CN108864472A - 一种超薄微孔丝素蛋白膜、制备方法及应用 - Google Patents

一种超薄微孔丝素蛋白膜、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄微孔丝素蛋白膜、制备方法及应用。包括如下步骤：将丝素纤维或粉体溶解于溶剂中，过滤得到高浓度的丝素蛋白液；将丝素蛋白液直接或稀释成不同浓度后，采用注射装置缓慢注入高浓度的混合盐溶液中，丝素蛋白液迅速在液面扩散成膜。单层膜的厚度仅0.4μm，通过卷取层数调控膜的厚度，膜的孔隙率高，布满了孔径0.5～1.5μm的微孔。本发明通过界面扩散原理制备超薄微孔丝素蛋白膜，工艺简单高效，成膜质量高、性能好。所述膜在生物医用材料及过滤材料领域有广阔的应用前景。

Description

一种超薄微孔丝素蛋白膜、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种天然高分子膜材料，具体涉及一种超薄微孔丝素蛋白膜、制备方法及应用，属天然高分子材料领域。
背景技术
丝素蛋白是一种来源广泛的天然高分子，具有优异的生物相容性、可生物降解性，可再生制成纤维、薄膜、凝胶、海绵等多种形态，以满足各种应用的要求。其中，丝素蛋白膜在生物医用材料及过滤材料方面极具应用价值。如2009年的专利(CN 101879098A)公开了一种使用丝蛋白的人工鼓膜及其制造方法，将丝素蛋白溶液干燥后制成丝素膜，用作人工鼓膜及贴片。如2016年的专利(CN 106283399A)公开了一种排列有序的改性纳米纤维膜及其制备和应用，将丝素蛋白、胶原蛋白和聚己内酯混合溶解后，通过静电纺丝制备纳米纤维膜，用作细胞培养支架。如2014年的专利(CN 103611192A)公开了部分还原的氧化石墨烯和丝素蛋白复合膜及其制备方法和应用，将部分还原的石墨烯与丝素蛋白液共混，再浇铸在聚四氟乙烯平板上制成复合膜，改善丝素膜的强拉性和韧性。如2017年的专利(CN106668940A)公开了一种丝素蛋白双层膜及制备方法和应用，先制备丝素蛋白蒸发膜，再在蒸发膜的表面制备静电纺丝膜，最终制成的双层膜用作人工仿骨膜。如2015年的专利(CN104474914A)公开了一种含有丝素蛋白的纳米纤维膜及其制备方法，将含碳纳米管的丝素溶液用静电纺丝法制成纳米纤维膜，用于水的微滤、纳滤。由此可见，目前制备丝素蛋白膜的方法主要是溶液干燥法和静电纺丝法，普遍存在效率低下、膜的性能差等问题。2018年5月，浙江大学的张林研究团队在Science第360期518-521页报道了“Polyamide membraneswith nanoscale Turing structures for water purification”，揭示了界面聚合“图灵结构”膜的“反应-扩散”过程机理。本发明则以丝素蛋白液在盐溶液的界面快速扩散，制备了超薄微孔的丝素蛋白膜。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种超薄微孔丝素蛋白膜，所述的丝素蛋白膜超薄柔软，单层厚度仅0.4μm；膜的孔隙率高，布满孔径为0.5～1.5μm的微孔，并且具有良好的力学性能、过滤性能和生物相容性，在生物医用支架材料及微纳滤材料方面有良好的应用前景。
本发明的目的之二在于提供一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，主要通过丝素蛋白液在盐溶液的液-气界面快速扩散成膜，且膜的厚度、孔隙等可方便调控，方法简便高效，包括以下步骤：
S1.将丝素纤维或粉体溶解于溶剂中，过滤得到高浓度的丝素蛋白液；
S2.将步骤S1所得丝素蛋白液直接或稀释成不同浓度后，采用注射装置缓慢注入高浓度的混合盐溶液中，丝素蛋白液迅速扩散成膜；
S3.将步骤S2得到的丝素蛋白膜移出，经纯水清洗、卷取收集、干燥，即得超薄微孔丝素蛋白膜。
进一步，所述超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法具体步骤如下：
a.将丝素纤维或粉体放入5～7wt％LiBr/丙酮溶剂中溶解，然后过滤得到高浓度的丝素蛋白液；
b.将步骤a得到的丝素蛋白液直接或稀释成不同浓度后，采用注射装置液缓慢注入浓度为30～40wt％的盐溶液中，注射高度高出盐溶液液面1～20mm，丝素蛋白液在盐溶液的液-气界面迅速扩散成膜；
c.将步骤b得到的丝素蛋白膜移出，经纯水清洗、卷取收集、干燥，即得超薄微孔丝素蛋白膜。
进一步，所述盐为硫酸钠、氯化钠、硫酸铵及磷酸二氢铵中的一种或几种。
进一步，通过卷取控制得到单层、双层以及多层结构的超薄微孔丝素蛋白膜。
进一步，超薄微孔丝素蛋白膜在25～80℃干燥。
本发明所述的超薄微孔丝素蛋白膜可应用于细胞培养支架，血液、水及空气过滤。
本发明的有益效果在于：本发明的丝素蛋白膜结构不同于静电纺纤维膜和溶液干燥膜，该膜具有超薄、柔软、微孔率高等优点，以及具有良好的力学性能、过滤性能和生物相容性。本发明的制备方法是利用界面扩散原理，使丝素蛋白液在盐溶液的液-气界面快速扩散成膜，相比静电纺丝法和溶液干燥法而言，工艺简便高效，成膜质量高，膜的结构易调控。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例2的丝素蛋白膜的表面SEM图；
图2是实施例1的丝素蛋白膜的应力应变曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明，但并非用于限制本发明。
实施例1
(1)将5g丝素纤维放入100ml的5wt％LiBr/丙酮溶剂中，37℃下恒温振荡48h，将溶解后的产物过滤，得到约25wt％的丝素蛋白液；
(2)将丝素蛋白液通过微量注射泵缓慢注入30wt％的硫酸钠溶液中，注射喷头高出硫酸钠溶液液面1mm，丝素蛋白液迅速在液-气界面扩散成膜；
(3)将丝素蛋白膜移出，经纯水清洗，用滚筒卷取双层膜，在25℃下干燥，得到厚度约1μm的双层超薄微孔丝素蛋白膜。参见附图1，它是本实施例制备的双层丝素蛋白膜的表面SEM图，可见膜上均匀分布了无数微孔，孔径为0.5～1.5μm。
实施例2
(1)将5g丝素纤维放入100ml的7wt％LiBr/丙酮溶剂中，37℃下恒温振荡24h，将溶解后的产物过滤，得到约20wt％的丝素蛋白液；
(2)将丝素蛋白液用水稀释到10wt％，再将稀释后的丝素蛋白液通过微量注射泵缓慢注入40wt％的硫酸钠/硫酸铵/磷酸二氢铵的混合溶液中，注射喷头高出硫酸钠/硫酸铵/磷酸二氢铵溶液液面20mm，丝素蛋白液迅速在液-气界面扩散成膜；
(3)将丝素蛋白膜移出，经纯水清洗，用滚筒卷取单层膜，在80℃下干燥，得到厚度约0.4μm的单层超薄微孔丝素蛋白膜。膜上均匀分布了无数微孔，孔径为0.5～1.5μm。
实施例3
(1)将5g丝素纤维放入100ml的6wt％LiBr/丙酮溶剂中，37℃下恒温振荡24h，将溶解后的产物过滤，得到约22wt％的丝素蛋白液；
(2)将丝素蛋白液通过微量注射泵缓慢注入30wt％的氯化钠溶液中，注射喷头高出氯化钠溶液液面10mm，丝素蛋白液迅速在液-气界面扩散成膜；
(3)将丝素蛋白膜移出，经纯水清洗，用滚筒卷取三层膜，在50℃下干燥，得到厚度约1.4μm的三层超薄微孔丝素蛋白膜。膜上均匀分布了无数微孔，孔径为0.5～1.5μm。
实施例4
(1)将5g丝素纤维放入100ml的7wt％LiBr/丙酮溶剂中，37℃下恒温振荡24h，将溶解后的产物过滤，得到约20wt％的丝素蛋白液；
(2)将丝素蛋白液通过微量注射泵缓慢注入35wt％的硫酸钠/硫酸铵混合溶液中，注射喷头高出硫酸钠/硫酸铵溶液液面15mm，丝素蛋白液迅速在液-气界面扩散成膜；
(3)将丝素蛋白膜移出，经纯水清洗，用滚筒卷取单层膜，在37℃下干燥，得到厚度约0.7μm的单层超薄微孔丝素蛋白膜。膜上均匀分布了无数微孔，孔径为0.5～1.5μm。
实施例5
(1)将5g丝素纤维放入100ml的7wt％LiBr/丙酮溶剂中，37℃下恒温振荡24h，将溶解后的产物过滤，得到约20wt％的丝素蛋白液；
(2)将丝素蛋白液用水稀释至15wt％，将稀释后的丝素蛋白液通过微量注射泵缓慢注入30wt％的硫酸钠/氯化钠溶液中，注射喷头高出硫酸钠/氯化钠溶液液面5mm，丝素蛋白液迅速在液-气界面扩散成膜；
(3)将丝素蛋白膜移出，经纯水清洗，用滚筒卷取双层膜，在25℃下干燥，得到厚度约1.2μm的双层超薄微孔丝素蛋白膜。膜上均匀分布了无数微孔，孔径为0.5～1.5μm。参见附图2，它是本实施例的丝素蛋白膜的拉伸应力应变曲线图，可见膜的柔性以及强韧性很好。

