CN107142617A - 一种检测并吸附尼古丁的纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能性纤维膜制备领域，具体涉及一种高效检测并吸附尼古丁的鲵皮胶原蛋白纤维膜的制备方法。本发明方法通过对鲵皮酶解的工艺以及纤维膜制备条件的摸索，获得了一种可以对尼古丁进行高效检测并对尼古丁具有高效吸附性能的鲵皮胶原蛋白纤维膜。本发明具有如下优点：有效利用了鲵皮作为胶原蛋白制备源，并获得了鲵皮胶原蛋白纤维膜；所得纤维膜对于尼古丁具有高效的检测效果，可用于制备相应的尼古丁传感器；所得纤维膜对于尼古丁还具有较高的吸附效果，可用作尼古丁的吸附材料；所用纺丝溶剂毒性很小，所得纤维膜经常规的溶剂挥发处理后，可以安全的用作烟头滤嘴材料。

Description

一种检测并吸附尼古丁的纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性纤维膜制备领域，具体涉及一种检测并吸附尼古丁的纤维膜极其制备方法。
背景技术
胶原蛋白是细胞外基质的一种结构蛋白质，含有一个或几个由α-链组成的三螺旋结构区，常用于食品、化工、医疗、生物合成等领域。
一般而言，鲵皮常作为废弃物进行丢弃，造成了一定的浪费和环境污染。目前，利用鲵皮进行胶原的提取主要是酶解法和热法提取。热法提取一般需进行带压操作，且处理时间长，所得产品的相对分子质量范围分布较宽，难以获得所需的胶原蛋白。利用酶法提取虽然具有一定的便利性和高效性，但酶的选择是至关重要的，如何针对具体的需求采用特定的酶和酶解条件，需要进行大量的摸索。
目前，在利用胶原进行纤维膜的制备方面，已有不少研究，如《Electrospinningof Collagen Nanofiber Scaffolds from Benign Solvents 》。影响静电纺丝的主要因素有原料性质、溶剂、电压、接收材料、接收距离、温度和湿度。其中，原料性质和溶剂通常起着决定性的作用。原料的相对分子质量、溶剂对原料的溶解性以及溶剂的挥发性决定纤维的可纺性。一般而言，为了避免有机溶剂对人体的危害，尽量选择毒性小或者无毒的溶剂。
尼古丁又称烟碱，是烟草中含量最多的一种生物碱，具有成瘾性和致癌性，对身体健康具有重大的威胁。在制备尼古丁传感器方面，利用尼古丁对胆碱酯酶活性具有抑制作用来检测尼古丁，是常用方法之一。然而，对用于固定胆碱酯酶的基底材料的选择，是决定能否高效检测尼古丁的主要因素。
当制备具有高效检测尼古丁功能的纤维膜时，如该纤维膜还能对尼古丁具有高效吸附能力，则还可有望将其制备空气净化材料或者烟头滤嘴。然而，目前在这方面的研究尚未深入。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测并吸附尼古丁的纤维膜的制备方法，其包括如下步骤：
（1）利用微细粉碎机对将鲵皮进行粉碎处理，加入水，控制质量分数为8~10%，置于微波炉中，于功率450~550W下处理0.5~1.0分钟；滤干，加入质量体积比为2%的双氧水的水溶液，静置30分钟，之后用水清洗，滤干；
（2）加入1.0mol/L的盐酸溶液，超声波辅助下，处理10~12分钟，用水清洗，滤干；
（3）向步骤（2）所得物加入水，控制质量分数为5~6%，加入5.00~6.00 NFU/mg胃蛋白酶、2.00~2.50 NFU/mg木瓜蛋白酶和3.00~3.50 NFU/mg菠萝蛋白酶，于30~35℃下，温和搅拌反应2.5~3.0小时；于100℃下，灭活10分钟；
（4）将步骤（3）置于-70℃下，预冻10分钟，之后进行真空冷冻干燥，然后进行粉碎；
（5）将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.12~0.15g/ml的溶液，并向所得溶液加入体积分数为0.3~0.5%的Tween-80，充分搅拌均匀；
