[发明专利]一种丝素蛋白/二氧化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种丝素蛋白/二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)二氧化硅溶胶的制备：将正硅酸四乙酯与水混合，加入丝素蛋白溶液，之后加入乙醇，将体系的pH值调至2～3后，升温至50℃～70℃，搅拌反应，得到二氧化硅溶胶；(2)复合溶液的制备：将步骤(1)制备得到的二氧化硅溶胶降温至室温，边搅拌边将加入丝素蛋白溶液添加至二氧化硅溶胶中，得到复合溶液；(3)凝胶的制备：将复合溶液倒入模具中，在30℃～50℃下反应1～20小时，得到凝胶；(4)步骤(3)的凝胶经纯化、老化、干燥以及脱水后，得到所述丝素蛋白/二氧化硅复合材料。本发明的丝素蛋白/二氧化硅复合材料的制备方法，制备得到的SF/SiO₂复合材料力学性能优秀，生物相容性良好。

技术领域

本发明涉及有机/无机复合材料技术领域，具体涉及一种高强度丝素蛋白/二氧化硅复合材料的制备方法以及由该制备方法制备得到的复合材料。

背景技术

丝素蛋白是一种天然蛋白质高聚物材料，含有甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸等18种氨基酸。丝素蛋白具有优秀的生物相容性和可降解性，且来源广泛、方便制备，现已广泛应用于生物材料领域。使用丝素蛋白开发新型组织工程材料有很大的发展潜力。

尽管天然的蚕丝纤维具有较高的强度，但再生丝素蛋白材料在力学性能方面有不足之处。再生丝素蛋白常被用于制备水凝胶和蛋白膜材料，干燥下呈现硬而脆的力学性能表现，失去了天然蚕丝纤维的强度和韧性，不能满足作为人造骨等高强度材料的需求。因此常与其他添加剂复合以改善其力学性能。如专利CN201010288285.5公开了一种丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料及其制备方法，制备获得的复合材料具有良好的力学性能和生物相容性，可作为医疗领域的骨修复的填充材料使用；专利CN201010618923.5公开了一种羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料的制备方法，由羟基磷灰石、硅灰石与丝素蛋白的复合使材料力学性能提升且不影响其生物学性能基础，也可以作为骨等组织的修复材料；专利CN201910277658.X公开了一种蚕丝蛋白/纤维素衍生物复合材料及其制备方法，通过再生丝素蛋白与纤维素的混合凝胶制备获得的复合丝蛋白基本体材料具有良好生物相容性，并提高了再生丝蛋白材料的力学性能，可应用于生物医药领域；专利CN201611146205.6公开了丝素与尼龙的复合材料的制备方法，改善了其力学性能且具有良好生物相容性，可应用于组织修复中有利于细胞的迁移和组织的生长。

丝素蛋白常与其他添加剂进行复合以提升其力学性能，但常用的有机添加剂可能有一定的生物毒性，且在后续工艺中难以去除，材料植入生物体内后可能出现炎症，或是材料在生物体内难以降解等原因，不符合生物医学材料的要求。因此考虑到将丝素蛋白与具有良好相容性的二氧化硅材料进行复合制备具有高强度的材料。

SiO₂是一种生物相容性良好且具有适应力学性能的材料，SiO₂无机溶胶的官能团可与具有特定功能的有机大分子通过氢键或静电作用结合，从而使丝素蛋白与SiO₂分子相互结合、均匀分布，进而改善丝素蛋白材料的力学性能。SiO₂相关材料也已广泛应用于生物医疗中，如专利CN201910269969.1公开了一种纳米二氧化硅/高分子材料引导骨再生复合多孔膜的制备方法，制备所得的复合材料具有机械强度高，生物相容性好，降解速度适中的特点，可应用于组织修复。

关于丝素蛋白和二氧化硅复合材料的研究，专利CN200610025827.3公开了一种SF/SiO₂复合丝素膜材料的制备方法，结果显示复合材料中丝素蛋白和SiO₂均匀分布，有机相与无机相之间存在分子间氢键作用使得两种成分复合的材料性能得到改善。但是该专利仅提供了制备复合膜的方法，其为二维材料，厚度较小，干燥过程中的应力较低，对于制备比较厚的三维抗压缩复合材料，缺乏相应的方案。

现阶段尚未有关于SF/SiO₂的高强度抗压复合材料的相关制备方法的报道，因此制备一种同时具有良好机械性能、生物相容性和降解性的SF/SiO₂的复合材料有很大的发展前景。

发明内容