CN105153443B - 利用溶菌酶制备的生物蛋白质二维纳米薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用溶菌酶制备生物蛋白质二维纳米薄膜的方法，该方法利用溶菌酶分子与三(2‑羧乙基)膦盐酸盐发生相转变反应生成的纳米颗粒在气液界面通过表界面诱导自组装形成一层生物蛋白质二维纳米薄膜，或者在膜的制备过程中直接将基材与溶液表面接触，使溶菌酶相转变生成的纳米颗粒通过表界面诱导直接在液固表面自组装形成二维纳米薄膜，即原位生长于基材表面。本发明制备方法简单，环境友好，所制备的生物蛋白质二维纳米薄膜的厚度约为30～80nm左右，表面粗糙度小，透明度高，且具有较好的粘附性，可用于对基材表面进行改性。
Description
技术领域
本发明属于生物蛋白质二维纳米薄膜的制备技术领域，具体涉及一种利用溶菌酶制备的生物蛋白质二维纳米薄膜及其制备方法。
背景技术
自然界的多种生理功能中，蛋白质聚集体的自组装尤为常见。例如：牙釉蛋白能够自组装形成纳米球，这些纳米球系统组装起来形成了一种带状结构，这种自组装结构扮演了很关键的模板作用，通过控制羟基磷灰石晶体的生长以达到牙釉质的生物矿化。当今由自组装形成的蛋白质二维纳米薄膜引起了科学界的广泛关注。特别是在相转变过程中，由疏水微粒自发聚集形成超分子聚集体，从而形成二维纳米尺寸的蛋白质薄膜。这种独特的智能型组织是由分子构建单元通过共价作用组装在一起的，如双链DNA、蛋白质聚集、细胞、组织以及生物体。但是离开特定的活体环境，这样的蛋白质聚集体的自组装就不那么容易了。对于由微观构建单元自组装形成的大尺寸(超过厘米级的)宏观组织更难实现，而且要得到目标产物或多肽，往往会涉及到复杂的合成路线。所以，近十年来在自组装形成微观及宏观尺寸的有机结构自组装纳米薄膜仍是一个具有挑战性的课题。
溶菌酶是一种天然生物大分子，可从人、鸡、牛、鼠或者骆驼中提取，具有廉价易得的优点。此外，溶菌酶是由129个氨基酸构成的单纯碱性球蛋白，化学性质稳定，易于改性，并具有丰富的相转变行为。发明人所在的研究小组利用溶菌酶的相转变产物对基材表面进行改性，然后在改性后的表面修饰低表面能物质，制备出性能优异、稳定性高、机械强度较好的超疏水表面。该方法主要是利用溶菌酶相转变过程中形成的微纳米级颗粒聚集沉降吸附在基材表面上，构筑出微纳米级的多孔粗糙结构，其表面粗糙度较大，颗粒大小基本属于微米级，是一种不致密、不透明的网络状结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用溶菌酶制备的大尺寸且稳定的生物蛋白质二维纳米薄膜及其制备方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是该生物蛋白质二维纳米薄膜由下述方法制备得到：
将5～100mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为0.1～10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，室温静置30～50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
本发明的生物蛋白质二维纳米薄膜进一步优选由下述方法制备得到：将40～50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为2～5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，室温静置30～50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
本发明的生物蛋白质二维纳米薄膜也可以在上述制备过程中，将基材与混合液表面接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
本发明所采用的溶菌酶的来源物种为人，鸡，牛，鼠或者骆驼，由西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司提供。
本发明的生物蛋白质二维纳米薄膜是利用溶菌酶分子与三(2-羧乙基)膦盐酸盐发生相转变反应生成的纳米颗粒在气液界面通过表界面诱导自组装形成的，其厚度约为30～80nm左右，表面粗糙度小，透明度高，且具有较好的粘附性。
本发明的生物蛋白质二维纳米薄膜也可以在其制备过程中直接将基材与溶液表面接触，使溶菌酶相转变生成的纳米颗粒通过表界面诱导直接在液固表面自组装形成二维纳米薄膜，即原位生长于基材表面，从而达到对基材表面改性的目的。
本发明的生物蛋白质二维纳米薄膜的制备方法简单，环境友好，且可以通过更换溶液在纳米薄膜表面继续自组装形成微米级的薄膜。
附图说明
图1是实施例1制备的生物蛋白质二维纳米薄膜照片。
图2是实施例1制备的生物蛋白质二维纳米薄膜的透射电镜图。
图3是实施例1制备的生物蛋白质二维纳米薄膜的原子力显微镜图。
图4是实施例6中在石英片表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜照片及其透过率谱图。
图5是实施例7中在硅片表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前(左边)、后(右边)的照片。
图6是实施例7中在硅片表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角测试图。
图7是实施例8中在玻璃片表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角测试图。
图8是实施例9中在ITO表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角测试图。
图9是实施例10中在PET表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角测试图。
图10是实施例11中在铂表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将0.1433g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将20mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，室温静置50分钟，在混合液表面形成一层薄膜(如图1所示)，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为50nm。由图2和图3可见，生物蛋白质二维纳米薄膜是由相转变过程中生成的粒径为30nm～50nm左右的纳米粒子自组装形成的。
实施例2
将0.1147g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将50mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，室温静置50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为60nm。
实施例3
将0.1433g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至6.0，配制成50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将20mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，室温静置50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为60nm。
实施例4
将0.1147g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至4.0，配制成40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将50mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，室温静置50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为50nm。