（6）利用静电纺丝设备对步骤（5）所得溶液进行静电纺丝，设置电压为20 KV，溶液推进速度为0.8~1.0 ml/h，接收距离为15cm，得到静电纺丝纤维膜；
（7）将所得纤维膜置于体积分数为0.15~0.30%的戊二醛溶液中，置于20~25℃中反应30~45分钟。
优选的，步骤（3）中，所述质量分数为5.5%，酶的加入量为5.50 NFU/mg胃蛋白酶、2.20 NFU/mg木瓜蛋白酶和3.30 NFU/mg菠萝蛋白酶。
优选的，步骤（3）中，于35℃下，温和搅拌反应3.0小时。
优选的，步骤（5）中，将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.13 g/ml的溶液。
优选的，步骤（5）中，向所得溶液加入体积分数为0.35%的Tween-80。
优选的，在步骤（7）中，所述戊二醛溶液的体积分数为0.20%。
优选的，步骤（7）中，将所得纤维膜置于体积分数为0.20%的戊二醛溶液中，置于22℃中反应40分钟。
本发明的另外一个目的还在于提供由上述方法制备得到的高效检测并吸附尼古丁的鲵皮胶原蛋白纤维膜。
在本发明的研究中，发明人发现，酶的选择对于纤维可纺性具有决定性的作用，这可能是由于所得胶原蛋白的分子量及其分子量分布情况影响的。另外，预处理对于可纺性也非常重要，更为重要的是，预处理影响着胆碱酯酶的固定，这可能是由于预处理的不同对羟基的密度有着重大影响，同时也可能是预处理过程影响着所得纤维膜的性质，从而在戊二醛交联时，纤维不易快速降解而提高后续的酶固定化效果。本发明还发现，Tween80的加入对于可纺性也具有较大的影响，其加入可能使得纺丝原料更好的分散，利于在纺丝过程中形成泰勒锥以便平稳纺丝。如本发明的一个对比实施例所示，当仅采用胃蛋白酶或者仅采用木瓜蛋白酶时，所得酶解物质利用乙酸和其它几种常用有机试剂几乎无法进行静电纺丝。再如本发明另一个对比实施例，当省略本发明步骤（2）的预处理时，利用所得纤维膜进行戊二醛交联后，对于尼古丁的检测效果出现大幅降低；同时，需利用DMF和THF（9:1 v/v）的溶液体系才能进行纺丝，不过这种溶液体系的毒性较强，当溶剂残留时，是不宜将所得纤维膜作为烟头滤嘴的。
在取得本发明结果之后，在本发明技术的基础上，发明人发现，针对于蛇皮，通过调整预处理步骤的有无、三种所用酶的使用（任一种单独使用、任两两组合和三种同时使用）、纺丝溶剂的选择，均难以获得具有静电纺丝可纺性的胶原蛋白。
本发明相对于现有技术的优点：
1、本发明有效利用了鲵皮作为胶原蛋白制备源，并获得了鲵皮胶原蛋白纤维膜；
2、本发明所得纤维膜对于尼古丁具有高效的检测效果，可用于制备相应的尼古丁传感器；
3、本发明所得纤维膜对于尼古丁还具有较高的吸附效果，可用作尼古丁的吸附材料；
4、本发明所用纺丝溶剂毒性很小，所得纤维膜经常规的溶剂挥发处理后，可以安全的用作烟头滤嘴材料。
具体实施方式
以下结合实施例进一步对本发明进行说明，值得一提的时，下述实施例仅仅起到示例作用，并非旨在对本发明有所限定，本领域的技术人员应该理解，凡是符合本发明精神的技术方案均属于本发明的保护范围。
实施例1
（1）利用微细粉碎机对将鲵皮进行粉碎处理，加入水，控制质量分数为10%，置于微波炉中，于功率450W下处理1.0分钟；滤干，加入质量体积比为2%的双氧水的水溶液，静置30分钟，之后用水清洗，滤干；
（2）加入1.0mol/L的盐酸溶液，超声波辅助下，处理10~12分钟，用水清洗，滤干；
（3）向步骤（2）所得物加入水，控制质量分数为5%，加入5.00 NFU/mg胃蛋白酶、2.50NFU/mg木瓜蛋白酶和3.00 NFU/mg菠萝蛋白酶，于35℃下，温和搅拌反应2.5小时；于100℃下，灭活10分钟；
（4）将步骤（3）置于-70℃下，预冻10分钟，之后进行真空冷冻干燥，然后进行粉碎；
