阅读说明：本技术 一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法 (Method for preparing collagen fiber by wet spinning ) 是由 周媛媛 李松 赵雅光 于 2019-01-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法,首先将I型胶原在室温下溶于pH为3.0的NaAc/HAc缓冲溶液中得到高浓度胶原含量的胶原溶液,经抽真空脱泡处理,采用无水乙醇作为凝固浴,用湿法纺丝的方式制备出高含量胶原的纤维,并对纤维进行绿色交联处理,得到性能良好的胶原纤维。相对于现有技术,本发明采用NaAc/HAc缓冲溶液作为胶原的绿色溶剂,大大提高了胶原在纤维中的含量；使用无水乙醇这种在胶原湿法纺丝中不常用的凝固浴制备出胶原纤维,乙醇易挥发且无毒性；本发明整个制备方法条件温和、工艺绿色、简便,制得的胶原纤维具有良好的生物相容性和优异的力学性能,同时能达到降解速率可调控的目的,为胶原基医用复合纤维的制备和应用提供了新的途径。(The invention relates to a method for preparing collagen fiber by wet spinning, which comprises the steps of firstly dissolving I type collagen in NaAc/HAc buffer solution with the pH value of 3.0 at room temperature to obtain collagen solution with high collagen content, carrying out vacuum-pumping defoaming treatment, adopting absolute ethyl alcohol as coagulating bath, preparing fiber with high collagen content by a wet spinning mode, and carrying out green crosslinking treatment on the fiber to obtain collagen fiber with good performance. Compared with the prior art, the invention adopts NaAc/HAc buffer solution as the green solvent of collagen, thereby greatly improving the content of collagen in the fiber; the collagen fiber is prepared by using absolute ethyl alcohol which is a coagulation bath which is not commonly used in the wet spinning of the collagen, and the ethyl alcohol is volatile and has no toxicity; the whole preparation method has mild conditions and green and simple process, and the prepared collagen fiber has good biocompatibility and excellent mechanical property, can achieve the purpose of adjustable degradation rate, and provides a new way for the preparation and application of the collagen-based medical composite fiber.)

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法

技术领域

本发明属于生物医用材料的制备领域，具体涉及一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法。

背景技术

胶原构成了细胞外基质的骨架，作为一种生物大分子物质，给细胞提供了一定的抗张力和弹性，在生物体内起着非常重要的作用，目前已被广泛应用到生物医用材料领域，例如外科手术缝合线、人工皮肤、胶原海绵、人工血管等，化妆品和食品工业等。然而，胶原具有特定的三螺旋结构，分子内部存在数量众多的氢键、离子键、范德华力和疏水键等次级键作用，使胶原难以溶解在常见的溶剂中，这大大制约了胶原的应用。

目前，在研究制备胶原基生物材料的过程中，国内外研究学者经常用到的胶原溶剂有六氟异丙醇(即HFIP)、三氟化物等有机溶剂，磷酸、醋酸、盐酸等弱酸体系以及磷酸盐缓冲溶液/乙醇混合体系、离子液体等。然而，HFIP溶解胶原后，胶原的三股螺旋结构遭到破坏，致使其发生变性，无序结构增加；而在常规的弱酸溶剂中胶原的溶解度较低，不利于胶原特性的发挥，例如高韧性、高弹性等优势。醋酸是常用的胶原溶解方式，但溶解胶原浓度较低，为提高复合纺丝液的可纺性常加入大量的聚乙烯醇，导致复合纤维中胶原含量降低。（PBS）/乙醇混合溶剂的使用尽管能够避免类似于HFIP给材料带来的毒性等缺点，但是在此体系中由于PBS的使用引入了大量的盐，需要进行透析处理；而离子液体虽然以其低挥发、溶解性好、性质稳定等特点得到使用，然而离子液体也存在潜在的毒性，且溶解温度过高，导致胶原变性。因此，如何采用绿色工艺制备胶原纳米纤维，以及进一步提高性能、降低成本将会是生物医用材料今后研究开发的主要方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，其能用作缝合线、支架等医用材料，大大拓展了胶原基复合纤维在医学领域的应用。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于NaAc/HAc缓冲溶液中，室温下连续搅拌，直至I型胶原完全溶解，得到胶原溶液；

（2）将上述胶原溶液进行抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将胶原纺丝液进行湿法纺丝，待湿法纺丝得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，将上述交联处理后的纤维在室温下晾干，即得到胶原纤维成品。

所述步骤（3）中湿法纺丝过程中采用的凝固浴为无水乙醇。

所述步骤（4）交联处理中采用的交联剂为京尼平。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的pH为2.8-3.2。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的pH为3。

所述步骤（1）胶原溶液中I型胶原的浓度为50 mg/mL -200mg/mL。

所述步骤（4）交联处理的过程为：首先将京尼平溶解在丙酮与水的混合溶液中，丙酮：水的体积比为（8.5-9.5）:1，得到交联混合溶液，京尼平在交联混合溶液中的质量浓度为0.6%-1%，然后将纤维在交联混合溶液中浸泡24h-48h后取出。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的配制过程为：将乙酸钠溶于醋酸和H2O的混合溶液中，用冰醋酸调节其pH值。

