專利名稱：膠原蛋白-聚乙烯醇-殼聚糖共混醫(yī)用纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以動物皮膠原蛋白與聚乙烯醇(PVA)和殼聚糖為原料，制備共混 醫(yī)用纖維的方法。
技術(shù)背景來自動物皮的膠原蛋白，不僅具有獨(dú)特的理化性能，而且還具有良好的生物相容性、 可生物降解性、低免疫性以及止血性能等優(yōu)良性能，尤其是其在動物體內(nèi)容易被吸收， 親水性強(qiáng)、無毒副作用、安全性好，因而被認(rèn)為是最為理想的生物醫(yī)學(xué)材料之一。將 膠原蛋白與其它天然/合成高分子化合物復(fù)合制成適合各種用途的生物醫(yī)學(xué)材料，己經(jīng) 受到人們的高度重視，特別是膠原蛋白與其它天然/合成化合物共混制備功能纖維，已 經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。關(guān)于蛋白纖維國內(nèi)外已有很多報道，例如，國外將牛奶蛋白加入到粘膠中紡制纖維， 所得纖維具有良好的柔軟性、手感和染色性能，其最終用途是毯子、床單、毛巾、嬰 兒衣物、手套和非織造布等，據(jù)說此種纖維還在衛(wèi)生護(hù)理和醫(yī)療領(lǐng)域中對抗甲氧苯青 霉素的金黃色葡萄球菌的傳播有防護(hù)作用(見TTM, The International Textile Magazine, 2000: 24~25)。國內(nèi)所研制的蛋白纖維主要是絲蛋白、蛹蛋白、大豆蛋白和牛奶蛋白等。 例如，四川宜賓化纖廠采用蠶蛹蛋白與粘膠共混紡絲，得到蛋白改性人造絲。上海紡 織集團(tuán)技術(shù)中心與東華大學(xué)合作，對蠶蛹蛋白進(jìn)行改性，將丙烯腈接枝至jj蠶蛹蛋白上， 研制出JC蠶蛹蛋白纖維。河南省濮陽華康化學(xué)生物工程聯(lián)合集團(tuán)公司利用大豆蛋白與 聚乙烯醇共混紡絲，經(jīng)縮醛化后處理制成大豆蛋白纖維。近些年來，醫(yī)用纖維的用途不斷擴(kuò)展，逐漸引起人們的關(guān)注。有關(guān)醫(yī)用纖維研制的 報道逐漸增多。1962年，美國Cyananid公司以聚乙交酯(PGA)為原料，成功地研制 出世界上第一種人工合成的可吸收縫線Dexon (Devi K Syamala， et al., JMS-Rev. Macromolecular Chemistry and Physics, 1985, c25(3): 315-324.)。緊接著，美國Ethicon 公司通過乙交酯(GA)與丙交酯(LA)共聚得到聚丙乙交酯(PGLA)并紡制成可吸 收縫線Vicryl,其性能優(yōu)于PGA (P K Kutkarni, et al., Arch. Surg. 1966, (93): 839~843.)。 PGLA縫線具有較高的抗張強(qiáng)度和良好的操作性能，具有均一性、穩(wěn)定性、惰性、無毒性、抗原性、抗癌性以及能抗胃酸、胃酶和感染等性能，組織反應(yīng)極小，兼具可吸 收與非吸收縫線的許多優(yōu)點(diǎn)，因此，PGLA可吸收縫線自20世紀(jì)80年代問世以來就 很快被醫(yī)學(xué)界接受，廣泛用作外科手術(shù)縫合線，大多用于下表皮、粘膜表層以及脈管 縫合手術(shù)。隨后，又出現(xiàn)了新型生物可降解醫(yī)用纖維材料，聚對二氧雜環(huán)己烷酮(PDS)、 聚乳酸(PLA)縫合線等，均具有較好性能，受到醫(yī)生和患者的青睞(RayJA，etal.，Surg. Gynacol & Obatet" 1981, (153): 497~507. Daniels AU， et al" Appl. Biomater" 1990, (1): 57.)。利用蛋白質(zhì)為原料制備可降解吸收的醫(yī)用纖維，是一種具有重大意義的創(chuàng)新思路。 膠原蛋白纖維在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已十分廣泛，主要有可降解手術(shù)縫合線、醫(yī)用服飾、 組織工程支架材料以及醫(yī)用敷料等。日本已有膠原手術(shù)縫線的專利。國內(nèi)，但衛(wèi)華等 人制備出膠原基復(fù)合醫(yī)用纖維紡絲原液，并制備出可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的膠原蛋白一殼 聚糖共混纖維(但衛(wèi)華，周文常，曾睿，等.中國發(fā)明專利.ZL 200410022640.9)。