本發明涉及生物醫用材料，具體涉及一種光交聯絲膠蛋白水凝膠的制備方法。

背景技術：

1、水凝膠作為一種親水性的交聯聚合物網絡，因其能夠吸收并保留大量水分而備受關注。這種獨特的性質使得水凝膠在模擬人體軟組織方面展現出巨大的潛力，特別是在組織工程中的支架材料、醫療植入物以及傷口敷料等領域得到了廣泛應用。水凝膠的制備通常涉及理化交聯過程，從而形成穩定的聚合物網絡結構，這種結構既包含了交聯的固體成分，也包含了液體成分，使其類似于生物體內的軟組織。

2、絲膠蛋白(ss)作為一種天然大分子蛋白，主要包裹在絲素纖維的表層。在蠶繭中，絲膠蛋白的含量雖然不到30％，但其獨特的分子結構和化學組成賦予了它多種生物活性。絲膠蛋白的分子量主要分布在20-400kda之間，是一種水溶性球狀蛋白，含有18種氨基酸，其中絲氨酸(ser)、天冬氨酸(asp)和甘氨酸(gly)的含量較高。然而，在實際生產中，絲膠蛋白往往作為紡織工業的副產品而被忽視和丟棄，這不僅造成了環境污染，還導致了資源的極大浪費。

3、近年來，隨著對絲膠蛋白的深入研究，研究者們逐漸認識到其潛在的應用價值。絲膠蛋白具有親水保濕性、抗菌性、抗氧化性、抗紫外線以及抑制酪氨酸酶活性等多種生物活性，此外還能支持細胞黏附和增殖，以及刺激細胞分化。這些特性使得絲膠蛋白成為制備水凝膠的理想材料之一。目前已有報道將絲膠蛋白制備成水凝膠，并應用于藥物載體或組織工程領域。絲膠蛋白水凝膠的制備方法多種多樣，包括物理處理法(高溫高壓自組裝、超聲法等)、化學交聯(戊二醛交聯、京尼平交聯等)、酶交聯(hrp/h2o2酶促原位交聯等)以及光交聯等。然而，這些方法在實際應用中均存在一定的局限性。例如，使用絲素缺陷型突變蠶繭作為絲膠原材料的研究，其原材料來源有限，且不能有效解決絲膠蛋白作為工業副產物被丟棄所造成的環境問題；通過低溫溴化鋰的方式提取的絲膠蛋白只能以溶液的狀態低溫短期保存，溶液狀態下使用不確定性因素較多；采用高溫堿水法提取絲膠蛋白雖然可行，但在高溫堿性條件下，絲膠蛋白大分子鏈容易被降解成分子量較小的多肽鏈，導致純絲膠蛋白難以直接成膠，通常需要加入其他高分子聚合物來制備多單體復合水凝膠。

4、光交聯水凝膠是一種通過光觸發方式使水溶性小分子、預聚物或高分子骨架發生交聯反應而形成的水凝膠。這種交聯方式具有非物理接觸光觸發交聯、交聯過程可控程度高、交聯效率高以及交聯條件簡單等優點。在生物材料領域，光交聯制備水凝膠的反應原理主要包括光引發自由基交聯反應、光點擊交聯反應或光偶聯交聯反應，其中光引發自由基交聯反應是應用最早也是最普遍的方法。絲膠蛋白作為一種生物大分子，擁有豐富的極性基團，如羥基、羧基和氨基等，這些基團可以接枝不同的功能性基團以制備光交聯絲膠水凝膠。在制備過程中，需要在絲膠蛋白上接枝光交聯基團，如甲基丙烯酰胺(ma)和甲基丙烯酸縮水甘油酯(gma)，它們主要接枝在絲膠的氨基、羥基與羧基上，形成甲基丙烯酰化絲膠蛋白(serma)。

5、然而，傳統制備光交聯絲膠蛋白水凝膠的方法存在一些問題。已報道的高溫堿水法提取絲膠蛋白制備光交聯絲膠蛋白水凝膠需要經過兩次透析步驟(一次去鹽透析，一次去改性單體透析)以及多次凍干過程，這導致制備流程冗長，效率低下，且容易造成絲膠溶液變質，實驗資源利用率低。具體而言，傳統的制備流程通常包括：首先通過熱堿水法提取絲膠蛋白，然后進行第一次透析以去除鹽離子，接著凍干得到絲膠蛋白粉末。隨后，將絲膠蛋白粉末溶解在特定的溶劑中，滴加甲基丙烯酸酐或其他改性劑進行改性，改性完成后再進行第二次透析以去除多余的改性單體，最后再次凍干得到甲基丙烯?；z膠蛋白粉末。這一過程不僅耗時較長，而且多次的透析和凍干步驟增加了制備成本和操作復雜性。此外，不同的改性劑對環境的ph值有不同的要求。例如，ma改性通常在堿性環境下進行，而gma改性則在中性或弱酸性環境下進行。這進一步增加了制備過程中的變量和復雜性。

