CN114618010A - 一种具有多功能的角蛋白基水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶及其制备方法，属于生物质材料领域。本发明通过还原法制备角蛋白，然后以角蛋白为基材，在pH为10～13的碱性条件下对角蛋白溶液进行处理，最终获得具有动态共价交联的角蛋白基水凝胶。本发明的角蛋白水凝胶制备方法简单且成胶时间短，且本发明的角蛋白水凝胶具有可注射、自修复和自适应功能，在生物医用材料、组织工程及药物输送等方面具有广阔的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于生物质材料领域，特别涉及一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶及其制备方法。
背景技术
随着生物材料的发展，智能伤口愈合材料已经成为生物医学领域关注的材料之一。与传统材料相比，智能材料可以适应不同的需求，并适应环境变化[Lei Z Y,Wang,Q K,Sun S T,et al.A bioinspired mineral hydrogel as a self-healable,mechanicallyadaptable ionic skin for highly sensitive pressure sensing.AdvancedMaterials,2017,29(22):1700321.1-6.；Zhang L Z,Liu Z H,Wu X L,et al.A highlyefficient self-healing elastomer with unprecedented mechanicalproperties.Advanced materials,2019,31(23):1901402.1-8]，Yongsan Li等人[Li Y,Wang X,Fu Y,et al.Self-adapting hydrogel to improve the therapeutic effect inwound-healing.ACS Applied Materials&Interfaces,2018,10:26046-26055.]现了基于壳聚糖的自修复水凝胶的自适应特性，该固体凝胶独特的移动性来自于它的动态席夫碱网络，在大鼠肝脏撕裂伤的愈合过程中，这种自适应水凝胶表现出优于传统药物递送方法的显著优势，这表明这种自适应水凝胶具有巨大的潜力，可作为有前途的生物医学应用新材料。尽管具有介于固体和液体性质之间的性能的水凝胶具有用作智能敷料的潜力，能够帮助减轻患者伤口表面过热所引起的疼痛，但大多数常规水凝胶敷料仍需要在使用前进行准备和成形[Zhao W,Sharon G.A self-healing hydrogel as an injectable instructivecarrier for cellular morphogenesi.Biomaterials,2018,185:86-96.；Li L,Wang N,Xun J,et al.Biodegradable and injectable in situ cross-linking chitosan-hyaluronic acid based hydrogels for postoperative adhesionprevention.Biomaterials,2014,35(12):3903-3917.；Khan M,Koivisto J,Hukka T,etal.Composite hydrogels using bioinspired approach within situ fast gelationand self-healing ability as future injectable biomaterial.Acs AppliedMaterials&Interfaces,2018,10(14):11950-11960.]。因此，对于开发可以用于治疗不规则伤口的高级伤口修复材料，制备具有快速自我修复能力的可注射、自适应水凝胶非常重要。
发明内容
长时间以来，人们已经掌握了如何从动物的毛、发、甲或羽毛等表皮结构中提取角蛋白，并应用于纺织和化妆品领域。由于角蛋白具有伤口敷料所需的许多关键特征，例如，吸收伤口渗出物时形成凝胶的能力、良好的吸水性、最佳的水蒸气透过率、无毒性和可生物降解性、促进止血、促进成纤维细胞的增殖和迁移以及胶原蛋白的产生等，角蛋白可以显著促进伤口愈合。同时，基于角蛋白的光敏生物墨水可通过三维(3D)打印形成复杂支架以用于治疗局部的皮肤烧伤，实验表明所印制的水凝胶在猪热灼伤模型上具有改善的体内愈合参数[Navarro J,Clohessy RM,Holder RC.In vivo evaluation of three-dimensionalprinted,keratin-based hydrogels in a porcine thermal burn model.TissueEngineering Part A,2020 26(5-6):265-278.]。因此，本发明选择以角蛋白为原材料制备可注射、自修复和自适应的水凝胶。
然而，传统角蛋白水凝胶功能较为单一，不具有剪切稀化和自修复等功能。角蛋白的部分二硫键可以通过还原生成游离巯基，并且所得角蛋白平均分子量较大。经过还原处理的角蛋白中含有的二硫键和巯基还可以用于构建二硫键-巯基交换化学反应，在该反应中巯基氧化形成二硫键；但是，在生理条件(pH值7.4)下该反应的进行非常缓慢，这是因为该反应涉及到硫醇基团的去质子化，以及硫醇盐离子(RS-)的形成，硫醇盐离子(RS-)再与氧分子反应以产生反应性自由基物质【Daniel Bermejo-Velasco D,Azemar A,Oommen O P,et al.Modulating thiol pKa promotes disulfide formation at physiological pH:An elegant strategy to design disulfide crosslinked hyaluronic acidhydrogels.Biomacromolecules,2019,20(3):1412–1420.】。由于硫醇的pKa约为8-10，因此碱性条件(pH>8.5)可以驱动该反应向正向进行。形成二硫键的另一种策略是二硫键交换反应，该反应仍然涉及巯基的去质子化，所得产物继续与具有不稳定巯基的其他二硫键进行亲核取代反应。动态共价交联水凝胶不仅具有可以模仿动态细胞外基质的独特理化特性，而且还具有剪切稀化、自我修复甚至自适应等功能。水凝胶的可逆性可以通过一下方式实现：可逆的物理相互作用(例如氢键相互作用，疏水性自组装以及主体-客体相互作用)，或者建立动态的共价键，包括亚胺键、硼酸酯键、二硫键和Diels-Alder反应【Teng L,Chen Y,Jia Y G,et al.Supramolecular and dynamic covalent hydrogel scaffolds:fromgelation chemistry to enhanced cell retention and cartilage regeneration[J].J.Mater.Chem.B,2019,7(43).】。因此，本发明选在通过两次碱处理，利用角蛋白的巯基-二硫键交换(可逆键的断裂和重整)来开发具有动态共价交联的水凝胶，使之具有剪切稀化、自修复甚至自适应(自动适应不断变化的环境)等功能。
本申请的目的是提供一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