实施例5
将0.0143g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成5mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将100mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 5mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，室温静置50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为40nm。
实施例6
将0.1433g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将20mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL2mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将石英片与混合液表面接触，室温静置50分钟，在石英片表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为50nm。由图4可见，石英片表面形成的生物蛋白质二维纳米薄膜的透明度较高。
实施例7
将0.1147g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将50mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将硅片与混合液表面接触，室温静置50分钟，在硅片表面形成一层薄膜(见图5)，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为60nm。
实施例8
将0.1433g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将50mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将玻璃片与混合液表面接触，室温静置50分钟，在玻璃片表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为70nm。
实施例9
将0.0143g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成5mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将1mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成0.1mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 5mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL0.1mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将ITO与混合液表面接触，室温静置50分钟，在ITO表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为30nm。
实施例10
将0.2866g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成100mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将100mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 100mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL 10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将PET与混合液表面接触，室温静置30分钟，在PET表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为70nm。
实施例11
将0.1147g三(2-羧乙基)膦加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，用NaOH调节pH值至5.0，配制成40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将50mg溶菌酶加入10mL 10mmol/L pH值为7.4的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液；将10mL 40mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液与10mL5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合均匀，将镀有铂金的硅片与混合液表面接触，室温静置50分钟，在铂的表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜，其厚度约为50nm。
发明人对实施例7～11原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜前后的基材表面接触角进行测试，结果见图6～10。由图可见，在基材表面原位生长生物蛋白质二维纳米薄膜后的基材表面接触角基本相同，说明生物蛋白质二维纳米薄膜可以通过原位生长的方法长在各种基材的表面，并将其表面进行改性。
Claims (5)
1.一种生物蛋白质二维纳米薄膜，其特征在于它由下述方法制备得到：将5～100mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为0.1～10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，室温静置30～50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的生物蛋白质二维纳米薄膜，其特征在于它由下述方法制备得到：将40～50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为2～5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，室温静置30～50分钟，在混合液表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
3.根据权利要求1所述的生物蛋白质二维纳米薄膜，其特征在于它由下述方法制备得到：将5～100mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为0.1～10mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，将基材与混合液表面接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
4.根据权利要求3所述的生物蛋白质二维纳米薄膜，其特征在于它由下述方法制备得到：将40～50mmol/L的三(2-羧乙基)膦的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液用NaOH调节至pH值为4.0～6.0，然后将其与浓度为2～5mg/mL的溶菌酶的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液等体积混合，将基材与混合液表面接触，室温静置30～50分钟，在基材表面形成一层薄膜，即生物蛋白质二维纳米薄膜。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的生物蛋白质二维纳米薄膜，其特征在于：所述的溶菌酶的来源物种为人、鸡、牛、鼠或骆驼。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |