CN105385057B - 一种生物活性分子与高分子复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：将生物活性分子溶于水中，配制成混合溶液体系，向该体系中加入高分子，混匀后抽干，并将其放入模具中，室温条件下压制，即制得复合生物活性分子与高分子的材料。优点为本发明通过以高分子为载体，在室温条件(0～40℃)下复合生物活性分子，从而制得一种复合材料，该制备方法简单、环保，能够有效地保持复合材料中生物分子原有的活性，且可广泛地应用于各种生物活性分子体系及各种高分子体系。

Description

一种生物活性分子与高分子复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种生物活性分子与高分子复合材料的制备方法。
背景技术
高分子材料与生物活性分子的复合可以给传统热塑性塑料带来更好的性质和广泛的应用范围。很多生物分子往往具有一些特殊的功能或者是极高的反应活性，同时又有着天然、环保的优势，但是，由于传统塑料的热加工工艺中不可避免的涉及到高温处理，而生物活性材料，如蛋白质、生物酶等在高温下都易变性失活，因此传统塑料与生物活性材料复合的研究工作一直举步维艰。将生物活性材料添加到传统热塑性塑料中加工成型，同时又能保持住其生物活性是一个极具挑战性的工作。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够复合生物活性分子与高分子、且有效地保持复合材料中生物分子原有活性的复合材料制备方法。
技术方案：本发明生物活性分子与高分子复合材料的制备方法包括如下步骤：将生物活性分子溶于水中，配制成0.1～10wt％的混合溶液体系，向该体系中加入高分子，混匀后抽干，并将其放入模具中，在压力为100～250MPa、室温条件下压制1～20min后，泄压、脱模，即制得该复合材料，其中，生物活性分子与高分子的质量比为1:5～1000。
进一步说，本发明的生物活性分子优选可为生物活性蛋白质或活性酶分子，配制的混合溶液体系优选可为0.1～17wt％，生物活性分子与高分子的质量比可为1:10～500，高分子的粒径为40～1500nm，优选可为40～1000nm，进一步优选可为40～500nm。
根据“去拥塞”原理，高分子在经受压力时，其高分子链发生流动，从而能够进一步地包裹生物活性分子，形成一种相对均匀的形貌结构，优选的，所施加的压力为120～230MPa，室温为0～40℃。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为通过以高分子为载体，在室温条件下(0～40℃)复合生物活性分子，从而制得一种复合材料，该制备方法简单、环保，能够有效地保持复合材料中生物分子原有的活性，且可广泛地应用于各种生物活性分子体系及各种高分子体系。
附图说明
图1为本发明的制备方法和传统的热塑加工方法制得的聚苯乙烯与β-半乳糖苷酶复合材料的蛋白质活性对照图；
图2为聚苯乙烯-溶菌酶复合材料杀菌活性曲线图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
本发明生物活性分子与高分子复合材料的制备方法包括如下步骤：将生物活性分子溶于水中，配制成0.1～10wt％的混合溶液体系，向该体系中加入高分子，混合均匀后抽干，并将其放入模具中，在压力为100～250MPa、室温条件下压制1～20min后，泄压、脱模，即制得该复合材料，其中，生物活性分子与高分子的质量比为1:5～1000。
一般在处理生物活性分子时，要经过无菌处理的水，且里面尽量不要含有太多无机盐粒子，以免破坏生物分子的活性，优选的，采用的水可为无菌蒸馏水。本发明的生物活性分子优选可为生物活性蛋白质或活性酶分子，配制的混合溶液体系优选可为0.1～17wt％，其中，生物活性分子与高分子的质量比为1:10～500，高分子的粒径为40～1500nm，优选可为40～1000nm，进一步优选可为40～500nm，所施加的压力为120～230MPa，室温为0～40℃。
实施例1
聚苯乙烯与β-半乳糖苷酶复合材料制备：利用乳液聚合法制备粒径为150nm的聚苯乙烯纳米小球10克，依次用无水乙醇、蒸馏水分别洗涤5次后，真空干燥备用。将10毫克β-半乳糖苷酶溶于10ml无菌蒸馏水中，充分搅拌、溶解至均一体系。将10克聚苯乙烯小球加入体系中，快速搅拌使其形成均匀的悬浊液，并将该悬浊液抽干后放入模具中铺平，经模具放入压力机中，在40℃条件下施加250MPa的压力，并将压力保持20min后，泄压、脱模，即制得聚苯乙烯与β-半乳糖苷酶复合材料。
实施例2
设计对比试验，分别采用传统的热塑加工方法和本发明的室温下的制备方法制备聚苯乙烯与β-半乳糖苷酶复合材料，利用β-半乳糖苷酶可催化水解β-D吡喃半乳糖苷(RBG)而生成具有红色荧光产物的性质，在验证酶的活性是否得到保持，试验结果如图1所示，其中，纵坐标为酶催化反应产物的荧光强度，横坐标为反应时间。
由图1可知，在采用传统的热塑加工方法制得的复合材料催化水解β-D吡喃半乳糖苷(RBG)时，由于酶的活性消失，反应无法进行，因此其荧光强度一直保持在一个较低的数值不变，而采用本发明室温条件下制得的复合材料催化水解β-D吡喃半乳糖苷(RBG)时，β-半乳糖苷酶在复合材料中保持了良好的活性，其不断地催化水解β-D吡喃半乳糖苷(RBG)生成强荧光的产物，在图中的表现形式为产物的荧光强度随反应时间增加而不断地升高，最后趋于一个稳定值。
实施例3
聚氯乙烯与牛血清蛋白(BSA)复合材料的制备：利用纳米粒子沉降法制备粒径约为40nm的聚氯乙烯纳米小球5克，依次用无水乙醇、蒸馏水分别洗涤5次后，真空干燥备用。将1克牛血清蛋白溶于10ml无菌蒸馏水中，充分搅拌、溶解至均一体系，将5克聚氯乙烯纳米小球加入该体系中，快速搅拌使其形成均匀的悬浊液，并将该悬浊液抽干后放入模具中铺平，经模具放入压力机中，在0℃条件下施加100MPa的压力，并将压力保持1min后，泄压、脱模，即制得聚氯乙烯与牛血清蛋白的复合材料。