曲 健健等人還研究了膠原一聚乙烯醇共混溶液的可紡性，并制備出符合醫(yī)學(xué)應(yīng)用要求的 膠原蛋白一PVA復(fù)合型醫(yī)用纖維(曲健健，但衛(wèi)華，曾睿，等.膠原一聚乙烯醇共混溶 液的可紡性研究.皮革科學(xué)與工程.2005， 16(2): 14-17)。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足1. 合成纖維在人體內(nèi)可能存在生物累積問題，甚至可能誘發(fā)癌變；2. 膠原基復(fù)合型醫(yī)用纖維在用于制造全降解可吸收手術(shù)縫線時可能存在力學(xué)性 能較差的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供一種應(yīng)用范圍更為寬廣的膠原基復(fù)合型醫(yī)用纖 維及其制備方法，其特點(diǎn)是利用皮膠原為原料提取膠原蛋白，與聚乙烯醇，殼聚糖共 混改性制備而成。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)措施來實現(xiàn)的，其中所述原料份數(shù)除特別說明外，均為 重量份數(shù)-膠原蛋白(純度^90%) 25 50份聚乙烯醇(純度^90%，平均聚合度》1799±50) 20 40份 殼聚糖(純度285%，脫乙酰度285%) 20 50份所述膠原蛋白粉劑是以動物皮膚、結(jié)締組織等為主要原料制備或市售合格膠原蛋白粉劑產(chǎn)品。所述聚乙烯醇和殼聚糖為市售分析純試劑。上述膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維的制備方法，其特征是所述方法是按 照以下工藝分6個步驟(1) 膠原溶液的配制取醫(yī)用膠原蛋白粉劑25 50重量份，加入2000 4000重量份0.2 0.5 mol/L的醋 酸溶液，低溫攪拌至完全溶解；(2) 聚乙烯醇溶液的配制取聚乙烯醇固體20 40重量份，加入150 250重量份蒸餾水，于85 95'C水浴 中攪拌溶解成均勻溶液，冷卻后備用；(3) 殼聚糖溶液的配制取殼聚糖固體16 40重量份，加入300 800重量份蒸餾水，于40 6(TC水浴中 攪拌溶解成均勻溶液，冷卻后備用。(4) 共混紡絲液的配制分別將上述溶液加入到反應(yīng)釜，攪拌30 120min使共混液均勻一致，過濾后真空 脫泡。(5) 共混纖維的制備采用濕法紡絲機(jī)，以飽和硫酸鈉溶液為凝固浴，在30 5(TC凝固浴溫度及0.02 0.2MPa氮?dú)鈮毫l件下噴絲，適當(dāng)?shù)臓恳ψ饔孟履坛尚?，獲得膠原蛋白一聚乙烯 醇一殼聚糖共混纖維粗制品。采用的噴絲頭可以但不局限于直徑0.06mm、 0.08 mm， 20孔、50孔或100孔。(6) 共混纖維的后處理與改性方法一共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用梯度乙醇溶液分歩 除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥獲得共混纖維；將共混纖維浸泡于20 70mmol/L2-N-嗎啉 乙烷磺酸(2-N-morpholino ethanesulfonic acid， MES)的40 80v/v。/。乙醇溶液中30 min， pH控制為5.0 6.5，再加入l-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide， EDC)禾口 N-羥基丁二酰亞胺(N-hydrox戸ccinimide, NHS)，使其濃度分別達(dá)到20 100mmol/L和20 50mmol/L，室溫下振蕩4h 24h; 然后將共混纖維依次用pH 7.2 7.4的PBS緩沖液、雙蒸水反復(fù)清洗； 一定負(fù)荷下室溫干燥后，在100 200。C條件下進(jìn)行熱拉伸處理，使熱拉伸率達(dá)到40 80%，得到白色 或微黃而有光澤的目標(biāo)纖維。方法二共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用梯度乙醇溶液分步 除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥獲得共混纖維；共混纖維經(jīng)過拉伸、縮醛化和烘干處理后， 即可獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混醫(yī)用纖維。