Claims (10)

1.一种超薄微孔丝素蛋白膜，其特征在于：所述丝素蛋白膜为单层、双层或多层结构，单层膜的厚度为0.4～0.7μm，膜的孔径为0.5～1.5μm。
2.一种如权利要求1所述的超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，包括：
S1.将丝素纤维或粉体溶解于溶剂中，过滤得到高浓度的丝素蛋白液；
S2.将步骤S1所得丝素蛋白液直接或稀释成不同浓度后采用注射装置缓慢注入高浓度的盐溶液中，丝素蛋白液迅速扩散成膜；
S3.将步骤S2得到的丝素蛋白膜移出，经纯水清洗、卷取收集、干燥，即得超薄微孔丝素蛋白膜。
3.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中溶剂为LiBr/丙酮的二元溶剂体系，LiBr的浓度为5～7wt％。
4.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中丝素蛋白液可用纯水稀释或者不稀释，浓度为10～25wt％。
5.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中盐为硫酸钠、氯化钠、硫酸铵以及磷酸二氢铵中的一种或几种，盐溶液的浓度为30～40wt％。
6.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中注射装置喷嘴不浸没在盐溶液中，注射高度高出盐溶液液面1～20mm。
7.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中注射的丝素蛋白液在盐溶液的液-气界面扩散成膜。
8.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中控制丝素蛋白膜的卷取层数，得到单层、双层以及多层结构的超薄微孔丝素蛋白膜。
9.根据权利要求2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中干燥温度为25～80℃。
10.根据权利要求1和2所述的一种超薄微孔丝素蛋白膜的应用，其特征在于应用于细胞培养支架，血液、水及空气过滤。
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