案，步骤1)加热温度为50～70℃。
17、本专利技术还包括上述高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶作为组织外科植入材料及软骨修复材料在生物医用材料领域的应用。
18、本专利技术还包括根据上述高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶进一步得到的人工骨钉，由浓度为10～25wt％的再生丝素蛋白溶液中加入核黄素溶液和过氧化氢溶液混合后先经超声处理再进行光固化得到的水凝胶冷冻(-80℃左右)后再置于无水酒精中浸泡48～72h，最后烘干得到。
19、本专利技术以具有优异的生物相容性的丝素蛋白溶液为原料，通过超声-光交联两种交联方式形成自增强双网络水凝胶，先经超声处理诱导丝素的β-sheet结构的形成，赋予水凝胶刚性网络，再经紫外光固化作用于丝素大分子链促使其形成二酪氨酸交联，赋予水凝胶韧性网络。一般而言，交联度大的水凝胶对水的结合更稳定，本专利技术意外发现，本专利技术提供的双网络水凝胶在溶胀测试中出现失水的反常现象，同时机械强度增大，其独特的性能能够用于软骨组织修复。
20、本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的高强韧性丝素自增强水凝胶具有较好的强度、韧性以及生物相容性、可降解性，在不添加任何有毒化学交联剂的情况下，该水凝胶不仅具有良好的生物相容性和细胞黏附性，还具有较好的机械性能，在生物医用材料领域具有良好的应用前景。2、本专利技术制备过程绿色环保，可以实现快速凝胶，操作简便，易于实现工业化生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，其由再生丝素蛋白溶液依次与核黄素溶液和过氧化氢水溶液混合后，先经超声处理、再经紫外光固化得到，其压缩应力为20～80kPa，最大应变为40～80％，杨氏模量为40～100MPa。
2.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述再生丝素蛋白溶液浓度为2.5～25wt％。
3.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述核黄素溶液的浓度为0.01～20mM。
4.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述过氧化氢水溶液的浓度为10～38wt％。
5.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述核黄素溶液中核黄素与过氧化氢水溶液中H2O2的摩尔比为1：1～7435，所述核黄素溶液中核黄素与再生丝素蛋白溶液的摩尔体积比为0.0001～0.2mmol/L。
6.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述超声处理的工艺条件为：超声功率50～500W，超声处理时间3～10
7.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，紫外光辐射固化工艺条件为：在紫外灯照射下进行，紫外灯功率为100～900W，紫外灯照射时间为1～20min。
8.一种权利要求1-7任一项所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
9.权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶作为组织外科植入材料及软骨修复材料在生物医用材料领域的应用。
10.一种人工骨钉，其特征在于，其制备方法为：由浓度为10～25wt％的再生丝素蛋白溶液中加入核黄素溶液和过氧化氢溶液混合后先经超声处理再进行光固化得到的水凝胶冷冻后再置于无水酒精中浸泡48～72h，最后烘干得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，其由再生丝素蛋白溶液依次与核黄素溶液和过氧化氢水溶液混合后，先经超声处理、再经紫外光固化得到，其压缩应力为20～80kpa，最大应变为40～80％，杨氏模量为40～100mpa。
2.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述再生丝素蛋白溶液浓度为2.5～25wt％。
3.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述核黄素溶液的浓度为0.01～20mm。
4.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述过氧化氢水溶液的浓度为10～38wt％。
5.根据权利要求1所述的高强韧性丝素蛋白自增强水凝胶，其特征在于，所述核黄素溶液中核黄素与过氧化氢水溶液中h2o2的摩尔比为1：1～7435，所述核黄素溶液中核黄素与再生丝素蛋白溶液的摩尔体积比为0.0001～0...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄颖，于猛，张强，闫书芹，罗祖维，王志明，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。