本发明提供的一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法包括两个碱处理步骤：
(1)以普通生物材料为原材料使用碱溶液进行处理制备角蛋白；
(2)以步骤(1)中制备的角蛋白为原料通过第二次碱处理制备具有可注射、自修复和自适应功能的水凝胶；
所述普通生物材料选自经过脱脂和清洁处理的人发、羊毛、指甲、牛角和禽类羽毛中的任一种。
优选地，所述步骤(1)包括以下操作程序：①称取原材料1重量份，剪碎至1cm左右；②将原材料置于pH值为10至13的碱溶液中，在30至55℃下低速搅拌处理4至12小时；③过滤或离心获得角蛋白混合液，将所述角蛋白混合液通过截留分子量为3000Da的透析装置透析48h，冷冻干燥得到所述角蛋白。
优选地，所述步骤(2)包括以下操作程序：①将所述角蛋白以5％至30％的质量浓度溶解于去离子水中；②采用碱性试剂将所述角蛋白溶液的pH值调节至9至11，然后在20至40℃下处理0.2至3.0小时，获得具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
优选地，所述步骤(1)中的碱溶液含有0.01至0.5mol/L的还原剂，所述还原剂为L-半胱氨酸、硫化钠、巯基乙酸、巯基乙醇或亚硫酸氢钠中的任一种。
优选地，所述步骤(1)中的碱溶液还含有0.02至0.5mol/L十二烷基硫酸钠和0.1至2.0mol/L尿素。
优选地，所述碱是氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸氢钠中的任一种。
附图说明
图1是角蛋白在偏碱性条件下的巯基-二硫键交换反应示意图；
图2是本发明实施例和对比例中的样品在倾斜相同角度情况下的流动状态图；
图3是本发明实施例中水凝胶的可注射性和自修复特性的图；
图4是本发明实施例中的不同水凝胶之间的互相修复特性的图；
图5是本发明水凝胶在重力驱动下随时间的动态运动的图；
图6是使用本发明水凝胶浸提液培养L929细胞24h的生长情况；
图7是实施例3的水凝胶在扭曲前后在猪皮肤组织上粘附的图。
具体实施方式
以下通过实施例以对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是，以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果本领域技术人员根据上述本发明内容对本发明作出非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
实施例1
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.01mol/L L-半胱氨酸溶液50mL，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，置于55℃烘箱中，提取4小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末50mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为9，在40℃下静置3小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例2
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.5mol/L巯基乙酸溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至11。称取2.5g清洁牛角，压碎至1cm并置于上述溶液中，在45℃下提取5小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末100mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为9.5，在20℃下静置2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例3
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.1mol/L硫化钠溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至12。称取2.5g脱脂羽毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在40℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末150mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10，在30℃下静置1小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例4
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.2mol/L巯基乙醇溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至13。称取2.5g脱脂指甲，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在35℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末200mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10.5，在25℃下静置0.5小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例5
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.05mol/L亚硫酸氢钠溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至10.5。称取2.5g脱脂指甲，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在30℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末300mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为11，在35℃下静置0.2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例6
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.1mol/L L-半胱氨酸溶液50mL，其中含有0.01mol/L十二烷基硫酸钠，使用氢氧化钾调节溶液pH值至13。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在30℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末300mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钾溶液调节溶液pH值为11，在20℃下静置0.2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例7
