基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料及其制备方法。本发明通过改变环境温度及改变丝素蛋白的质量体积比，制备得到的基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料具有更加优越力学强度，且生物相容性好，炎性反应小，方便植入，可高压灭菌及维持固定4-8周，能最大程度的减少应力遮挡，具有广泛的应用前景。

权利要求书
1.  一种基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其制备方法如下：
1）将Na2CO3或NaHCO3加入煮沸的水中，搅拌均匀，加入蚕丝煮沸脱胶，得到脱胶的蚕丝；
2）将得到的脱胶蚕丝加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O中，水浴使蚕丝完全溶解，得到丝素溶液；
3）将丝素溶液装入透析袋置于水中透析除去CaCl2和CH3CH2OH，得到丝素蛋白溶液；
4）将丝素蛋白溶液离心后取上清，得到的上清冷冻干燥；
5）将冷冻干燥的丝素蛋白溶解于HFIP中，得到H液；
6）将H液倒入模具中，然后置于甲醇中，诱发β折叠转换，置换HFIP；
7）用纯水逐级替换出丝素蛋白中的HFIP及甲醇；
8）将步骤7）得到的产物干燥、灭菌，得到基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料。

2.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤1）按浴比1:50～100（w:v）在沸水中加入蚕丝。

3.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤2）中，脱胶蚕丝按1:5～15浴比加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O中。

4.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤2）三元溶液中CaCl2、CH3CH2OH、H2O的摩尔比为1:2:8。

5.  根据权利要求3所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤3）的操作为：透析袋置于去离子水中4℃透析2～4天，每1～3小时更换一次去离子水。

6.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤2）所述水浴是指在80-90℃下水浴。

7.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤4）所述离心是指在15000～20000 rpm离心15-25 min。

8.  根据权利要求1所述的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其特征在于，步骤5）中，每1g丝素蛋白加入3～10mL HFIP溶解。

说明书基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料的制备方法。
背景技术
随着材料学的迅速发展，各种可吸收材料应运而生并迅速应用于骨折内固定系统中，其中包括PLGA、PGA等材料以及近期出现的丝素蛋白材料，在这些材料中，由于PLA/PGA在降解过程中可产生一种酸性物质，进而影响局部创面愈合、窦道形成，力学强度欠佳，因而目前仅用于非负重骨，而丝素蛋白材料具有生物相容性好，炎性反应小，可高压灭菌，目前已经广泛应用于外科手术中，如术中用的缝线、丝素膜及支架材料等，由于传统的提取丝素蛋白的方法比较耗时，而且所得产物的力学强度仍有所欠缺，因此传统的丝素蛋白仍不适广泛应用于骨科内固定系统中。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种由新方法制备得到的基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料，其制备方法如下：
1)将Na2CO3或NaHCO3加入煮沸的水中，搅拌均匀，加入蚕丝煮沸脱胶，得到脱胶的蚕丝；
2)将得到的脱胶蚕丝加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O中，80-90℃水浴使蚕丝完全溶解，得到丝素溶液；
3)将丝素溶液装入透析袋置于水中透析除去CaCl2和CH3CH2OH，得到丝素蛋白溶液；
4)将丝素蛋白溶液15000～20000rpm离心15-25min，取上清，得到的上清冷冻干燥；
5)将冷冻干燥的丝素蛋白溶解于HFIP中，得到H液；
6)将H液倒入模具中，然后置于甲醇中，诱发β折叠转换，置换HFIP；
7)用纯水逐级替换出丝素蛋白中的HFIP及甲醇；
8)将步骤7)得到的产物干燥、灭菌，得到基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料。
作为优选的，步骤1)按浴比1:50～100(w:v)在沸水中加入蚕丝。
作为优选的，步骤2)中，脱胶蚕丝按1:5～15浴比加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O中。三元溶液中CaCl2、CH3CH2OH、H2O的摩尔比为1:2:8。
作为优选的，步骤3)的操作为：透析袋置于去离子水中4℃透析2～4天，每1～3小时更换一次去离子水。
作为优选的，步骤5)中，每1g丝素蛋白加入3～10mL HFIP溶解。
本发明的有益效果是：本发明制备得到的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料具有更加优越力学强度，且生物相容性好，炎性反应小，方便植入，可高压灭菌及维持固定4-8周，能最大程度的减少应力遮挡，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明方法制备得到的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料的外形图；
图2为加工而成的丝素蛋白骨科可吸收螺钉；
图3为本发明的可吸收骨科内固定材料与MC3T3细胞共培养结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
本发明一种基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料的制备方法，包括如下步骤：
1、量取5000mL去离子水，煮沸后加入Na2CO33g搅拌均匀，按浴比1:50(w:v)加入生蚕丝100g煮沸脱胶30min。
2、脱胶后用去离子水清洗干净，重复3次，将脱胶的蚕丝置于60℃烘箱中烘干备用。
3、称取步骤2得到的脱胶蚕丝以1:10浴比加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O(摩尔比1:2:8)中，在80-90℃水浴作用下至蚕丝完全溶解，得到丝素溶液。
具体操作为：在260ml超纯水中加入200g CaCl2彻底溶解后，加入208ml乙醇和50g脱胶蚕丝，在80-90℃水溶锅加热。本操作中蚕丝只需要1小时即可溶解，大大缩减了提取蛋白的时间。
4、将丝素溶液装入透析袋中，然后置于去离子水中4℃透析3天，每2小时更换一次去离子水，即得丝素蛋白溶液。此步后需要浓缩，可采用常规室温浓缩法及浓缩机浓缩。
5、离心：在高速离心机上以18000转的速度离20分钟，离心2次，取上清，置入方形容器，冰冻2-5天，真空干燥，-20～0℃直到纯化。
6、将真空冷冻干燥的丝素蛋白粉碎后装进针管中，加入HFIP(六氟异丙醇)使其溶解，得到H液，丝素蛋白与HFIP的比例为1g：4mL。
7、用石蜡制作丝钉模具，制成3.3cm高，上面打6个直径为0.76cm的贯通孔；0.25cm厚的薄片，融化石蜡块两端使薄片粘到模具底部，丝板模具制作用矩形石蜡，内侧尺寸：4.45×4.45×3.30cm。
8、将H液倒入丝钉模具中，置于甲醇中3-4天，诱发β折叠转换，置换HFIP。
9、甲醇-水梯度作用：再依次加入1/4，2/4，3/4，4/4的纯水，每次静置1h，重复操作，逐级替换出丝素蛋白中的HFIP及甲醇；
10、将步骤9得到的纯化产物置于通风橱中干燥至少一周，然后60℃烤箱中至少烤5天，再高压蒸汽灭菌处理。得到无菌的基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料。根据骨科手术不同需要制作出不同形状的骨科内固定器械。
本实施例所得基于丝纤蛋白的可吸收骨科内固定材料的力学性能如表1-3所示：
表1三点弯产物的性能参数

