CN106279749A - 一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法。本发明是将烘干剪好的蚕茧进行脱胶，将脱胶后所得的丝素纤维溶于氯化钙、乙醇和水的混合溶液，得黄褐色溶液。通过透析加离心的方法得到纯净的丝素蛋白溶液，再与海藻酸钠溶液混合，搅拌共混，冷冻干燥。将干燥后的制品浸入配置好的溶液(氯化钙、甘油、乙醇质量比7:3:90)，后取出干燥得到复合海绵。本发明利用海藻酸盐与丝素蛋白制得复合海绵，不仅扩展了海绵材料在实际生产中的应用，而且与其他海绵材料相比，具有经济环保和良好的生物相容性和降解性等优良的突出特点，所述复合海绵可以在医用敷料及美容用品、建筑装饰等领域中应用。

Description

一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，尤其涉及一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法和应用。
背景技术
随着资源的日益消耗，环境的逐渐恶化，人们生活水平的提高，迫切需要新的绿色环保型材料，因此生物质材料的发现以及深入研究为之带来了曙光。
现有的聚氨酯、聚苯乙烯等发泡类材料具有降解速度慢、易造成白色污染、易燃等性能缺陷，而且通常吸湿性、保湿性也不是很好，本体并不具备抗菌性和阻燃性。天然生物质基发泡材料可弥补上述不足，目前相关研究和产品非常有限。
医用敷料是一种覆盖创面、辅助伤口愈合的材料，近年来，海藻酸钙纤维、海藻酸基凝胶等新型材料在功能性医用敷料的应用受到广泛关注，其中海藻酸基海绵敷料更具吸附和使用优势，但常规下制造的海藻酸基海绵力学强度达不到医疗和生物方面的应用要求，添加一些无机和有机物通常会降低海绵的生物相容性和降解性。
发明内容
本发明提供一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法，所用丝素蛋白是从废蚕茧提取出的一种蛋白质，抗菌保健性能优异，所用海藻酸钠是从海藻中提取的一种天然高聚物，来源广泛，成本较低，不会对环境造成二次污染。将天然高分子海藻酸钠和丝素蛋白复合制备海绵，不仅具有因为天然高分子材料资源丰富、生物相容性好、无毒无害、可降解回收、吸湿保湿性能优良的特点，更具有吸附性能优异、易凝胶、易去除、本质阻燃和本质抗菌等优异性能，是一个应用前景广泛的材料，有望广泛应用于医疗卫生领域，甚至拓展应用至纺织、美容、建筑等领域。该方法综合两种生物质材料的优势性能，得到综合性能良好的海绵材料，提供复合海绵新工艺，获得复合海绵新产品，提高产品附加值，扩大海藻酸盐的开发利用。
本发明提供一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蚕茧脱胶、干燥得到丝素；
(2)将步骤(1)中得到的丝素溶解于氯化钙、乙醇、水的混合溶液中，冷后透析、离心得上层清液为丝素蛋白溶液；
(3)海藻酸钠与丝素蛋白按固体质量比100:10～100:50配制共混溶液；配制时，先加水将海藻酸钠溶解，再添加一定量丝素蛋白溶液，机械搅拌直到溶液混合均匀；
(4)将制得的混合溶液倒入模具中，放入冷冻干燥机内干燥除水，形成孔洞结构；
(5)将冷冻干燥完的制品浸入氯化钙、乙醇和甘油混合溶液，浸泡后取出干燥，得到复合海绵制品。
进一步地在上述技术方案中，步骤(1)中脱胶过程为，将蚕茧剪碎，烘干后溶于5g/L的Na2CO3溶液，100℃水浴加热下脱胶30min，取出，拧干，洗涤2至3次。
进一步地，在上述技术方案中，步骤(2)中透析过程为，将步骤(2)中混合溶液倒入的透析袋中，将透析袋浸没在去离子水中透析。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(2)中采用硝酸银溶液检验透析是否完全，取透析袋外液体加入硝酸银溶液，无沉淀现象发生则透析完全。
进一步地，在上述技术方案中，(2)中氯化钙:乙醇:水的物质的量比为1:2:8。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(2)中溶解温度控制在60℃～85℃水浴下进行，搅拌大约5min之后，丝素全部溶解，溶液呈黄褐色，并且含有少量杂质。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(2)中透析袋为8000～14000kDa，透析袋透析时间持继续三天，期间每隔六个小时换一次水；离心机的转速选取2500r/min。
进一步地，在上述技术方案中，步骤(2)中所制得的上层清夜为纯净的丝素蛋白。用Spectrum One-B型傅立叶红外光谱仪对丝素蛋白的分子结构进行表征，采用溴化钾压片法测定红外光谱，400～4000cm-1,丝素蛋白的分子链构象主要是无规线团结构为主。
进一步地，在上述技术方案中，步骤(3)中海藻酸钠的质量百分浓度范围为1％～3％，优选浓度为2％。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(4)冷冻干燥机干燥除水的持续6～8h；步骤(5)中浸泡时间为10～30min。可以极大的降低水溶性。
进一步地，在上述技术方案中，在步骤(4)中浸入配制好的溶液为氯化钙、甘油和乙醇的混合溶液且质量比7:3:90。
本发明中将丝素蛋白与海藻酸钠溶液共混，因为丝素蛋白中含有较多的亲水基团，且本身具有良好的生物相容性、可降解性等。因此我们添加的丝素蛋白不会改变海绵的生物相容性和降解性，并且具有吸湿性、保湿性，有一定的抗菌性。预期会达到医疗和生物应用的要求。
本发明提供的海藻酸盐与丝素蛋白共混制备海绵的方法，常规下制造的海藻酸钠海绵力学强度达不到医疗和生物方面的应用要求，添加一些无机和有机物通常会降低海绵的生物相容性和降解性，满足不了要求，我们添加的丝素蛋白不会改变海绵的生物相容性和降解性，并且具有吸湿性、保湿性，有一定的抗菌性。预期会达到医疗和生物应用的要求。现有发泡材料有降解速度慢易造成白色污染、易燃等性能缺陷，而我们本身具有阻燃效果和可降解性能优异等特点。
本发明有益效果：丝素蛋白和海藻酸钠都为天然的高分子材料，由于其良好的生物相容性、降解性和无毒等突出特点，作为一种绿色的高分子材料被广泛应用于医疗卫生、食品、纺织等方面。这项发明不仅是扩大海藻酸应用，发展天然高分子，而且自然资源实现了合理应用，促进了海藻酸从海洋生物中的生产提取，推动了我国产业发展和转型升级。
附图说明
图1为对比例1和实施例1～3制备的海绵电镜图；
图2为对比例1和实施例1～3制备的海绵吸水率曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、方案、流程和优点更加清楚明晰，结合实施例对本发明做进一步的详细说明，值得注意的是，此处具体实施例仅作为解释说明本发明，并不用于限定本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买。
丝素蛋白溶液的制备：
(1)将蚕茧剪碎成0.5cm2的碎片，置于烘箱内烘干备用。制备5g/L的Na2CO3溶液，取一定量蚕茧碎片置于其中，100℃水浴加热下脱胶30min。取出，拧干，洗涤2至3次。得到的产品放入烘箱内干燥。
(2)配制氯化钙、乙醇、水混合溶液，置于烧瓶内，将以上干燥后的丝素加入其中。在一定温度下溶解静置，在空气中冷却，后将溶液倒入的透析袋中，将透析袋浸没在去离子水中透析。透析结束，倒出溶液，放入离心机中离心，离心完，取上清液。
实施例1
本实施例公开了一种海藻酸盐与丝素蛋白共混海绵的制备方法，由下述方法制备而成：
将0.2g(为固体重量)丝素蛋白与2g海藻酸钠配制100mL共混溶液。配制时，先加水将海藻酸钠溶解，再添加丝素蛋白溶液，机械搅拌使溶液混合均匀。将制得的混合溶液，放入冷冻干燥机内干燥除水，冷冻干燥机干燥除水持续6～8小时，形成孔洞结构。
将制品浸入配制好的溶液，溶液为氯化钙、甘油和乙醇溶液且质量比7:3:90，浸泡时间为15min。一段时间后取出干燥，得到复合海绵制品。复合海绵制品吸水率达170％、吸湿率达79％保湿率达76％。
本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵的结构如图1b所示，本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵制备过程为：海藻酸钠和丝素蛋白制成溶液，互溶不产生相分离，通过冷冻干燥机干燥除水，形成孔洞结构。
实施例2
本实施例公开了一种海藻酸盐与丝素蛋白共混制备海绵的方法，由下述方法制备而成：
将0.6g(为固体重量)丝素蛋白与2g海藻酸钠配制100mL共混溶液。配制时，先加水将海藻酸钠溶解，再添加丝素蛋白溶液，机械搅拌使溶液混合均匀。将制得的混合溶液，放入冷冻干燥机内干燥除水，冷冻干燥机干燥除水持续6～8小时，形成孔洞结构。
