1.本发明涉及丝素蛋白微针贴片以及医疗材料技术领域，具体涉及一种通过开关电源来控制胰岛素释放速度的丝素蛋白微针透皮贴片的制备方法、采用该制备方法制备得到电致响应的胰岛素微针贴片。
背景技术：2.糖尿病是一种慢性疾病，经常导致严重的继发性并发症。胰岛素治疗是1型糖尿病患者生活所必需的，且常用于胰岛β细胞功能降低的2型糖尿病。一般治疗方法为经常监测血糖水平和多次皮下注射胰岛素。然而，这种治疗策略往往存在血糖控制不足所导致的低血糖症状如认知障碍、癫痫、昏迷、脑损伤和死亡，以及过量给药导致的高血糖并发症诸如截肢、失明和肾衰竭等并发症危及生命健康。
3.智能响应性给药领域是当前的材料学以及生物医学的研究热点，基于电场、电流、磁场、光照和机械外力的作用，ph值、温度的改变等刺激可以使得药物响应性递送至体内。然而如何控制给药方式以使得智能响应性给药便捷使用、有效递送以及精确控制给药量面临挑战。
4.微针透皮给药是一种通过长度小于1mm的微针阵列刺破皮肤表皮层并形成微孔以提高透皮给药效率的方法，可以轻松、无痛、安全且方便地实现药物递送，在智能药物递送领域正在发挥重要作用。同时，由于微针阵列在使用过程之中附着于皮肤之上，可有效接受外部刺激尤其是电流、电场以及磁场以达到药物的控制释放。
5.丝素蛋白是一种具备低免疫原性、生物相容性优异且力学性能出色的绿色天然生物基材料。随着现代科学技术的发展，蚕丝已经不仅仅局限于纺织领域，并且已经广泛应用于药物递送领域。然而，负载药物的丝素蛋白微针并不具备智能响应性，这是由丝素蛋白的结构所决定的。丝素蛋白的氨基酸85％左右由甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)构成，另外的丝氨酸(ser)、天冬氨酸(asp)和酪氨酸(tyr)等则占15％左右。由于丝素蛋白分子上缺乏相应的刺激响应性基团或响应性基团过少，在整体上，纯丝素蛋白并不具备刺激响应性变化，从而无法用来进行智能药物递送。
6.为了解决上述问题，中国发明专利cn107942018a公开了一种评价或质检微针透皮给药的体外评价模型，采用胰岛素作为模型药物，通过体外实验评价胰岛素的释放，以预估其在体内的效果。但是这种微针不具备智能响应性，无法实现胰岛素的可控释放，对糖尿病人的治疗缺乏针对性。又如中国发明专利cn112912047a公开了具有葡萄糖响应基质的微针阵列贴片的组合物和方法，所述微针贴片包含经设计用于葡萄糖触发的胰岛素递送的共聚物，可用于胰岛素闭环递送。然而这种微针采用聚合物材料制备，相较于丝素蛋白微针，其生物安全性及绿色可持续性较为不足，同时葡萄糖智能响应速度较慢，无法快速响应释放。
7.电辅助给药，价格便宜且易于执行，可帮助药物克服组织屏障进入体内，其释药机制主要是电穿孔以及离子电渗疗法等，然而这些方法均会使用到一些较大的电流或电场，
会带来一定的安全隐患。如何在低电流或电场下在丝素蛋白微针中完成药物的智能响应性传递十分有意义，可以极大拓展智能给药在人体上精准、便捷及安全化应用。
8.moonjeong等[scientific reports,2020,10(1):2027.]开发了由透明质酸微针组成的多功能系统，作为用于快速局部药物的有效透皮递送。该微针在超声波作用下，声压振动将诱导透明质酸溶解，而交流电离子电渗疗法可改善静电力驱动的透明质酸离子和若丹明的扩散。这种方法药物释放速度快，可以进行快速局部药物递送。然而由于使用较高压电场直接作用于药物或是人体皮肤，这将会带来一定的药物变质风险及人体危害，具有一定的使用局限性。
[0009]
因此，如何开发一种可通过作用于微针的电响应材料，通过低压电刺激实现材料的快速智能响应性变化，进而控制药物的快速响应释放，完成电响应智能药物释放至关重要。
技术实现要素：[0010]
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，制备得到的丝素蛋白胰岛素微针贴片能够实现采用开关电的方式来控制材料中的孔径并达到控制微针中胰岛素释放速度的目的，实现了胰岛素的智能释药。
[0011]
为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
[0012]
一种具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，包括以下步骤：
[0013]
(1)丝素蛋白的活化：将丝素蛋白水溶液稀释至浓度为20-30mg/ml，之后将溶液放入冰浴，使温度稳定至0-4℃，使用缓冲溶液将丝素蛋白溶液的ph值调节至5-6；向上述丝素蛋白溶液中加入相对于丝素蛋白质量1-10wt％的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入相对于丝素蛋白质量2-20wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.4-1h，获得活化的丝素蛋白溶液；
[0014]
采用nhs和edc对丝素蛋白上的羧基进行活化，使其更加容易与氨基反应，用于后续半胱胺与丝素蛋白的接枝，并保持丝素蛋白的生物相容性；
[0015]
(2)丝素蛋白的巯基化：向上述活化的丝素蛋白溶液中滴加浓度为40-60mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，并使得最终溶液中的半胱胺盐酸盐浓度为20-80mmol/l，然后使用缓冲溶液将最终溶液ph值调节至5-6；0-4℃下搅拌反应2-5h，取出后在2-8℃温度下静置反应8-10h，获得巯基化丝素蛋白溶液；
[0016]
(3)巯基化丝素蛋白的纯化：将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋中进行透析；透析完毕后，离心取上清液获得纯化后的巯基化丝素蛋白溶液；
[0017]
(4)胰岛素溶液的配置：取胰岛素于离心管中，先加入0.01m-0.05m的盐酸溶液，混匀后充分溶解胰岛素，使溶液中的胰岛素浓度为10-50mg/ml；再加入0.01m-0.05m的缓冲溶液，调整溶液的ph为6.7-7.4，形成胰岛素溶液；
[0018]
(5)混合溶液的制备：取上述步骤中制备的胰岛素溶液加入到巯基化丝素蛋白溶液中，搅拌均匀，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为10-40mg/ml，胰岛素的浓度为1-10mg/ml；控制微针的载药量，防止载药量过多胰岛素析出且降低微针强度；
[0019]
(6)胰岛素微针贴片的制备：取混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真
空去除气泡，将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿环境下干燥，干燥脱模后即获得具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。
[0020]
