CN104530454A - 一种丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法。本发明是以天然蚕丝为主要原材料，将蚕丝经过脱胶、离心、过滤、透析、浓缩后获得的丝素蛋白与聚环氧乙烷复合，制备出较高浓度的丝素蛋白与聚环氧乙烷混合溶液，再倒入聚乙烯平皿内缓慢干燥成膜。本发明制备工艺简单，易操作，无毒环保，广泛适用于医学和生物领域。

Description

一种丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体是一种丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，属于生物或医学技术领域。

背景技术

蚕丝具有独特光泽、手感优良、穿着舒适等优良特性，被誉为“纤维皇后”，是强度最好的天然纤维之一，主要由内层的丝素蛋白和外层的丝胶蛋白两部分组成，其中丝胶是水溶性的，可以溶解在热水中；而丝素处于β-折叠结构时则一般不溶于水，而能溶解于饱和氯化钙和溴化锂等溶液中。长期以来，对丝素的聚集态结构、性能和应用等方面已进行了深入的研究。

丝胶占蚕丝量的20%～30%，是形成蚕丝不可缺少的部分，其主要成分是球状蛋白，含大量侧链带亲水基团的氨基酸如丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。在丝腺内，丝胶不像丝素那样容易纤维化，而是以层状包覆在两根丝素纤维的周围，使液状丝素能顺畅地在吐丝管中流动。由于丝胶的存在避免了丝素的过早纤维化，同时对丝素溶液通过丝腺时起润滑作用。由此可见，丝胶在蚕纺丝过程中起着非常重要的作用。但由于丝胶的种类多，氨基酸组成比丝素复杂，且在热及水的作用下很容易变性，因此，在研究上带来一定困难。为此，考虑到丝胶是一种生物大分子的表面活性物质，选用另一种表面活性剂聚氧化乙烯来代替丝胶。

聚氧化乙烯（简称PEO），又称聚环氧乙烷，既是一种热塑性的水溶性聚合物，又是一种非离子表面活性剂。由于PEO无毒，无刺激性，具有良好的水溶性和优异的溶液流变性，使其在食品，化妆品和药物制剂中被广泛使用。

由于再生制备的丝素蛋白膜为无定形结构，易溶于水，力学性能较差，难以满足应用的要求，现有技术中，研究人员大多是通过共混、接枝、交联等方法来提高和改善丝素蛋白膜的力学性能。在专利CN102936794A、CN 103861149A、CN103806123A、CN102102278A、CN103572507A中采用的是丝素蛋白分别与壳聚糖、海藻酸盐、纳米材料、石墨烯、酰胺等混合成膜。目前还未曾有研究将丝素蛋白和PEO共混，然后浓缩至较高质量分数的溶液制备膜状材料的相关报道。因此，寻找一种新的制备丝素蛋白膜的方法，从而制备出无毒性，生物相容性好的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无毒性、生物相容性好的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜及其制备方法。

本发明的一种制备丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，采用以下步骤：

（1）先将蚕丝经碳酸钠水溶液脱胶，获得脱胶蚕丝，将脱胶蚕丝置于溴化锂水溶液中溶解，得丝素蛋白-溴化锂溶液，将丝素蛋白-溴化锂溶液经过离心、过滤、透析、浓缩，得到质量分数为10~30%的丝素蛋白溶液；

（2）配制质量分数1~5%的聚环氧乙烷水溶液，然后将其加入到步骤（1）制得的新鲜丝素蛋白溶液中，得丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（3）继续浓缩步骤（2）的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液，得到丝素蛋白质量分数为20%~35%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（4）将质量分数为20%~35%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内成膜，在20-50℃、30%-70%相对湿度下的恒温恒湿箱中缓慢干燥成复合膜。

上述技术方案中，所述碳酸钠水溶液的质量分数为0.5~1%。

上述技术方案中，所述溴化锂水溶液的摩尔浓度为8.5~9.5mol/L。

上述技术方案中，所述的离心是将丝素蛋白-溴化锂溶液稀释2~5倍后以转速3500r/min离心5~10min，从而将残留在丝素蛋白溶液中的杂质分离出来。

上述技术方案中，所述的透析是将经离心、过滤后的丝素蛋白-溴化锂溶液放入纤维素透析袋中封闭进行，温度为5~12℃，透析时间为72h，除去丝素蛋白溶液中的溴化锂等盐及其离子。

上述技术方案中，步骤（1）中所述浓缩是指在5~12℃温度、40%-70%的相对湿度下，利用风速法将经过透析后、质量分数5%以下浓度的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为10~30%。