将制品浸入配制好的溶液，溶液为氯化钙、甘油和乙醇溶液且质量比7:3:90，浸泡时间为15min。一段时间后取出干燥，得到复合海绵制品。复合海绵制品吸水率达180％、吸湿率达88％保湿率达82％。
本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵的结构如图1c所示，本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵制备过程为：海藻酸钠和丝素蛋白制成溶液，互溶不产生相分离，通过冷冻干燥机干燥除水，形成孔洞结构。
实施例3
本实施例公开了一种海藻酸盐与丝素蛋白共混制备海绵的方法，由下述方法制备而成：
将1g(为固体重量)丝素蛋白与2g海藻酸钠配制100mL共混溶液。配制时，先加水将海藻酸钠溶解，再添加丝素蛋白溶液，机械搅拌使溶液混合均匀。将制得的混合溶液，放入冷冻干燥机内干燥除水，冷冻干燥机干燥除水持续6～8小时，形成孔洞结构。
将制品浸入配制好的溶液，溶液为氯化钙、甘油和乙醇溶液且质量比7:3:90，浸泡时间为15min。一段时间后取出干燥，得到复合海绵制品。复合海绵制品吸水率达280％、吸湿率达83％保湿率达77％。
本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵的结构如图1d所示，本实施例海藻酸钠与丝素蛋白共混制备海绵制备过程为：海藻酸钠和丝素蛋白制成溶液，互溶不产生相分离，通过冷冻干燥机干燥除水，形成孔洞结构。
对比例1
与实施例1相同，区别在于不添加丝素蛋白。制备得到的海绵结构如图1a所示。
上述对比例1、实施例1～3海藻酸盐与丝素蛋白共混制备海绵吸水率分析如图2所示，由图可知随着丝素蛋白含量的增加，复合海绵的孔洞结构大小增加且吸水率大大提高，说明丝素蛋白对于复合产品的吸水率有提高作用。
以上所述，仅是本发明较佳的实施方式，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蚕茧脱胶、干燥得到丝素；
(2)将步骤(1)中得到的丝素溶解于氯化钙、乙醇、水的混合溶液中，冷后透析、离心得上层清液为丝素蛋白溶液；
(3)海藻酸钠与丝素蛋白按固体质量比100:10～100:50配制共混溶液；
(4)将制得的混合溶液倒入模具中，放入冷冻干燥机内干燥除水，形成孔洞结构；
(5)将冷冻干燥完的制品浸入氯化钙、乙醇和甘油混合溶液，浸泡后取出干燥，得到复合海绵制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中脱胶过程为，将蚕茧剪碎，烘干后溶于5g/L的Na2CO3溶液，100℃水浴加热下脱胶30min，取出，拧干，洗涤2至3次。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中透析过程为，将步骤(2)中混合溶液倒入的透析袋中，将透析袋浸没在去离子水中透析。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中采用硝酸银溶液检验透析是否完全，取透析袋外液体加入硝酸银溶液，无沉淀现象发生则透析完全。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(2)中氯化钙:乙醇:水的物质的量比为1:2:8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中溶解温度控制在60℃～85℃水浴下进行。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤(2)中透析袋为8000～14000kDa，透析袋透析时间持继续三天，期间每隔六个小时换一次水；离心机的转速选取2500r/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中海藻酸钠的质量百分浓度范围为1％～3％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(4)冷冻干燥机干燥除水的持续6～8h；步骤(5)中浸泡时间为10～30min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(4)中浸入配制好的溶液为氯化钙、甘油和乙醇的混合溶液且质量比7:3:90。
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