一种无色透明胶原水凝胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种生物材料及其制备方法，具体涉及一种无色透明胶原水凝胶及其制备方法。


背景技术：

2.胶原蛋白是结缔组织主要的结构蛋白，广泛分布于人体骨骼、皮肤、血管、韧带、软骨、肌肉和肌腱等组织、器官中，占动物总蛋白的25％～30％。作为细胞外基质的主要成分，胶原在维持细胞外基质生物学性能和结构完整性方面起重要的作用。胶原本身具有特殊的四级结构，在特定情况下可以自发聚集形成胶原纤维，并进一步形成水凝胶。然而，从色调上看，常规胶原水凝胶存在明显的“白浊”现象，即，胶原水凝胶呈现白色不透明状态，不利于胶原水凝胶在可视性材料、人工角膜等方面的应用。
3.本发明主要解决胶原水凝胶的“白浊”问题，可制备无色透明胶原水凝胶，增强胶原水凝胶的透光性。


技术实现要素：

4.本发明提供一种无色透明胶原水凝胶及其制备方法。
5.一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，依次包括如下步骤：
6.(1)将固体胶原材料溶于水中，充分溶解，离心，取上清液；
7.(2)通过碱性溶液或酸性溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至5.0-9.0；
8.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对；
9.(4)在步骤(3)所得溶液中加入交联剂；
10.(5)在步骤(4)所得溶液中加入保护分子；
11.(6)将步骤(5)所得溶液进行低温辐照处理。
12.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，所述步骤(1)中固体胶原材料选自i型、ii型、iii型、v型胶原中的一种或两种以上的组合；所述步骤(1)上清液中各种类型胶原的总浓度为大于等于0.01wt.％但小于等于10wt.％。如果胶原总浓度小于0.01wt.％，胶原溶液无法形成水凝胶；如果胶原总浓度大于10wt.％，胶原溶液中胶原分子很容易形成胶原纤维，发生“白浊”无法形成无色透明胶原水凝胶。
13.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，步骤(2)中所述酸性溶液包括水杨酸、乳酸、硫酸、酒石酸、柠檬酸、磷酸、草酸、乙酸、乙二酸、琥珀酸、盐酸、马来酸、苯甲酸、硝酸、苹果酸、烟酸、磷酸二氢钠和甲酸中的至少一种；所述碱性溶液包括四甲基乙二胺、氢氧化钠、三乙胺、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁、氨水、磷酸氢二钠和碳酸氢钠中的至少一种。胶原水溶液在ph中性条件下很容易发生“白浊”现象，通过酸性溶液或碱性溶液精确调控胶原水溶液ph值，比如ph＝6.9或ph＝7.9，确保胶原分子不发生聚集形成胶原纤维。酸性溶液或碱性溶液的浓度范围为0.01m
–
2m。
14.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，所述步骤(3)中特定离子/分
子对包括hpo
42-‑
柠檬酸、hco
3-‑
柠檬酸、co
32-‑
柠檬酸、h2po
4-‑
柠檬酸、po
43-‑
柠檬酸、ac-‑
柠檬酸、ac-‑h+-nh
4+
、hac-ac-、hac-ac-‑
nh
4+
、po
43-‑h+-三乙胺、hpo
42-‑h+-三乙胺、h2po
4-‑h+-三乙胺、po
43-‑
hpo
42-、tris-hac、tris-h2po
4-、tris-nh
4+
、tris-h
+
、tris-盐酸赖氨酸、tris-盐酸赖氨酸-乙二胺四醋酸根离子、po
43-‑
h2po
4-、hpo
42-‑
h2po
4-、hpo
42-‑
nh
4+
、h2po
4-‑
hco
3-、h2po
4-‑
co
32-、nh
4+-nh3中的至少一种。通过特定离子/分子对调控胶原水溶液的离子环境，阻止胶原分子自组装形成胶原纤维，保持胶原水溶液的均质流动性，从而阻止发生“白浊”现象。特定离子/分子对的浓度范围为0.1m
–
10m。
15.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，所述步骤(4)中交联剂包括nhs酯、磺酰氯、酸酐、氟苯基酯、原花青素、京尼平、醛、异硫氰酸酯、异氰酸酯、酰基叠氮化物、环氧化物、芳基卤化物、酰亚胺酯、碳二亚胺中的至少一种。交联剂的浓度范围为0.0001％-5％。
16.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，所述步骤(5)中保护分子包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温、曲拉通、乙二醇、苯丙氨酸、脯氨酸、卵磷脂、谷氨酸、赖氨酸、半胱氨酸、芒果苷、甘氨酸、天冬氨酸、正丁醇、丙二醇、乙二胺四乙酸钠盐、硬脂酸、司盘、甘油和明胶中的至少一种。加入保护分子主要为了减弱辐照处理对胶原分子活性的影响。保护分子的浓度范围为1％-50％。
17.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法，其中，所述步骤(6)中低温辐照处理的低温范围为-20
–
5℃。采用低温条件主要为了减弱辐照处理对胶原分子活性的影响。
18.使用本发明任意一种无色透明胶原水凝胶的制备方法所制备的无色透明胶原水凝胶。
19.本发明一种无色透明胶原水凝胶，其中，所述无色透明胶原水凝胶的浊度范围为0.01
×
10
4-2
×
104ntu。