其中，縮醛化浴的溫度為55 80°C，其組成為硫酸30~60 mmol/L，硫酸鈉或硫酸銨1.2 2.0 mol/L，甲醛20 100 mmol/L或戊二醛10 80 mmol/L。本發(fā)明中所用的濕法紡絲機(jī)由中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所生產(chǎn)。 鑒于膠原獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能，膠原基生物醫(yī)用材料的研究受到格外關(guān)注。膠原蛋白 _聚乙烯醇一 殼聚糖共混纖維秉承了膠原蛋白的優(yōu)良特性，不僅具有良好的生物相容 性、可生物降解性，而且其外觀純白，易于著色等深加工。同時，聚乙烯醇和殼聚糖 的引入使得該共混纖維克服了膠原蛋白的主要缺陷，如機(jī)械強(qiáng)度不夠，不耐酶、化學(xué) 作用等。通過共混纖維的改性與后處理可以達(dá)到該共混纖維的可控降解，從而大大擴(kuò) 展了膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維的應(yīng)用范疇。與現(xiàn)有的工藝技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 以動物皮為主要原材料之一，來源豐富，價廉易得，屬于農(nóng)產(chǎn)品的高附加值 轉(zhuǎn)化利用；(2) 選用合成高分子材料和天然高分子材料與膠原蛋白進(jìn)行共混改性，通過配方 及工藝條件的優(yōu)化，充分發(fā)揮三元組分的各自優(yōu)勢而彌補(bǔ)主要缺陷，使得紡絲原液的 性能得到提高；(3) 采用碳二亞胺改性可以有效提高膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維的 物理機(jī)械性能，同時達(dá)到對共混纖維降解性可控的目的；本發(fā)明所制備的膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維，其性能能夠滿足以下應(yīng)用 要求(1) 制備可控降解型醫(yī)用手術(shù)縫線;(2) 制備功能型生物醫(yī)用纖維材料，如除皺纖維，體內(nèi)軟組織重建與修復(fù)專用纖 維等；(3) 進(jìn)一步深加工，編織成各種形式的組織工程材料。
具體實施方式
下面通過實施對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，而不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人 員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實施例1:(1) 膠原溶液的配制取醫(yī)用膠原蛋白粉劑50重量份，加入2500重量份0.5 mol/L的醋酸溶液，低溫攪 拌至完全溶解；(2) 聚乙烯醇溶液的配制取聚乙烯醇固體40重量份，加入250重量份蒸餾水，于95。C水浴中攪拌溶解成均 勻溶液，冷卻后備用；(3) 殼聚糖溶液的配制取殼聚糖固體20重量份，加入800重量份蒸餾水，于4(TC水浴中攪拌溶解成均勻 溶液，冷卻后備用。(4) 共混紡絲液的配制分別將上述溶液加入到反應(yīng)釜，攪拌120min使共混液均勻一致，過濾后真空脫泡。(5) 共混纖維的制備采用濕法紡絲機(jī)，選用孔數(shù)為100，孔直徑為0.08mm的噴絲頭，以飽和硫酸鈉溶 液為凝固浴，在5(TC凝固浴溫度及0.02MPa氮?dú)鈮毫l件下噴絲，適當(dāng)?shù)臓恳ψ饔?下噴絲凝固成型，獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維粗制品。(6) 共混纖維的后處理與改性共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用體積分?jǐn)?shù)分別為60%、 75%、 85%、 95%的梯度乙醇溶液分步除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥；將共混纖維浸泡于pH為 5.5含50腿ol/L 2-N-嗎啉乙烷磺酸(2-N-morpholino ethanesulfonic acid, MES)的 60v/vy。