上述技术方案中，步骤（2）所述丝素蛋白溶液与聚环氧乙烷溶液混合体积比为5~2:1。

上述技术方案中，步骤（3）所述浓缩是在5~12℃温度、40%-70%的相对湿度下，利用风速法将丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液浓缩至丝素蛋白的质量分数为20%~30%。

上述技术方案中，步骤（4）所述将丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内成膜，平皿内溶液厚度为2~5mm，在20-50℃温度下，30%-70%的相对湿度下进行干燥成膜。

优选的，本发明技术方案所述的聚环氧乙烷（PEO）采用平均分子量为80万~300万的聚环氧乙烷。

在配制质量分数1~5%的聚环氧乙烷水溶液过程中，要采用适当的加热及温和的搅拌，从而使聚环氧乙烷具有良好的溶解性。

丝素作为天然高分子蛋白，具有特殊的结构性能和优异的生物性能；聚环氧乙烷（PEO）作为丝胶的替代物，具有无毒，生物相容性好的特点。本发明的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜，其发明原理是：由于PEO为亲水性化合物，可以逐渐地吸收水分，随着该化合物将丝素分子中的水分逐渐吸收，便于具有亲水-疏水性的丝素蛋白分子间发生分子间和分子内的反应，从而有利于β结构的形成，使得加入PEO后的丝素蛋白复合膜力学性能得到了提高。本发明的复合膜具有无毒性，生物相容性好，工艺简单等特点，可以更安全地应用于医学，生物领域。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1 采用以下步骤实现本发明：

（1）天然家蚕丝放入煮沸的质量分数0.5%的碳酸钠溶液中煮30min，除去表面丝胶，重复3次后用去离子水充分洗净，获得脱胶丝素；

（2）将脱胶丝素在室温下溶解在9.5mol/L溴化锂水溶液中，将得到的丝素蛋白-溴化锂溶液稀释3倍，以转速3500r/min离心8min，过滤后，将丝素蛋白溶液置于纤维素透析袋中封闭，并浸入去离子水中进行透析，温度为5℃，透析时间为72h，每4小时换一次水，制备出质量分数为3%的低浓度的丝素蛋白溶液；

（3）在温度为5℃和65%的相对湿度下，利用风速法将质量分数为3%的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为20%；

（4）在20℃下，温和地搅拌制备出质量分数3%的聚环氧乙烷水溶液，然后将配好的聚环氧乙烷水溶液加入到浓缩好的、新鲜的、质量分数20%的丝素蛋白溶液中（按丝素蛋白与聚环氧乙烷体积比3:1进行混合），将制得的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液进一步浓缩至丝素蛋白质量分数为28%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（5）将质量分数28%的丝素-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内，溶液厚度约为3mm，在20℃，65%相对湿度的恒温恒湿箱中缓慢干燥2天，得到丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜。

 实施例2 采用以下步骤实现本发明：

（1）天然家蚕丝放入煮沸的质量分数0.5%的碳酸钠溶液中煮30min，除去表面丝胶，重复3次后用去离子水充分洗净，获得脱胶丝素；

（2）将脱胶丝素在室温下溶解在9.0mol/L溴化锂水溶液中，将得到的丝素蛋白-溴化锂溶液稀释4倍，以转速3500r/min离心10min，过滤后，将丝素蛋白溶液置于纤维素透析袋中封闭，并浸入去离子水中进行透析，温度为8℃，透析时间为72h，每4小时换一次水，制备出质量分数为2%的低浓度的丝素蛋白溶液；

（3）在温度为8℃和60%的相对湿度下，利用风速法将质量分数为2%的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为25%；

（4）在18℃下，温和地搅拌制备出质量分数4%的聚环氧乙烷水溶液，然后将配好的聚环氧乙烷水溶液加入到浓缩好的、新鲜的、质量分数25%的丝素蛋白溶液中（按丝素蛋白与聚环氧乙烷体积比4:1进行混合），将制得的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液进一步浓缩至丝素蛋白质量分数为30%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（5）将质量分数30%的丝素-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内，溶液厚度约为2mm，在25℃，60%相对湿度的恒温恒湿箱中缓慢干燥2天，得到丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜。

实施例3采用以下步骤实现本发明：

（1）天然家蚕丝放入煮沸的质量分数1%的碳酸钠溶液中煮30min，除去表面丝胶，重复3次后用去离子水充分洗净，获得脱胶丝素；

（2）将脱胶丝素在室温下溶解在9.0mol/L溴化锂水溶液中，将得到的丝素蛋白-溴化锂溶液稀释4倍，以转速3500r/min高速离心10min，过滤后，将丝素蛋白溶液置于纤维素透析袋中封闭，并浸入去离子水中进行透析，温度为6℃，透析时间为72h，每4小时换一次水，制备出质量分数为2%的低浓度的丝素蛋白溶液；