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.2mol/L巯基乙酸溶液50mL，其中含有0.1mol/L十二烷基硫酸钠，使用氢氧化钾调节溶液pH值至12。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在35℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末250mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钾溶液调节溶液pH值为10.5，在25℃下静置0.5小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例8
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.4mol/L硫化钠溶液50mL，其中含有0.2mol/L十二烷基硫酸钠，使用氢氧化钾调节溶液pH值至11。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在40℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末200mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钾溶液调节溶液pH值为10，在30℃下静置1小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例9
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.3mol/L巯基乙酸溶液50mL，其中含有0.3mol/L十二烷基硫酸钠，使用氢氧化钾调节溶液pH值至10.5。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在45℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末100mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钾溶液调节溶液pH值为9.5，在35℃下静置2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例10
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.5mol/L亚硫酸氢钠溶液50mL，其中含有0.5mol/L十二烷基硫酸钠，使用氢氧化钾调节溶液pH值至10。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在55℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末50mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钾溶液调节溶液pH值为9，在40℃下静置3小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例11
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.5mol/L L-半胱氨酸溶液50mL，其中含有0.1mol/L尿素，使用碳酸氢钠调节溶液pH值至12。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在40℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末250mg溶于1mL去离子水，使用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为10，在30℃下静置2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例12
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.4mol/L巯基乙酸溶液50mL，其中含有0.2mol/L尿素，使用碳酸氢钠调节溶液pH值至10。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在30℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末300mg溶于1mL去离子水，使用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为9.5，在35℃下静置1小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例13
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.01mol/L硫化钠溶液50mL，其中含有0.5mol/L尿素，使用碳酸氢钠调节溶液pH值至11。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在55℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末50mg溶于1mL去离子水，使用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为11，在25℃下静置3小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例14
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.3mol/L巯基乙醇溶液50mL，其中含有1mol/L尿素，使用碳酸氢钠调节溶液pH值至13。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在45℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末200mg溶于1mL去离子水，使用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为9.5，在40℃下静置0.2小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
实施例15
一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法如下：
(1)配制0.2mol/L亚硫酸氢钠溶液50mL，其中含有2mol/L尿素，使用碳酸氢钠调节溶液pH值至11.5。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在35℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末100mg溶于1mL去离子水，使用碳酸氢钠溶液调节溶液pH值为10.5，在20℃下静置0.5小时得到具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
对比例1