乙醇溶液中30min，再加入l-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(l-ethyl-3-(3-dimethylamin叩ropyl) carbodiimide， EDC ) 和 N-羥基丁 二酰亞胺 (N隱hydroxysuccinimide， NHS)，使其濃度分別達(dá)到50 mmol/L和30 mmol/L，室溫下 振蕩6 h;然后將共混纖維依次用pH 7.2的PBS緩沖液、雙蒸水反復(fù)清洗； 一定負(fù)荷 下室溫干燥后，在150 'C條件下進(jìn)行熱拉伸處理，使熱拉伸率達(dá)到60%，得到白色或微黃而有光澤的目標(biāo)纖維。 實施例2(1) 膠原溶液的配制取醫(yī)用膠原蛋白粉劑25重量份，加入4000重量份0.2 mol/L的醋酸溶液，低溫攪 拌至完全溶解；(2) 聚乙烯醇溶液的配制取聚乙烯醇固體20重量份，加入150重量份蒸餾水，于95。C水浴中攪拌溶解成均 勻溶液，冷卻后備用；(3) 殼聚糖溶液的配制取殼聚糖固體50重量份，加入800重量份蒸餾水，于40。C水浴中攪拌溶解成均勻 溶液，冷卻后備用。(4) 共混紡絲液的配制分別將上述溶液加入到反應(yīng)釜，攪拌30min使共混液均勻一致，過濾后真空脫泡。(5) 共混纖維的制備采用濕法紡絲機(jī)，選用孔數(shù)為50，孔直徑為0.06 mm的噴絲頭，以飽和硫酸鈉溶 液為凝固浴，在4(TC凝固浴溫度及0.2 MPa氮?dú)鈮毫l件下噴絲，適當(dāng)?shù)臓恳ψ饔?下噴絲凝固成型，獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維粗制品。(6) 共混纖維的后處理與改性 共混纖維室溫晾干后，用柔軟毛刷除鹽并使纖維分絲，再采用體積分?jǐn)?shù)分別為60%、75%、 85%、 95%的乙醇溶液分步浸泡除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥；共混纖維經(jīng)過拉伸、 縮醛化和烘干處理后，即可獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混醫(yī)用纖維。熱拉伸 處理在IO(TC條件下進(jìn)行，使熱拉伸率達(dá)到75%，得到白色或微黃而有光澤的目標(biāo)纖 維。其中，縮醛化浴的溫度為7(TC，其組成為硫酸50mmol/L，硫酸鈉或硫酸銨1.5 mol/L，甲醛60mmol/L或戊二醛30mmol/L。 實施例3(1) 膠原溶液的配制取醫(yī)用膠原蛋白粉劑36重量份，加入3000重量份0.2 mol/L的醋酸溶液，低溫攪拌至完全溶解；(2) 聚乙烯醇溶液的配制取聚乙烯醇固體34重量份，加入188重量份蒸餾水，于95'C水浴中攪拌溶解成均 勻溶液，冷卻后備用；(3) 殼聚糖溶液的配制取殼聚糖固體16重量份，加入300重量份蒸餾水，于40'C水浴中攪拌溶解成均勻 溶液，冷卻后備用。(4) 共混紡絲液的配制分別將上述溶液加入到反應(yīng)釜，攪拌60min使共混液均勻一致，過濾后真空脫泡。(5) 共混纖維的制備采用濕法紡絲機(jī)，選用孔數(shù)為20，孔直徑為0.08 mm的噴絲頭，以飽和硫酸鈉溶 液為凝固浴，在3(TC凝固浴溫度及0.05MPa氮?dú)鈮毫l件下噴絲，適當(dāng)?shù)臓恳ψ饔?下噴絲凝固成型，獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混纖維粗制品。(6) 共混纖維的后處理與改性共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用體積分?jǐn)?shù)分別為60%、 75%、 85%、 95%的梯度乙醇溶液分步除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥；將共混纖維浸泡于pH為 5.5含70腿ol/L 2-N-嗎啉乙烷磺酸(2-N-morpholino ethanesulfonic acid， MES)的 60v/v。/。乙醇溶液中30min，再加入l-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, EDC ) 和 N-羥基丁二酰亞胺 (N-hydroxysuccinimide， NHS)，使其濃度分別達(dá)到70 mmol/L和50 mmol/L，室溫下 振蕩12h;然后將共混纖維依次用pH7.4的PBS緩沖液、雙蒸水反復(fù)清洗； 一定負(fù)荷 下室溫干燥后，在125 'C條件下進(jìn)行熱拉伸處理，使熱拉伸率達(dá)到70%，得到白色或 微黃而有光澤的目標(biāo)纖維。
權(quán)利要求