20.本发明的有益效果：在胶原分子形成胶原水凝胶过程中，胶原分子会自组装形成胶原纤维，形成的胶原水凝胶通常呈白色不透明状态，导致胶原水凝胶无法用于可视性材料、人工角膜等方面。为了增强胶原水凝胶的透明度，本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法中主要通过精确调控胶原溶液的ph值和添加特定离子/分子对发生协调作用，平衡胶原分子的表面电荷，增强溶液中的离子强度等，从而尽可能降低胶原分子的自组装行为；在此基础上加入合适的交联剂使胶原分子缓慢温和发生交联反应，避免快速交联形成更多胶原纤维，从而避免胶原水凝胶透明度降低。为了进一步满足无色透明胶原水凝胶在医疗器械中的灭菌灭活要求，避免辐照处理对无色透明胶原水凝胶中胶原分子的影响而导致透明度降低，本发明制备方法中进一步增加了添加保护分子和低温处理的步骤，尽可能减少辐照处理对胶原分子的影响。通过以上步骤，可以制备稳定的无色透明胶原水凝胶。
附图说明
21.图1为胶原水凝胶透光性效果图(图1a是实施例1样品，图1b是实施例2样品，图1c是实施例3样品，图1d是实施例4样品，图1e是实施例5样品，图1f是对比例1样品，图1g是对比例2样品、图1h是对比例3样品，图1i是对比例4样品、图1j是对比例5样品)。
具体实施方式
22.实施例1
23.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
24.(1)将1g i型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
25.(2)通过1m氢氧化镁溶液或0.1m乙酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至7.8；
26.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对h2po
4-‑
柠檬酸，浓度为0.1m；
27.(4)在步骤(3)所得溶液中加入0.01％原花青素；
28.(5)在步骤(4)所得溶液中加入5％正丁醇；
29.(6)将步骤(5)所得溶液在0℃进行电子束辐照处理。
30.实施例2
31.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
32.(1)将0.1g ii型胶原和0.4g iii型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
33.(2)通过0.5m氨水溶液或1m草酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至7.1；
34.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对tris-h2po
4-，浓度为1m；
35.(4)在步骤(3)所得溶液中加入0.001％京尼平和1％异氰酸酯；
36.(5)在步骤(4)所得溶液中加入1％甘油和2％吐温；
37.(6)将步骤(5)所得溶液在-5℃进行co
60
辐照处理。
38.实施例3
39.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
40.(1)将20g i型胶原、0.6g iii型胶原和5gv型胶原溶于1000ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
41.(2)通过0.2m氢氧化钠溶液或1m盐酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至6.5；
42.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对tris-盐酸赖氨酸-乙二胺四醋酸根离子，浓度为2m；
43.(4)在步骤(3)所得溶液中加入1％nhs酯；
44.(5)在步骤(4)所得溶液中加入5％乙二醇和10％芒果苷；
45.(6)将步骤(5)所得溶液在5℃进行γ射线辐照处理。
46.实施例4
47.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
48.(1)将5g ii型胶原和5g ii型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
49.(2)通过0.2m碳酸钠、0.01m氢氧化钾或2m乙二酸、1m琥珀酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至5.0；
50.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对po
43-‑
hpo
42-、h2po
4-‑
柠檬酸、tris-h2po
4-，浓度为分别为0.5m、10m、1m；
51.(4)在步骤(3)所得溶液中加入0.2％异硫氰酸酯、5％nhs酯和0.5％酰基叠氮化物；
52.(5)在步骤(4)所得溶液中加入2％苯丙氨酸、1％曲拉通和50％赖氨酸；
53.(6)将步骤(5)所得溶液在-20℃进行co
60
辐照处理。
54.实施例5
55.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
56.(1)将0.1g ii型胶原溶于1000ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
57.(2)通过2m四甲基乙二胺、1m磷酸氢二钠溶液或0.1m柠檬酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至9.0；