(1)配制0.01mol/L L-半胱氨酸溶液50mL，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10。称取2.5g脱脂羊毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，置于55℃烘箱中，提取4小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末50mg溶于1mL去离子水，在40℃下静置3小时得到对比样1。
对比例2
(1)配制0.5mol/L巯基乙酸溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至11。称取2.5g清洁牛角，压碎至1cm并置于上述溶液中，在45℃下提取5小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末100mg溶于1mL去离子水，在20℃下静置2小时得到对比样2。
对比例3
(1)配制0.1mol/L硫化钠溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至12。称取2.5g脱脂羽毛，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在40℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末100mg溶于1mL去离子水，在30℃下静置1小时得到对比样3。
对比例4
(1)配制0.2mol/L巯基乙醇溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至13。称取2.5g脱脂指甲，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在35℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末200mg溶于1mL去离子水，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10.5，在25℃下静置0.5小时得到对比样4。
对比例5
(1)配制0.05mol/L亚硫酸氢钠溶液50mL，使用氢氧化钠调节溶液pH值至10.5。称取2.5g脱脂指甲，剪碎至1cm并置于上述溶液中，在30℃下提取15小时。立即过滤，取滤液装入截留分子量3000Da的透析袋中进行透析，透析2天后进行冷冻干燥，获得角蛋白粉末。
(2)称取角蛋白粉末300mg溶于1mL去离子水，在35℃下静置0.2小时得到对比样5。
性能测试：
自由流动性：在实验条件下分别取实施例和对比例中获得的水凝胶0.5mL装入透明玻璃样品瓶，倾斜相同角度，观察样品状态。如图2所示，通过两个阶段碱处理获得的样品呈较为粘稠的凝胶状态，而对比例中获得的样品呈任意流动的溶液状态。
注射实验：将实施例中的水凝胶装入5mL的注射器中，将水凝胶手动挤出到模具上。通过落在模具上的形态以评价水凝胶的可注射性。在挤压时通过手压水凝胶平顺地通过尺寸为200μm的针头并且挤出到模具上的水凝胶具有固定的形状(参看图3)，注射初期水凝胶具有较粗糙的表面，但是粗糙表面随即变得很光滑，表明所获得的水凝胶具有良好的可注射和自修复特性。
自我修复特性：参看图4，通过注射器将水凝胶注射到圆盘中，观察并记录水凝胶的原始状态，在不同时间间隔拍摄照片以记录其外观。此外，通过分别将实施例2和实施例3的水凝胶放置于同一圆盘中(间隔一定的距离)，观察并记录两块水凝胶的原始状态，并且在不同时间间隔拍摄照片用于评价水凝胶的自修复特性。图4显示了实施例2和实施例3的水凝胶随着时间移动，最终两块水凝胶重新连接在一起，进一步证明了角蛋白基水凝胶的自我修复特性。
自适应性：参看图5，在样品瓶里放入两层球形玻璃珠用以模拟动物内部组织的不同形态。将制备好的水凝胶加入样品瓶中，在不同时间间隔拍摄照片以记录水凝胶在样品瓶中的形态变化，用以验证水凝胶的自适应性。在实施例中获得的水凝胶由于重力和表面张力的作用，逐步覆盖底层的珠子，说明在实施例中获得的水凝胶具有良好的自适应性。由此，自适应水凝胶能够通过改变形状更好与伤口贴合，达到更好的治疗效果和药物输送的目的。
细胞毒性：参看图6，采用间接接触法-浸提液法评估实施例1、实施例2和实施例3中水凝胶的细胞毒性，采用小鼠成纤维细胞(L929)进行测试，测试标准为ISO 10993。在24h时，对照组和样品组细胞形态多为纺锤形或星形结构，生长状态相似，细胞生长状态良好。观察结果表明水凝胶浸提液无明显的细胞毒性。
皮肤黏附性：参看图7，进行扭转实验以研究水凝胶对猪皮的粘附性。简言之，通过注射器在猪皮的表面上原位形成水凝胶。然后，在猪皮上施加扭转应力来模拟测试水凝胶在动物皮肤上的粘附柔韧性。由图7可知，在受到外力作用下，水凝胶仍能很好地与皮肤黏附，表明该水凝胶具有作为伤口敷料的潜在能力。
综上，本发明通过两个碱处理步骤获得的角蛋白基水凝胶通过巯基-二硫键交换反应获得了动态共价交联，使得所获得的角蛋白基水凝胶具有优异的可注射、自修复和自适应功能，具有较好的生物相容性。本发明提供的角蛋白水凝胶制备方法简单且成胶时间短，能够有效克服水凝胶用于生物医用材料、组织工程及药物输送的技术障碍，赋予角蛋白水凝胶广阔的应用价值。
Claims (7)
1.一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括两个碱处理步骤：
(1)以普通生物材料为原材料使用碱溶液进行处理制备角蛋白；
(2)以步骤(1)中制备的角蛋白为原料通过第二次碱处理制备具有可注射、自修复和自适应功能的水凝胶；
所述普通生物材料选自经过脱脂和清洁处理的人发、羊毛、指甲、牛角和禽类羽毛中的任一种。
2.根据权利要求1所述的具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下操作程序：①称取原材料1重量份，剪碎至1cm左右；②将原材料置于pH值为10至13的碱溶液中，在30至55℃下低速搅拌处理4至12小时；③过滤或离心获得角蛋白混合液，将所述角蛋白混合液通过截留分子量为3000Da的透析装置透析48h，冷冻干燥得到所述角蛋白。
3.根据权利要求2所述的具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下操作程序：①将所述角蛋白以5％至30％的质量浓度溶解于去离子水中；②采用碱性试剂将所述角蛋白溶液的pH值调节至9至11，然后在20至40℃下处理0.2至3.0小时，获得具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶。
4.根据权利要求3所述的具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碱溶液含有0.01至0.5mol/L的还原剂，所述还原剂为L-半胱氨酸、硫化钠、巯基乙酸、巯基乙醇或亚硫酸氢钠中的任一种。
5.根据权利要求4所述的具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碱溶液还含有0.02至0.5mol/L十二烷基硫酸钠和0.1至2.0mol/L尿素。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述碱是氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸氢钠中的任一种。
7.一种具有可注射、自修复和自适应功能的角蛋白基水凝胶，其特征在于，所述角蛋白基水凝胶是通过权利要求1至6所述的方法制备的。
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