所述步骤（3）湿法纺丝中纺丝温度为25-30℃。

相对于现有技术，本发明的优点如下：

1. 采用NaAc/HAc缓冲溶液作为胶原的绿色溶剂，大大提高了胶原在纤维中的含量；

2. 使用无水乙醇这种在胶原湿法纺丝中不常用的凝固浴制备出胶原纤维，乙醇易挥发且无毒性；

3. 本发明整个制备方法条件温和、工艺绿色、简便，制得的胶原纤维具有良好的生物相容性和优异的力学性能，具有微孔结构，制备的胶原纤维尺寸可控，因此能同时能达到降解速率可调控的目的，为胶原基医用复合纤维的制备和应用提供了新的途径。

附图说明

图1是实施例2所得胶原纤维的纵向结构的SEM图（放大5000倍）。

图2是实施例2所得胶原纤维的横截面的SEM图（放大10000倍）。

图3是实施例2所得胶原纤维的实物图。

具体实施方式

实施例1

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于NaAc/HAc缓冲溶液中，室温下连续搅拌，直至I型胶原完全溶解，得到胶原溶液；

（2）将上述胶原溶液进行抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将胶原纺丝液进行湿法纺丝，待湿法纺丝得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，将上述交联处理后的纤维在室温下晾干，即得到胶原纤维成品。

所述步骤（3）中湿法纺丝过程中采用的凝固浴为无水乙醇。

所述步骤（4）交联处理中采用的交联剂为京尼平。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的pH为2.8-3.2。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的pH为3。

所述步骤（1）胶原溶液中I型胶原的浓度为50 mg/mL -200mg/mL。

所述步骤（4）交联处理的过程为：首先将京尼平溶解在丙酮与水的混合溶液中，丙酮：水的体积比为（8.5-9.5）:1，得到交联混合溶液，京尼平在交联混合溶液中的质量浓度为0.6%-1%，然后将纤维在交联混合溶液中浸泡24h-48h后取出。

所述步骤（1）中NaAc/HAc缓冲溶液的配制过程为：将乙酸钠溶于醋酸和H₂O的混合溶液中，用冰醋酸调节其pH值。

所述步骤（3）湿法纺丝中纺丝温度为25-30℃。

实施例2

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.0的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为100mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度为25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.6%京尼平溶解在丙酮：水为9:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡24h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。

对上述得到的胶原纤维成品进行测试，测得胶原纤维断裂强度可达245.8N/dtex，其断裂伸长率为46%，可知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。对其进行电镜扫描得到其SEM图如图1和图2所示，从图1可以看出胶原纤维连续，表面光滑；从图2横截面图来看，胶原纤维呈现出不规则形状，这是由于在湿法纺丝纤维牵伸过程纺丝液在凝固浴中未完全定型牵伸的原因，纤维截面中间还存在粒状微孔结构，这是由于纤维内部溶剂向外扩散，而凝固剂又向纤维内部扩散，双扩散作用所导致纤维内部粒状微孔结构。图3为胶原纤维的实物图，可以看出纤维尺寸均匀，具有良好的柔韧性，可以固定卷绕。

实施例3

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为2.8的NaAc/HAc缓冲溶液中，室温下水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为50mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度为25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.6%京尼平溶解在丙酮：水为8.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡24h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例4

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.2的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解， I型胶原浓度为200mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度30℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将1%京尼平溶解在丙酮：水为9.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡48h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例5

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为2.9的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为60mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.8%京尼平溶解在丙酮：水为8.7:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡24h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例6

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为2.8的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为180mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.6%京尼平溶解在丙酮：水为8.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡48h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例7

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.2的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为50mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将1%京尼平溶解在丙酮：水为9.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡40h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例8

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.1的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为140mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度27℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.9%京尼平溶解在丙酮：水为9.2:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡30h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例9

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为2.8的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为80mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度30℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将0.6%京尼平溶解在丙酮：水为8.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡35h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例10

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.0的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为200mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度30℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将1%京尼平溶解在丙酮：水为8.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡24h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

实施例11

一种湿法纺丝制备胶原纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将I型胶原溶于pH为3.2的NaAc/HAc缓冲溶液中，浸泡一夜后25℃水浴恒温搅拌至完全溶解，得到胶原溶液，其中I型胶原浓度为50mg/mL；

（2）将上述胶原纺丝液进行过滤抽真空脱泡处理，得到胶原纺丝液；

（3）将脱泡处理后的胶原纺丝液加入到湿法纺丝实验装置中，通过注射泵将纺丝液从针头中以5mL/h的速度推出，进入以无水乙醇为凝固浴剂的凝固浴中，待湿法纺丝工艺得到的纤维充分定型后牵伸卷绕，得到胶原纤维；其中，注射器针头内径为0.08mm，纺丝温度25℃。

（4）将上述胶原纤维在室温下晾干后，进行交联处理，交联处理过程为：将1%京尼平溶解在丙酮：水为9.5:1 的溶剂中，胶原纤维在其中浸泡24h后取出，室温晾干，即得到胶原纤维成品。对上述得到的胶原纤维成品进行测试，得知该纤维具有较好的机械强度和柔韧性能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。