6、因此，開發一種高效、簡便且適用于大規模生產的光交聯絲膠蛋白水凝膠制備方法顯得尤為重要。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種光交聯絲膠蛋白水凝膠的制備方法，僅采用一步透析和一步凍干，使得制備甲基丙烯酰化絲膠蛋白的效率大大提高，并且通過調節絲膠蛋白與甲基丙烯酸酐的配比，進一步提高了光交聯絲膠蛋白水凝膠的成型性。

2、本發明的上述目的是通過以下技術方案予以實現的：

3、本發明提供一種光交聯絲膠蛋白水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)采用碳酸鈉(na2co3)水溶液對生絲進行脫膠處理，取出脫膠絲后得到脫膠溶液；

5、(2)向步驟(1)得到的脫膠溶液中加入甲基丙烯酰胺(ma)，在55-65℃下進行改性，對改性后的絲膠蛋白進行透析、過濾、離心、凍干處理，得到甲基丙烯酰化絲膠蛋白(serma)凍干粉末；

6、(3)將步驟(2)得到的甲基丙烯?；z膠蛋白凍干粉末、光引發劑和溶劑混合，得到光交聯絲膠蛋白水凝膠的前驅體溶液，對所述光交聯絲膠蛋白水凝膠的前驅體溶液進行紫外光照射，固化后得到所述光交聯絲膠蛋白水凝膠。

7、本發明通過改進工藝流程，采用ma直接改性堿性含鹽(na2co3)絲膠蛋白溶液，縮短了制備流程，提高了制備工藝的效率。具體地，減少了去鹽透析和凍干絲膠粉末的流程，直接采用高溫堿水法提取絲膠蛋白，利用得到的含鹽絲膠蛋白溶液的堿性環境，作為甲基丙烯酸酐的改性環境(無需將絲膠蛋白粉末溶解在堿性的pbs溶液中)，直接改性絲膠蛋白，通過簡單的過濾離心之后，僅通過一步透析除去多余的甲基丙烯酸酐單體，再通過凍干得到serma粉末可長期保存。然后將serma粉末、光引發劑和溶劑經充分混合和紫外激發交聯制成具有良好的生物學性能的光交聯絲膠蛋白水凝膠。

8、進一步地，步驟(1)中，所述碳酸鈉水溶液中碳酸鈉的濃度為0.1-0.5g/l。

9、進一步地，步驟(1)中，所述脫膠處理的時間為2-3h。

10、具體地，步驟(1)中，采用碳酸鈉水溶液在煮沸狀態下對生絲進行脫膠處理，取出脫膠絲后經過濾得到脫膠溶液。

11、進一步地，步驟(2)中，所述脫膠溶液中絲膠蛋白的濃度為0.01-0.02g/ml。

12、甲基丙烯?；z膠蛋白(serma)的制備原理是利用甲基丙烯酸酐(ma)對脫膠溶液進行化學修飾，使ma取代脫膠溶液中絲膠蛋白(ss)分子鏈上的伯胺基團合成serma，從而在ss分子上引入雙鍵，使其具有光敏性，可在光引發劑存在時進行聚合，用于光交聯形成光交聯絲膠蛋白水凝膠。

13、進一步地，步驟(2)中，所述脫膠溶液中絲膠蛋白與甲基丙烯酰胺的用量比為1g:(0.1-2)ml，優選為1g:(0.5-2)ml。

14、通過調節絲膠蛋白與甲基丙烯酸酐的配比來優化甲基丙烯化絲膠蛋白的甲基丙烯基團的接枝率，進一步提高光交聯絲膠蛋白水凝膠的成型性。

15、進一步地，步驟(2)中，所述改性的時間為6-7h。

16、進一步地，步驟(3)中，所述甲基丙烯?；z膠蛋白凍干粉末與溶劑的用量比為(0.1-0.2)g:1ml。

17、進一步地，步驟(3)中，所述光引發劑與溶劑的用量比為(0.002-0.01)g:1ml。

18、進一步地，步驟(3)中，所述光引發劑為苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸鋰鹽(lap)。

19、進一步地，步驟(3)中，所述溶劑為水。

20、進一步地，步驟(3)中，所述紫外光照射的條件為：紫外光的波長為395-405nm，光照強度為20-30mw/cm2。

21、進一步地，步驟(3)中，所述紫外光照射的時間為30s-10min，優選為3-10min。

22、本發明的有益效果：

23、本發明構建了一種制備時間更短、制備流程更為簡單、制備效率更高的光交聯絲膠蛋白水凝膠的方法，將常規制備流程的兩步透析和兩步凍干精簡至一步透析和一步凍干，使原本的長達兩個星期的serma制備流程縮短一倍。本發明提供的制備方法中所用原材料可為天然生絲的脫膠廢水，原材料來源廣泛，減少資源浪費，制備得到的光交聯絲膠水凝膠具有良好的生物相容性和穩定的理化性質，在組織工程領域和再生醫學領域具有較大的應用潛力。