58.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对hac-ac-、h2po
4-‑
co
32-、nh
4+-nh3，浓度分别为1m、1m、5m；
59.(4)在步骤(3)所得溶液中加入0.5％磺酰氯和0.5％酰亚胺酯；
60.(5)在步骤(4)所得溶液中加入1％十二烷基苯磺酸钠和5％丙二醇；
61.(6)将步骤(5)所得溶液在4℃进行γ射线辐照处理。
62.实施例6
63.无色透明胶原水凝胶效果比较试验
64.一、对比胶原水凝胶的制备
65.对比例1：一种胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
66.(1)将1g i型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
67.(2)通过1m氢氧化镁溶液或0.1m乙酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值7.4中性。
68.对比例2：一种胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
69.(1)将1g i型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
70.(2)通过1m氢氧化镁溶液或0.1m乙酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至7.8；
71.(3)将步骤(2)所得溶液在0℃进行电子束辐照处理。
72.对比例3
73.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
74.(1)将20g i型胶原、0.6g iii型胶原和5gv型胶原溶于1000ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
75.(2)在步骤(1)所得溶液中加入1％nhs酯；
76.(3)在步骤(2)所得溶液中加入5％乙二醇和10％芒果苷；
77.(4)将步骤(3)所得溶液在5℃进行γ射线辐照处理。
78.对比例4
79.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
80.(1)将5g ii型胶原和5g ii型胶原溶于100ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
81.(2)通过0.2m碳酸钠、0.01m氢氧化钾或2m乙二酸、1m琥珀酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至5.0；
82.(3)在步骤(2)所得溶液中添加特定离子/分子对po
43-‑
hpo
42-、h2po
4-‑
柠檬酸、tris-h2po
4-，浓度为分别为0.5m、10m、1m；
83.(4)将步骤(3)所得溶液在-20℃进行co
60
辐照处理。
84.对比例5
85.一种无色透明胶原水凝胶的制备，其中，依次包括如下步骤：
86.(1)将0.1g ii型胶原溶于1000ml水中，充分溶解，离心，取上清液；
87.(2)通过2m四甲基乙二胺、1m磷酸氢二钠溶液或0.1m柠檬酸溶液调节步骤(1)所得上清液的ph值至9.0；
88.(3)将步骤(2)所得溶液在4℃进行γ射线辐照处理。
89.二、效果试验对比
90.(1)胶原水凝胶浊度测试：胶原水凝胶的浊度在浊度仪(tzd-bz-905,suzhou diagvita technology co.,ltd.)上观察，波长为625nm。测试结果见表1。胶原水凝胶透光性效果图见图1，其中，图1a是实施例1样品，图1b是实施例2样品，图1c是实施例3样品，图1d是实施例4样品，图1e是实施例5样品，图1f是对比例1样品，图1g是对比例2样品、图1h是对比例3样品，图1i是对比例4样品、图1j是对比例5样品。
91.表1胶原水凝胶浊度测试
92.样品浊度(
×
104ntu)样品浊度(
×
104ntu)实施例10.15
±
0.02对比例110.27
±
1.37实施例20.09
±
0.01对比例215.63
±
2.46实施例31.11
±
0.02对比例318.03
±
0.73实施例42.00
±
0.63对比例420.34
±
1.77实施例50.01
±
0.002对比例57.83
±
1.54
93.由表1可知，在实施例1-5中胶原水凝胶浊度很低，图1a中实施例1的胶原水凝胶非常透明，可以清晰观察到材料底部的文字，同样的，图1b-1e中胶原水凝胶透明度也很高，可以透过胶原水凝胶看到注射器刻度值；而对比例1-5中胶原水凝胶的浊度很大，图1f中胶原水凝胶非常浑浊，无法观察到材料底部的文字，同样的，图1g-1j中胶原水凝胶非常模糊，透光性很差，基本不能看到注射器刻度值。
94.本发明一种无色透明胶原水凝胶的制备方法中主要通过精确调控胶原溶液的ph值和添加特定离子/分子对发生协调作用，平衡胶原分子的表面电荷，增强溶液中的离子强度等，从而尽可能降低胶原分子的自组装行为；在此基础上加入合适的交联剂使胶原分子缓慢温和发生交联反应，避免快速交联形成更多胶原纤维，从而避免胶原水凝胶透明度降低。为了进一步满足无色透明胶原水凝胶在医疗器械中的灭菌灭活要求，避免辐照处理对无色透明胶原水凝胶中胶原分子的影响而导致透明度降低，本发明制备方法中进一步增加了添加保护分子和低温处理的步骤，尽可能减少辐照处理对胶原分子的影响。通过以上步骤，可以制备稳定的无色透明胶原水凝胶。
95.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。