表2压缩力学试验的性能参数

生物相容性实验：本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，如图3所示。图示：黄色部分为材料边缘。白色部分为MC3T3细胞生长区。
实施例2
除了步骤1中，按浴:1：100(w:v)加入生丝外，其余操作与实施例1相同。本实施例所得材料的力学性能如表4-6所示。
表4三点弯产物的性能参数

表5压缩力学试验的性能参数

表6拉伸力学试验的性能参数

将本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，说明本材料就有较好的生物相容性。
实施例3
除了步骤3中，丝素纤维以1:50浴比加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O，其余操作与实施例1相同。本实施例所得材料的力学性能如表7-9所示。
表7三点弯产物的性能参数

表8压缩力学试验的性能参数

将本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，说明本材料就有较好的生物相容性。
实施例4
除了步骤6中，丝素纤维以1:15浴比加入三元溶液CaCl2·CH3CH2OH·H2O，其余操作与实施例1相同。本实施例所得材料的力学性能如表10-12所示。
表10三点弯产物的性能参数

表11压缩力学试验的性能参数

表12拉伸力学试验的性能参数

将本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，说明本材料就有较好的生物相容性。
实施例5
除了步骤6中丝素蛋白与HFIP的比例为1g：3mL外，其余操作与实施例1相同。本实施例所得材料的力学性能如表13-15所示。
表13三点弯产物的性能参数

表14压缩力学试验的性能参数

表15拉伸力学试验的性能参数

将本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，说明本材料就有较好的生物相容性。
实施例6
除了步骤6中丝素蛋白与HFIP的比例为1g：8mL外，其余操作与实施例1相同。本实施例所得材料的力学性能如表16-18所示。
表16三点弯产物的性能参数

表17压缩力学试验的性能参数

表18拉伸力学试验的性能参数


将本实施例制备得到的材料与MC3T3细胞共培养显示细胞生长良好，形态正常，说明本材料就有较好的生物相容性。
以上实施例表明，本发明制备得到的基于丝素蛋白的可吸收骨科内固定材料具有更加优越力学强度，且生物相容性好，炎性反应小，方便植入，可高压灭菌及维持固定4-8周，能最大程度的减少应力遮挡，具有广泛的应用前景。
以上实施例仅为介绍本发明的优选案例，对于本领域技术人员来说，在不背离本发明精神的范围内所进行的任何显而易见的变化和改进，都应被视为本发明的一部分。