（5）将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.12g/ml的溶液，并向所得溶液加入体积分数为0.3%的Tween-80，充分搅拌均匀；
（6）利用静电纺丝设备对步骤（5）所得溶液进行静电纺丝，设置电压为20 KV，溶液推进速度为1.0 ml/h，接收距离为15cm，得到静电纺丝纤维膜；
（7）将所得纤维膜置于体积分数为0.30%的戊二醛溶液中，置于25℃中反应30分钟。
实施例2
（1）利用微细粉碎机对将鲵皮进行粉碎处理，加入水，控制质量分数为8%，置于微波炉中，于功率450W下处理0.5分钟；滤干，加入质量体积比为2%的双氧水的水溶液，静置30分钟，之后用水清洗，滤干；
（2）加入1.0mol/L的盐酸溶液，超声波辅助下，处理10~12分钟，用水清洗，滤干；
（3）向步骤（2）所得物加入水，控制质量分数为6%，加入6.00 NFU/mg胃蛋白酶、2.00NFU/mg木瓜蛋白酶和3.50 NFU/mg菠萝蛋白酶，于30℃下，温和搅拌反应3.0小时；于100℃下，灭活10分钟；
（4）将步骤（3）置于-70℃下，预冻10分钟，之后进行真空冷冻干燥，然后进行粉碎；
（5）将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.15g/ml的溶液，并向所得溶液加入体积分数为0.5%的Tween-80，充分搅拌均匀；
（6）利用静电纺丝设备对步骤（5）所得溶液进行静电纺丝，设置电压为20 KV，溶液推进速度为0.8 ml/h，接收距离为15cm，得到静电纺丝纤维膜；
（7）将所得纤维膜置于体积分数为0.15%的戊二醛溶液中，置于20℃中反应45分钟。
实施例3
（1）利用微细粉碎机对将鲵皮进行粉碎处理，加入水，控制质量分数为9%，置于微波炉中，于功率500 W下处理1.0分钟；滤干，加入质量体积比为2%的双氧水的水溶液，静置30分钟，之后用水清洗，滤干；
（2）加入1.0mol/L的盐酸溶液，超声波辅助下，处理10~12分钟，用水清洗，滤干；
（3）向步骤（2）所得物加入水，控制质量分数为5.5%，加入5.50 NFU/mg胃蛋白酶、2.20NFU/mg木瓜蛋白酶和3.30 NFU/mg菠萝蛋白酶，于35℃下，温和搅拌反应3.0小时；于100℃下，灭活10分钟；
（4）将步骤（3）置于-70℃下，预冻10分钟，之后进行真空冷冻干燥，然后进行粉碎；
（5）将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.13g/ml的溶液，并向所得溶液加入体积分数为0.35%的Tween-80，充分搅拌均匀；
（6）利用静电纺丝设备对步骤（5）所得溶液进行静电纺丝，设置电压为20 KV，溶液推进速度为0.9 ml/h，接收距离为15cm，得到静电纺丝纤维膜；
（7）将所得纤维膜置于体积分数为0.20%的戊二醛溶液中，置于22℃中反应40分钟。
实验例1
对实施例1~实施例3所得纤维膜进行尼古丁含量检测和尼古丁吸附试验，结果为：
对尼古丁的检测线性范围为7.5×10-7~5.0×10-2mol/L，最低检测限均不高于3.5×10-7mol/L。
将所得纤维膜填充于市售吸烟嘴中，将香烟（娇子牌）固定在吸烟嘴上，点燃香烟真空抽滤，燃烧完毕后，利用甲醇冲洗，利用GC/MS分析。
经分析，实施例1~3所得纤维膜对于香烟中尼古丁的吸附量分别为72.5%、72.1%和76.4%。
对比实施例1
除单独使用5.00~6.00 NFU/mg胃蛋白酶、2.00~2.50 NFU/mg木瓜蛋白酶和3.00~3.50NFU/mg菠萝蛋白酶中的任意一种或者任意两种之外，其余与实施例3一致。
所得酶解物质均无法进行静电纺丝（所选纺丝溶剂为DMF、THF、六氟异丙醇、乙酸中的一种或者任意两种混合溶液）。
