[发明专利]仿生细胞外基质丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合纳米纤维的制备领域，特别是涉及一种仿生细胞外基质丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维的制备方法。

背景技术

组织工程与再生医学的发展为重建或修复人类病损组织与器官提供了有效的治疗手段。可降解支架为细胞生长和组织再生提供必要的空间与支撑，为信号传导提供有效渠道，是决定组织工程成败的关键因素之一。

丝素蛋白是由蚕脱胶而来，是一种天然的蛋白质，具有良好的生物相容性、生物可降解性、良好的透气、透湿性、无免疫原性等优异的性能。被广泛应用于皮肤、骨、软骨、肌腱、神经导管、血管等组织的修复和再生。Park等[1]以甲酸为溶剂静电纺制备的丝素蛋白纳米纤维膜能促进老鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)粘附、增殖、分化，能诱导骨钙素的产生，促进骨组织修复和再生，中国专利CN1844509A公开了“一种丝素蛋白多孔材料的制备方法”，是以水为溶剂静电纺制备了生物相容性好、孔隙高的纳米纤维，但是单一的丝素蛋白纳米纤维质脆、柔韧性差，降低了其实用价值，并且作为组织工程支架材料，最佳的设计应该是从结构、组成上仿生细胞外基质。天然细胞外基质是由纳米纤维网络结构的蛋白质和多糖组成[2]，添加单一的天然成分不能在组成上完全模拟细胞外基质的成分，因而不能实现功能仿生。

壳聚糖是世界上继纤维素之后的第二大天然多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性，并具有良好的抗菌性、抗血栓性和无免疫原性。壳聚糖及其衍生物、与其它聚合物的共混物制备的海绵状多孔支架、可注射性水凝胶和微球支架和纤维支架，已经被作为多种不同的组织，包括骨、肝脏、神经组织、血管、软骨组织和皮肤等组织工程领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生细胞外基质丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维的制备方法，本发明的丝素蛋白/壳聚糖复合纤维的力学性能和降解行为优良，尤其是柔韧性得到了很大的提高；该复合纤维能够很好的模拟人体细胞外基质的组成和结构，为细胞生长和组织再生提供最佳的仿生生理环境，是理想的组织工程支架；该制备方法简单易行，原材料资源丰富，易实现工业化生产。

本发明的一种仿生细胞外基质丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维的制备方法，包括

(1)丝素蛋白的提取：将去蛹蚕茧在100℃的质量百分比为0.5％Na₂CO₃水溶液中煮三次，每次30min，用蒸馏水充分洗净，于45℃烘干，将烘干后的蚕丝纤维以浴比1∶10溶解于三元溶剂，于70℃恒温水解1h，然后用蒸馏水透析72h，再放入—80℃预冻12h，然后在-58℃冷冻干燥，得到疏松的多孔状固体丝素蛋白；

(2)制备丝素蛋白溶液：将上述丝素蛋白溶于六氟异丙醇，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为4-10％(克/毫升)的丝素蛋白溶液；

(3)制备壳聚糖溶液：将壳聚糖溶于六氟异丙醇(HFIP)和三氟乙酸(TFA)的混合溶剂中，搅拌至透明，得到浓度为4-8％(克/毫升)的壳聚糖溶液；

(4)制备丝素蛋白和壳聚糖的混合溶液：将丝素蛋白溶液和壳聚糖溶液按体积比0.15-2.4:1混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；

(5)将丝素蛋白和壳聚糖混合溶液进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，控制电压为12-30千伏，电场距离为60-200毫米，纺丝速率为0.5-1.5毫升/小时，得到丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维。

所述步骤(1)中的三元溶剂为CaCl₂、C₂H₅OH和H₂O的混合液，其中CaCl₂、C₂H₅OH和H₂O的摩尔比为1:2:8；

所述步骤(3)中的六氟异丙醇HFIP和三氟乙酸TFA的混合溶剂，其中六氟异丙醇HFIP和三氟乙酸TFA的体积比为9:1；

所述步骤(4)中的丝素蛋白占溶质总质量分数的10％-80％，壳聚糖占溶质总质量分数的20％-90％；

所述的溶质为丝素蛋白和壳聚糖；

所述的丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维的直径随纺丝溶液浓度增大逐渐增大，随壳聚糖含量的增加逐渐减小。

本发明的丝素蛋白/壳聚糖复合纤维可应用于生物医学领域组织工程的研究。

有益效果

(1)本发明的丝素蛋白/壳聚糖复合纤维的力学性能和降解行为优良，尤其是柔韧性得到了很大的提高；