根据本发明的一些优选实施方面，所述丝素蛋白胰岛素微针贴片中的胰岛素含量为10-100mg/g，巯基含量为10-100μmol/g。巯基含量太低，电响应性较小，溶胀度没有太大的变化。另一方面，丝素蛋白分子中的羧基含量是有限的，上述反应条件的控制也是尽量在能够反应的羧基上接入巯基以增加巯基的含量，达到更好的电响应效果和溶胀度的控制。
[0021]
根据本发明的一些优选实施方面，所述丝素蛋白材料具有电流响应性，在未通电情况下1小时的溶胀率为50-120％，在电压0.6v下通电1小时后的溶胀率为120-250％。巯基与二硫键之间的氧化还原电位是0.6伏特左右。电压不能高于1伏特，防止水的电解。低于0.6伏特，二硫键不能被还原。在实际应用过程中，可以设定电压在0.6-0.9伏特之间。本发明的电流响应性指的是制备得到的丝素蛋白材料在通电前后的性能(溶胀率)有所改变，通电后材料的溶胀率比未通电情况下的溶胀率有明显的提升。
[0022]
根据本发明的一些优选实施方面，其特征在于，所述n-羟基琥珀酰亚胺与丝素蛋白的质量比为1:100-1:10；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与丝素蛋白的质量比为1:50-1:5；半胱胺盐酸盐与丝素蛋白的质量比为1:100-1:2.5。
[0023]
根据本发明的一些优选实施方面，所述透析时在透析用去离子水中加入硫代硫酸钠并通入惰性气体进行保护；每2-4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序和保持惰性气体保护；之后再换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水进行透析。惰性气体优选氮气n2。
[0024]
根据本发明的一些优选实施方面，去离子水中硫代硫酸钠的浓度为0.001-0.0015mol/l。
[0025]
根据本发明的一些优选实施方面，透析时采用的透析袋的截留分子量为8-14kda。
[0026]
根据本发明的一些优选实施方面，所述恒温恒湿的条件为温度20-30℃、相对湿度55-65％。
[0027]
根据本发明的一些优选实施方面，所述缓冲溶液为选自2-(n-吗啉代)乙磺酸、甘氨酸-盐酸、柠檬酸-柠檬酸钠、乙酸-乙酸钠、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠、tris-盐酸缓冲液中的一种。
[0028]
根据本发明的一些优选实施方面，所述丝素蛋白水溶液以家蚕丝为原料，通过脱胶、溶解、透析后获得。
[0029]
本发明还提供了一种采用如上所述的制备方法制备得到的具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。微针贴片中，丝素蛋白和胰岛素的质量比为4～20:1。电致响应性通过直流电源的开关来实现；通过对丝素蛋白胰岛素微针贴片进行通电，使得丝素蛋白胰岛素微针贴片的溶胀度增加，加快了胰岛素的释放。
[0030]
本发明的反应原理如下：丝素蛋白的巯基化改性是通过将丝素蛋白与半胱胺盐酸盐采用n-羟基琥珀酰亚胺/1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐体系偶联反应所制备得到的。在反应起始阶段，1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc)通过与丝素蛋白分子结构中的天冬氨酸和谷氨酸残基上的羧基进行反应形成一种促发剂——不稳定的脲衍生物，然后与n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)反应，形成更稳定的酯从而增强碳二亚胺交联产物的水稳定性，同时此时羧基处于被活化状态。在羧基被活化后，半胱胺盐
酸盐上的氨基会与此时被活化的羧基发生反应从而形成酰胺键，半胱胺被成功接枝于丝素蛋白分子之上。同时反应过程中1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺转变成水溶性的脲衍生物，可以在后面的透析过程中取出，以保留丝素蛋白良好的生物相容性。
[0031]
二硫键的氧化还原电位比较低，表观还原电位在0.6伏特左右，容易发生可逆的氧化还原反应。丝素蛋白接枝上巯基以后，在空气中氧气的存在下，巯基被氧化从而在丝素蛋白分子链间形成二硫键交联点。这种二硫键形成的交联点是可逆的，在还原性条件下会被断开变回巯基，分子链间交联点会断开。在未通电情况下，丝素蛋白分子链间交联程度较高，从而使丝素微针溶胀率较小；而在通电状态下，电流提供了还原性环境，二硫键得到电子发生电化学还原反应，二硫键断开形成巯基，丝素蛋白分子链间共价交联点减少，丝素微针溶胀率增大。这种溶胀度的变化可以通过开关电源的方式来控制。因此获得电响应性丝素蛋白材料，通过对电流的响应，达到控制溶胀度变化的目的，进而可以控制微针中胰岛素的释放速度。
[0032][0033][0034]
由于采用了以上的技术方案，本发明与现有技术相比具有如下的有益之处：本发明的具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，制备得到的具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片能够实现低电压(电压在1v以下)刺激下溶胀度的变化，在通电条件下具备高溶胀特性，在不通电的情况下具备低溶胀特性，实现胰岛素的可控释放。同时，微针透皮贴片避免了肝脏首过效应，能够提高药物的生物利用率。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明实施例2所制备的具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片在通电与不通电的情况下内部孔径的扫描电镜图；其中图1(a-b)是通电前微针的内部孔径电镜图，图1(c-d)是通电后微针的内部孔径电镜图，可以看到通电后，微针内部的孔径加大，有利于药物的通过；
[0037]
图2为本发明实施例中丝素蛋白胰岛素微针贴片通电前后的材料内巯基和二硫键转化的原理图。
具体实施方式
[0038]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0039]
实施例1
[0040]
称取3g nahco3和1g na2co3溶于4000ml去离子水中，加热至沸腾，放入80g蚕丝，保持98℃微沸30min，取出后用去离子水清洗。重复上述步骤三次后放置于60℃烘箱中干燥得到脱胶的丝素纤维。
[0041]
配制9.3mol/l的libr溶液，取100ml的libr溶液水浴加热至65℃，分多次放入脱胶丝素15g搅拌溶解后，继续加热并搅拌40min。液体装入透析袋中放置于去离子水中透析72h，每隔2h更换去离子水。透析后溶液经过过滤获得丝素蛋白水溶液。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0044]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0045]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至30mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至2℃，使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至5.5。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入5wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入10wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.5h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0046]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加50mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为60mmol/l，丝素蛋白的浓度为20mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至5.5。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0047]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0048]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.001mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为
92.9
±
5.7μmol/g。
[0049]
3)胰岛素溶液的制备
[0050]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.01m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.02m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为7.1，胰岛素浓度为10mg/ml。
[0051]
4)混合溶液的制备
[0052]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为20mg/ml，胰岛素的浓度为5mg/ml。
[0053]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0054]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为89.03
±
7.34μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为46.34
±
7.98μg/h。
[0055]
实施例3
[0056]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0057]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0058]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至20mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至3℃，使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至5。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入5wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入8wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.6h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0059]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加60mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为40mmol/l，丝素蛋白的浓度为20mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至5。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0060]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0061]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.0015mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为23.3
±
2.2μmol/g。
[0062]
3)胰岛素溶液的制备
[0063]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.05m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.01m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为6.7，胰岛素浓度为15mg/ml。
[0064]
4)混合溶液的制备
[0065]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为20mg/ml，胰岛素的浓度为3mg/ml。
[0066]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0067]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱
泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为43.08
±
1.99μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为27.74
±
2.98μg/h。
[0068]
实施例4