1. 一種膠原蛋白-聚乙烯醇-殼聚糖共混醫(yī)用纖維，其特征是以動物皮膚、結(jié)締組織等為主要原料制備或市售合格的膠原蛋白粉劑產(chǎn)品，以及市售聚乙烯醇和殼聚糖分析純試劑為主要原料，用相應(yīng)濃度溶液或蒸餾水配制成溶液后均勻溶液后按照一定配比混合，再通過自制紡絲機(jī)紡制成絲并用碳二亞胺或者縮醛化反應(yīng)進(jìn)行后處理改性，即可獲得膠原蛋白-聚乙烯醇-殼聚糖共混醫(yī)用纖維。其中各組分原料的重量百分比組成計為膠原蛋白(純度≥90％)25～50份聚乙烯醇(純度≥90％，平均聚合度≥1799±50) 20～40份殼聚糖(純度≥85％，脫乙酰度≥85％) 16～40份。
2.如權(quán)利要求1所述的膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混醫(yī)用纖維的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 .(1)膠原溶液的配制取醫(yī)用膠原蛋白粉劑25 50重量份，加入2000 4000重量份0.2 0.5 mol/L的醋酸溶液，低溫攪拌至完全溶解；(2) 聚乙烯醇溶液的配制取聚乙烯醇固體20 40重量份，加入150 250重量份蒸餾水，于85 95。C水浴 中攪拌溶解成均勻溶液，冷卻后備用；(3) 殼聚糖溶液的配制取殼聚糖固體16 40重量份，加入300 800重量份蒸餾水，于40 6(TC水浴中 攪拌溶解成均勻溶液，冷卻后備用。(4) 共混紡絲液的配制分別將上述溶液加入到反應(yīng)釜，攪拌30 120min使共混液均勻一致，過濾后真空 脫泡。(5) 共混纖維的制備采用濕法紡絲機(jī)，以飽和硫酸鈉溶液為凝固浴，在30 5(TC凝固浴溫度及0.02 0.2MPa氮?dú)鈮毫l件下噴絲，適當(dāng)?shù)臓恳ψ饔孟履坛尚停@得膠原蛋白一聚乙烯 醇一殼聚糖共混纖維粗制品。采用的噴絲頭可以但不局限于直徑0.06mm、 0.08 mm， 20孔、50孔或100孔。(6)共混纖維的后處理與改性方法一共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用梯度乙醇溶液分步 除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥獲得共混纖維；將共混纖維浸泡于20 70mmol/L2-N-嗎啉 乙烷磺酸(2-N-morpholino ethanesulfonic acid， MES)的40 80v/v。/。乙醇溶液中30 min， pH控制為5.0 6.5，再加入l-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide， EDC)禾口 N-f5基丁二酰亞胺(N隱hydroxysuccinimide， NHS)，使其濃度分別達(dá)到20 100mmol/L和20 50mmol/L，室溫下振蕩4h 24h; 然后將共混纖維依次用pH 7.2 7.4的PBS緩沖液、雙蒸水反復(fù)清洗； 一定負(fù)荷下室溫 干燥后，在100 200 "C條件下進(jìn)行熱拉伸處理，使熱拉伸率達(dá)到40 80%，得到白色 或微黃而有光澤的目標(biāo)纖維。方法二共混纖維室溫晾干后，物理除鹽并使纖維分絲，再采用梯度乙醇溶液分步 除鹽， 一定負(fù)荷下室溫干燥獲得共混纖維；共混纖維經(jīng)過拉伸、縮醛化和烘干處理后， 即可獲得膠原蛋白一聚乙烯醇一殼聚糖共混醫(yī)用纖維。其中，縮醛化浴的溫度為55 8(TC，其組成為硫酸30~60 mmol/L，硫酸鈉或硫酸銨1.2 2.0 mol/L，甲酸20 100 mmol/L或戊二醛10 80 mmol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膠原蛋白-聚乙烯醇-殼聚糖共混醫(yī)用纖維及其制備方法，其特點(diǎn)是膠原蛋白25～50重量份，用濃度為0.2～0.5mmol/L的醋酸水溶液溶解成溶液；聚乙烯醇20～40重量份，殼聚糖16～40重量份分別用85～95℃和40～60℃的蒸餾水溶解成不同濃度的溶液，將上述溶液按比例混合后攪拌均勻成紡絲原液；經(jīng)濕法紡絲機(jī)噴絲凝固成型，再采用碳二亞胺或醛體系進(jìn)行改性后處理，獲得膠原蛋白-聚乙烯醇-殼聚糖共混醫(yī)用纖維。
文檔編號D01F8/02GK101265621SQ200710048609
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者但衛(wèi)華, 但年華, 關(guān)林波, 葉易春, 曲健健, 睿 曾, 海 林, 米貞健, 賈淑平 申請人:成都佰樂金生物科技有限公司