（3）在温度为6℃和70%的相对湿度下，利用风速法将质量分数为2%的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为28%；

（4）在22℃下，温和地搅拌制备出质量分数3%的聚环氧乙烷水溶液，然后将配好的聚环氧乙烷水溶液加入到浓缩好的、新鲜的、质量分数28%的丝素蛋白溶液中（按丝素蛋白与聚环氧乙烷体积比5:1进行混合），将制得的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液进一步浓缩至丝素蛋白质量分数为32%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（5）将质量分数32%丝素-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内，溶液厚度约为3mm，在30℃，70%相对湿度的恒温恒湿箱中缓慢干燥1天，得到丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜。

实施例4 采用以下步骤实现本发明：

（1）天然家蚕丝放入煮沸的质量分数1%的碳酸钠溶液中煮30min，除去表面丝胶，重复3次后用去离子水充分洗净，获得脱胶丝素；

（2）将脱胶丝素在室温下溶解在9.5mol/L溴化锂水溶液中，将得到的丝素蛋白-溴化锂溶液稀释3倍，以转速3500r/min高速离心8min，过滤后，将丝素蛋白溶液置于纤维素透析袋中封闭，并浸入去离子水中进行透析，温度为7℃，透析时间为72h，每4小时换一次水，制备出质量分数为3%的低浓度的丝素蛋白溶液；

（3）在温度为7℃和60%的相对湿度下，利用风速法将质量分数为3%的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为28%；

（4）在25℃下，通过温和地搅拌制备出质量分数2%的聚环氧乙烷水溶液，然后将配好的聚环氧乙烷水溶液加入到浓缩好的、新鲜的、质量分数28%的丝素蛋白溶液中（按丝素蛋白与聚环氧乙烷体积比5:1进行混合），将制得的丝素-聚环氧乙烷混合溶液进一步浓缩至丝素蛋白质量分数为35%的丝素-聚环氧乙烷混合溶液；

（5）将质量分数35%的丝素-聚环氧乙烷混合液倒入聚乙烯平皿内，溶液厚度约为3mm，在35℃，60%相对湿度的恒温恒湿箱中缓慢干燥1天，得到丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜。

Claims (9)

1.一种丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：为如下具体步骤：

（1）先将蚕丝经碳酸钠水溶液脱胶，获得脱胶蚕丝，将脱胶蚕丝置于溴化锂水溶液中溶解，得丝素蛋白-溴化锂溶液，将丝素蛋白-溴化锂溶液经过离心、过滤、透析、浓缩，得到质量分数为10~30%的丝素蛋白溶液；

（2）配制质量分数1~5%的聚环氧乙烷水溶液，然后将其加入到步骤（1）制得的新鲜丝素蛋白溶液中，得丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（3）继续浓缩步骤（2）的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液，得到丝素蛋白质量分数为20%~35%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液；

（4）将质量分数为20%~35%的丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内成膜，在20-50℃、30%-70%相对湿度下的恒温恒湿箱中缓慢干燥成复合膜。

2.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：所述碳酸钠水溶液的质量分数为0.5~1%。

3.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：所述溴化锂水溶液的摩尔浓度为8.5~9.5mol/L。

4.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：所述的离心是将丝素蛋白-溴化锂溶液稀释2~5倍后以转速3500r/min离心5~10min。

5.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：所述的透析是将经离心、过滤后的丝素蛋白-溴化锂溶液放入纤维素透析袋中封闭进行，温度为5~12℃，透析时间为72h。

6.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述浓缩是指在5~12℃温度、40%-70%的相对湿度下，利用风速法将经过透析后、质量分数5%以下浓度的丝素蛋白溶液浓缩至其质量分数为10~30%。

7.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述丝素蛋白溶液与聚环氧乙烷溶液混合体积比为5~2:1。

8.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述浓缩是在5~12℃温度、40%-70%的相对湿度下，利用风速法将丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液浓缩至丝素蛋白的质量分数为20%~35%。

9.根据权利要求1所述的丝素蛋白-聚环氧乙烷复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述将丝素蛋白-聚环氧乙烷混合溶液倒入聚乙烯平皿内成膜，平皿内溶液厚度为2~5mm，在20-50℃温度下，30%-70%的相对湿度下进行干燥成膜。