对比实施例2
除省去步骤（2）之外，其余与实施例3一致。仅当采用DMF和THF（9:1 v/v）的溶液体系才能进行纺丝。
对尼古丁最低检测限均为1.2×10-5mol/L。
对比实施例3
除不添加Tween-80之外，其余与实施例3一致。纺丝时，纺丝过程不连续，常出现溶液从针头掉落的现象。
所得纤维膜对尼古丁最低检测限均为2.7×10-3mol/L。
对比实施例4
除原料为蛇皮，对实施例3中的步骤（2）进行“有无”选择、对所用酶进行“任一种单独使用、任两两组合和三种同时使用”选择，并以DMF、THF、六氟异丙醇、乙酸中的一种或者任意两种混合溶液作为纺丝溶液。发现，上述方案不具备可纺性。

Claims (9)

1.一种检测并吸附尼古丁的纤维膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）利用微细粉碎机对将鲵皮进行粉碎处理，加入水，控制质量分数为8~10%，置于微波炉中，于功率450~550W下处理0.5~1.0分钟；滤干，加入质量体积比为2%的双氧水的水溶液，静置30分钟，之后用水清洗，滤干；
（2）加入1.0mol/L的盐酸溶液，超声波辅助下，处理10~12分钟，用水清洗，滤干；
（3）向步骤（2）所得物加入水，控制质量分数为5~6%，加入5.00~6.00 NFU/mg胃蛋白酶、2.00~2.50 NFU/mg木瓜蛋白酶和3.00~3.50 NFU/mg菠萝蛋白酶，于30~35℃下，温和搅拌反应2.5~3.0小时；于100℃下，灭活10分钟；
（4）将步骤（3）置于-70℃下，预冻10分钟，之后进行真空冷冻干燥，然后进行粉碎；
（5）将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.12~0.15g/ml的溶液，并向所得溶液加入体积分数为0.3~0.5%的Tween-80，充分搅拌均匀；
（6）利用静电纺丝设备对步骤（5）所得溶液进行静电纺丝，设置电压为20 KV，溶液推进速度为0.8~1.0 ml/h，接收距离为15cm，得到静电纺丝纤维膜；
（7）将所得纤维膜置于体积分数为0.15~0.30%的戊二醛溶液中，置于20~25℃中反应30~45分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述质量分数为5.5%，酶的加入量为5.50 NFU/mg胃蛋白酶、2.20 NFU/mg木瓜蛋白酶和3.30 NFU/mg菠萝蛋白酶。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，于35℃下，温和搅拌反应3.0小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，将步骤（4）所得物溶于乙酸中，制备成浓度为0.13 g/ml的溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，向所得溶液加入体积分数为0.35%的Tween-80。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（7）中，所述戊二醛溶液的体积分数为0.20%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，溶液推进速度为0.9 ml/h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（7）中，将所得纤维膜置于体积分数为0.20%的戊二醛溶液中，置于22℃中反应40分钟。
9.由权利要求1~8任一项所述方法制备得到的检测并吸附尼古丁的纤维膜。
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