[0069]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0070]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0071]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至20mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至2℃，使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至5.5。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入2.5wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入4wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.8h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0072]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加55mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为80mmol/l，丝素蛋白的浓度为20mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至5.5。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0073]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0074]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.0015mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为48.3
±
2.9μmol/g。
[0075]
3)胰岛素溶液的制备
[0076]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.01m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.01m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为7.0，胰岛素浓度为15mg/ml。
[0077]
4)混合溶液的制备
[0078]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为30mg/ml，胰岛素的浓度为2.5mg/ml。
[0079]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0080]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为34.38
±
2.74μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为26.64
±
1.78μg/h。
[0081]
实施例5
[0082]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0083]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0084]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至25mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至2℃，使
用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至6。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入5wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入7.5wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.5h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0085]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加60mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为20mmol/l，丝素蛋白的浓度为20mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至6。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0086]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0087]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.001mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为41.2
±
3.1μmol/g。
[0088]
3)胰岛素溶液的制备
[0089]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.01m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.04m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为7.2，胰岛素浓度为25mg/ml。
[0090]
4)混合溶液的制备
[0091]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为25mg/ml，胰岛素的浓度为4.5mg/ml。
[0092]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0093]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为42.94
±
5.21μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为33.78
±
0.86μg/h。
[0094]
实施例6
[0095]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0096]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0097]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至30mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至2℃，使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至5。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入10wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入2.5wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.5h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0098]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加40mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为60mmol/l，丝素蛋白的浓度为30mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至5。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0099]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0100]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.0015mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为53.3
±
2.6μmol/g。
[0101]
3)胰岛素溶液的制备
[0102]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.05m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.05m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为7.1，胰岛素浓度为40mg/ml。
[0103]
4)混合溶液的制备
[0104]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为30mg/ml，胰岛素的浓度为7.5mg/ml。
[0105]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0106]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为120.19
±
11.78μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为79.93
±
7.45μg/h。
[0107]
实施例7
[0108]
本实施例中具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法具体包括以下步骤：
[0109]
1)巯基化丝素蛋白溶液的制备
[0110]
将丝素蛋白水溶液浓度稀释至20mg/ml，之后将溶液烧杯在冰浴中稳定至2℃，使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将丝素蛋白溶液ph值调至5.5。先分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢加入8wt％(相对于丝素蛋白质量)的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入20wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.5h以活化丝素蛋白上的羧基基团。
[0111]
分别向上述丝素蛋白溶液中缓慢滴加50mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，使得最终溶液的半胱胺盐酸盐浓度为60mmol/l，丝素蛋白的浓度为20mg/ml，后使用2-(n-吗啉代)乙磺酸溶液将最终溶液ph值调节稳定至5.5。冰浴中搅拌反应4h，取出后在4℃低温冰箱静置反应过夜。
[0112]
2)巯基化丝素蛋白溶液的透析
[0113]
将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋(截留分子量为8-14kda)中进行透析，透析环境为在去离子水中加入少量硫代硫酸钠(0.001mol/l)并通入惰性气体n2保护。每4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序2d后换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水透析1d。透析完毕后，离心取上清液获得接枝改性后的巯基化丝素溶液。然后测量丝素蛋白溶液的质量浓度(wt％)，置于4℃冰箱保存备用。改性后丝素蛋白溶液中的巯基含量为63.3
±
4.5μmol/g。
[0114]
3)胰岛素溶液的制备
[0115]
称取胰岛素于离心管中，先加入0.02m的盐酸溶液，震荡混匀，充分溶解胰岛素。再加入0.01m的tris缓冲溶液，使溶液的ph为7.3，胰岛素浓度为10mg/ml。
[0116]
4)混合溶液的制备
[0117]
取上述步骤中制备的胰岛素溶液缓慢加入到巯基化丝素蛋白溶液中，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为30mg/ml，胰岛素的浓度为1.5mg/ml。
[0118]
5)胰岛素微针贴片的制备
[0119]
取3.5ml混合溶液浇注在微针模具中，在真空干燥箱中抽真空去除气泡。之后将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿间(25℃、55％rh)干燥，干燥后脱模后即获得电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针。在0.6v电压通电的情况下，胰岛素的最大释放速度为16.79
±
0.96μg/h，未通电下的胰岛素最大释放速度为12.62
±
1.17μg/h。
[0120]
表1为实施例2-7中丝素蛋白胰岛素微针贴片中的巯基含量以及胰岛素释放速度在通电与未通电情况下的变化情况。胰岛素的释放速度按照如下方法进行测定和计算：采用franz扩散池作为体外药物接收池，32℃的0.01m pbs缓冲溶液作为模拟体液，取微针贴片，用手将微针刺入大鼠皮肤。将皮肤平整覆盖在franz透皮扩散池的接收室圆口处，真皮层贴于接收室，用不锈钢铁夹夹持住供体室和接收室使其稳固，透皮释药池中的溶液采取每小时定时取样，hplc检测胰岛素验样品浓度，计算胰岛素释药速率。
[0121]
表1微针贴片中的巯基含量以及胰岛素释放速度在通电与未通电情况下的变化
[0122][0123]
结合表1和图1的结果可以看出，上述实施例中制备的微针贴片在通电状态的胰岛素释放速度相对于未通电状态下有明显上升，即上述实施例制备得到的含有胰岛素的微针贴片能够实现胰岛素的可控释放。
[0124]
上述实施例中未有特别说明的原料均通过商购获得。没有特别提及温度的操作在室温下进行。未有特别说明的操作方法与条件可采用本领域的公知或常规的手段与条件。
[0125]
本发明通过丝素蛋白分子巯基化获得一种巯基化丝素蛋白，将改性后的丝素蛋白溶液与胰岛素水溶液混合，然后浇注在硅橡胶微针模具中，经过脱泡后干燥得到电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针透皮贴片。这种含有巯基的丝素蛋白在电流通过时会发生巯基的氧化还原反应，造成二硫键交联度的变化。从而响应电流，形成丝素蛋白不同溶胀的状态，改变胰岛素的释放速度。该方法制备的胰岛素微针透皮贴片具有良好的力学性能、生物相
容性以及优良的电流响应性，可实现电致响应性的胰岛素控制释放，满足患者进食前后血糖的控制。
[0126]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)丝素蛋白的活化：将丝素蛋白水溶液稀释至浓度为20-30mg/ml，之后将溶液的温度稳定至0-4℃，使用缓冲溶液将丝素蛋白溶液的ph值调节至5-6；向上述丝素蛋白溶液中加入相对于丝素蛋白质量1-10wt％的n-羟基琥珀酰亚胺，然后加入相对于丝素蛋白质量2-20wt％的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，混合均匀后反应0.4-1h，获得活化的丝素蛋白溶液；(2)丝素蛋白的巯基化：向上述活化的丝素蛋白溶液中滴加浓度为40-60mg/ml的半胱胺盐酸盐溶液，并使得最终溶液中的半胱胺盐酸盐浓度为20-80mmol/l，然后使用缓冲溶液将最终溶液ph值调节至5-6；0-4℃下搅拌反应2-5h，取出后在2-8℃温度下静置反应8-10h，获得巯基化丝素蛋白溶液；(3)巯基化丝素蛋白的纯化：将反应完成的丝素蛋白溶液装入透析袋中进行透析；透析完毕后，离心取上清液获得纯化后的巯基化丝素蛋白溶液；(4)胰岛素溶液的配置：取胰岛素于离心管中，先加入0.01m-0.05m的盐酸溶液，混匀后充分溶解胰岛素，使溶液中的胰岛素浓度为10-50mg/ml；再加入0.01m-0.05m的缓冲溶液，调整溶液的ph为6.7-7.4，形成胰岛素溶液；(5)混合溶液的制备：取上述步骤中制备的胰岛素溶液加入到巯基化丝素蛋白溶液中，搅拌均匀，使得混合溶液中巯基化丝素蛋白的浓度为10-40mg/ml，胰岛素的浓度为1-10mg/ml；(6)胰岛素微针贴片的制备：取混合溶液浇注在微针模具中，并抽真空去除气泡，将脱泡后的模具系统置于恒温恒湿环境下干燥，干燥脱模后即获得具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。2.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白胰岛素微针贴片中的胰岛素含量为10-100mg/g，巯基含量为10-100μmol/g。3.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白材料具有电流响应性，在未通电情况下的溶胀率为50-120％，在电压0.6v下通电后的溶胀率为120-250％。4.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述n-羟基琥珀酰亚胺与丝素蛋白的质量比为1:100-1:10；1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与丝素蛋白的质量比为1:50-1:5；半胱胺盐酸盐与丝素蛋白的质量比为1:100-1:2.5。5.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述透析时在透析用去离子水中加入硫代硫酸钠并通入惰性气体进行保护；每2-4h更换一次添加硫代硫酸钠的去离子水，并重复透析程序和保持惰性气体保护；之后再换用未添加有硫代硫酸钠的去离子水进行透析。6.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，去离子水中硫代硫酸钠的浓度为0.001-0.0015mol/l；透析时采用的透析袋的截留分子量为8-14kda。7.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述恒温
恒湿的条件为温度20-30℃、相对湿度55-65％。8.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液为选自2-(n-吗啉代)乙磺酸、甘氨酸-盐酸、柠檬酸-柠檬酸钠、乙酸-乙酸钠、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠、tris-盐酸缓冲液中的一种。9.根据权利要求1所述的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白水溶液以家蚕丝为原料，通过脱胶、溶解、透析后获得。10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备得到的具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。
技术总结本发明公开了一种具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片的制备方法，包括以下步骤：(1)丝素蛋白的活化：加入N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐对丝素蛋白进行活化；(2)丝素蛋白的巯基化：向活化的丝素蛋白溶液中滴加半胱胺盐酸盐溶液，将pH值调节至5-6；搅拌反应，在2-8℃温度下静置反应；(3)巯基化丝素蛋白的纯化；(4)胰岛素溶液的配置：取胰岛素于离心管中，先加入盐酸溶液，混匀后充分溶解胰岛素；调整pH为6.7-7.4，形成胰岛素溶液；(5)混合溶液的制备：取胰岛素溶液加入到巯基化丝素蛋白溶液中，搅拌均匀；(6)胰岛素微针贴片的制备：取混合溶液浇注在微针模具中，干燥脱模后即获得具有电致响应性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。性的丝素蛋白胰岛素微针贴片。
技术研发人员：卢神州 祁珍珍 陶晓晟 郭仕杰 严正 李玉剑
受保护的技术使用者：帕拉森医药生物技术（上海）有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/7/5