实施例4
聚苯乙烯-溶菌酶复合材料的制备：采用乳液聚合法制备得到粒径为600nm的聚苯乙烯纳米小球350g，依次经过无水乙醇及无菌蒸馏水分别洗涤5次后，真空干燥备用。将0.7g壳聚糖溶于10ml无菌蒸馏水中，配制成7wt％的混合溶液，充分搅拌、溶解至均一体系，将350g聚氯乙烯小球加入体系中，快速搅拌使其形成均匀的悬浊液，并将该悬浊液抽干后放入模具中铺平，经模具放入压力机中，在30℃条件下施加220MPa的压力，并将压力保持20min后，泄压、脱模，即制得复合有溶菌酶以及聚苯乙烯的材料，其活性曲线如图2所示，由图2的曲线可知，当复合材料放入溶壁微球菌悬浊液中，细菌被快速杀灭，体系澄清度快速升高，对应着图中的吸光度快速降低，说明采用本发明室温下的制备方法保持了生物分子的活性。
实施例5
聚氯乙烯与溶菌酶复合材料的制备：采用纳米粒子沉淀法制备得到粒径为40nm的聚氯乙烯纳米小球5g，依次经过无水乙醇及无菌蒸馏水分别洗涤5次后，真空干燥备用。将1g溶菌酶溶于10ml水中，配制成10wt％的混合溶液，充分搅拌、溶解至均一体系，将5g聚氯乙烯小球加入体系中，快速搅拌使其形成均匀的悬浊液，并将该悬浊液抽干后放入模具中铺平，经模具放入压力机中，在0℃条件下施加100MPa的压力，并将压力保持1min后，泄压、脱模，即可制得复合有生物活性分子溶菌酶和聚氯乙烯的材料。
实施例6
设计7组平行实验，高分子与生物活性分子的质量比分别为1:1、5:1、10:1、100:1、500:1、1000:1、1100:1，其余步骤与实施例5相同，制得的复合材料的性能如表1所示。
表1不同的高分子与生物活性分子的质量比制得的复合材料的性能对照表
由表1可知，第2～5组制得的复合材料的活性优于第1和6组的实验，其中，以高分子与生物活性分子的加入量为10～500:1最佳，这是由于生物分子与高分子的比越大时，保持的生物分子的活性越强，而当二者的比值越小时，虽然保持的生物分子的活性强，但制得的复合材料不稳定。
实施例7
设计6组平行实验，配制的混合溶液体系的质量百分数分别为0.05wt％、0.1wt％、3wt％、7wt％、10wt％、11wt％，其余步骤与实施例5相同，制得的复合材料的性能如表2所示。
表2配制不同质量百分数的混合溶液体系制得的复合材料的性能对照表
由表2可知，第2～6组制得的复合材料的活性优于第1组的实验制得的复合材料的活性，这是由于配制的混合体系的质量分数太小时，会导致生物活性分子的失活比例增大，而配制的质量分数过大时，虽然制得复合材料保持的生物分子的活性较强，但生物活性分子将无法均匀地吸附在高分子上，从而使得制得的复合材料不均匀。
实施例8
设计6组平行实验，高分子的粒径分别为40nm、100nm、500nm、1000nm、1500nm、1600nm，其余步骤与实施例5相同，制得的复合材料的性能如表3所示。
表3不同粒径高分子制得的复合材料的性能对照表
组号 1 2 3 4 5 6
粒径/nm 40 100 500 1000 1500 1600
活性 强 强 较强 中等 较好 较差
由表3可知，第1～5组制得的复合材料的活性优于第6组实验制得的复合材料的活性，这是由于高分子的粒径越大，制备的复合材料越不均匀，且生物活性分子被包裹，复合材料的活性差。
实施例9
设计6组平行实验，设置的压力分别为50MPa、100MPa、120MPa、230MPa、250MPa、300MPa，其余步骤与实施例5相同，制得的复合材料的性能如表4所示。
表4不同的压力条件下制得的复合材料的性能对照表
组号 1 2 3 4 5 6
压力/MPa 50 100 120 230 250 300
活性 较强 较强 较强 中等 中等 较差
由表4可知，第2～5组制得的复合材料的活性优于第6实验制得的复合材料的活性，这是由于当压力过大时，容易破坏生物分子的活性，而当压力过小时，虽然制得的复合材料保持的生物分子的活性较强，但该材料不稳定。

Claims (6)

1.一种生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将生物活性分子溶于水中，配制成0.1～10wt％的混合溶液体系，向该体系中加入高分子，混匀后抽干，并将其放入模具中，在压力为100～120MPa、室温条件下压制1～20min后，泄压、脱模，即制得该复合材料，其中，生物活性分子与高分子的质量比为1:1～500，高分子的粒径为40～1500nm。
2.根据权利要求1所述的生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述生物活性分子包括生物活性蛋白质或活性酶分子。
3.根据权利要求1所述的生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合溶液体系的质量百分数为0.1～7wt％。
4.根据权利要求1所述的生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述高分子的粒径为40～1000nm。
5.根据权利要求4所述的生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述高分子的粒径为40～500nm。
6.根据权利要求1所述的生物活性分子与高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述压力为120～230MPa。
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