CN110408052B - 一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种鱼抗冻蛋白仿生的低温耐冻粘韧水凝胶的制备方法。所述的低温耐冻粘韧水凝胶是将从鱼中提取的抗冻蛋白引入到化学交联的丙烯酰胺凝胶网络体系中而得到的。利用抗冻蛋白的非依数性降低冰点、抑制重结晶和修饰冰晶形态的特性,有效地抑制水凝胶中水分子在低温下的冻结,进而赋予水凝胶一定的低温耐冻性。另外,基于抗冻蛋白分子自身丰富的氨基酸基团,能够与丙烯酰胺化学交联网络和基质之间发生相互作用,从而可以赋予了水凝胶优异的粘附性能和力学性能。本发明制备的低温耐冻粘韧水凝胶粘性剥离力最高可达515.45 N/m,拉伸强度最高可达135.27 kPa,并且在‑15℃也未冻结,这将有望作为伤口敷料保护皮肤免受冻伤,拓宽水凝胶的应用范围。

Description

一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶及其制备方法,属于高分子水凝胶技术领域。
背景技术
水凝胶是一种亲水的三维网状高分子聚合物,可以吸收大量水分且具有三维网络结构的软物质;由于其独特的物理化学性质以及与人类组织高度相似性,使得在组织工程、生物医学、仿生皮肤等领域等领域具有潜在的应用前景;然而,传统水凝胶在过冷的极端环境下水分子会被冻结导致原有众多优异性质丧失,制约了其应用范围;基于现状,近年来,科研工作者们已经研究出了一些抗冻水凝胶,其大多数是通过向水凝胶中引入有机溶剂(乙二醇、丙三醇)来赋予其耐冻能力,但这些物质往往生物相容性差限制水凝胶的实际应用;与此同时,粘性水凝胶也被成功制备并用于皮肤修复、伤口敷料和组织粘合剂等领域;然而现有的粘性水凝胶大多数力学性能较差,在使用过程中容易破损且难以修复,大大限制其应用。;所以设计一个种耐冻的粘韧水凝胶具有深远意义。将拓宽其应用领域;
抗冻蛋白(Antifreeze proteins,AFPs)是一类具有提高生物抗冻能力的蛋白质类化合物,具有良好的生物相容性,广泛存在于动物、植物和微生物中;研究最早始于对鱼类体内抗冻蛋白基因的研究;其能特异地吸附于冰晶表面,对冰晶的生长起到一定抑制作用,非依数性地降低溶液冰点,从而有效保护生物体能够在气温较低环境中不受冻伤损害;另外,抗冻蛋白其内部具有众多独特的氨基酸残基,还可以作为增粘剂提高材料的粘结性能,前景十分广阔。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题,本发明提供了一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的制备方法;
本发明的一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶,其特征在于,将从鱼中提取的抗冻蛋白作为抗冻剂和增粘剂,引入到化学交联的丙烯酰胺凝胶网络体系中,通过分子本身特性和分子间的物理相互作用赋予水凝胶一定的低温耐冻性以及优异的粘附性能和力学性能;
本发明的一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的制备方法的步骤和条件如下:
a、称取不同质量的抗冻蛋白和10 mL去离子水,在室温下混合搅拌20~30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3 g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌20~30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至40~50 ℃,恒温6~8小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置2~3小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶;
本发明的有益效果:
本发明的水凝胶是将从鱼中提取的抗冻蛋白作为抗冻剂,并引入到水凝胶中,利用抗冻蛋白的非依数性降低冰点、抑制重结晶和修饰冰晶形态的特性,有效地抑制水凝胶中水分子在低温下的冻结,进而赋予水凝胶一定的低温耐冻性。另外,基于抗冻蛋白分子自身丰富的氨基酸基团,能够与丙烯酰胺化学交联网络和基质之间发生相互作用,从而可以赋予了水凝胶优异的粘附性能和力学性能。因此,该发明制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶将有望作为可穿戴伤口敷料保护皮肤免受冻伤,拓宽水凝胶的应用范围。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案作进一步详细说明,但本发明不仅限于此。
实施例1 一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的制备方法的步骤和条件如下:
a、称取1 g抗冻蛋白和10 mL去离子水,在室温下混合搅拌30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3 g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至40 ℃,恒温6小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置2小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶;
本发明制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的粘性性能测试方法:用模具制备长约为80 mm,宽为10 mm,厚为5 mm的长方形水凝胶样条,取本实施例条件下的3个样条在CT3-1000质构仪上进行粘性剥离力实验,标距为80 mm,剥离速度为5 mm/min,剥离角度为90°测定其粘性性能;
本发明制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的力学性能测试方法:将制得的水凝胶切成宽度为4 cm、厚度为3 cm、长度为6 cm的哑铃状结构,取本实施例条件下的3个样条在Instron6022万能材料试验机上进行力学拉伸实验,标距为15 mm,拉伸速度100 mm/min,测定其力学性能;
本发明制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的耐冻能力测试方法:使用旋转流变仪,通过观察不同温度下水凝胶的模量变化来衡量水凝胶的耐冻能力;
实施例1制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的粘性剥离力平均值为500.45N/m;其拉伸强度和断裂伸长率,平均值分别为135.27 kPa和1530%;而且在零下12.3 ℃仍然保持灵活状态。
实施例2
a、称取1.5 g抗冻蛋白和10 mL去离子水,在室温下混合搅拌30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3 g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至50 ℃,恒温6小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置2小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶;
用实例1的测试方法,实施例2制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的粘性剥离力平均值为375.50 N/m;其拉伸强度和断裂伸长率,平均值分别为90.31 kPa和1800%;而且在零下13.7 ℃仍然保持灵活状态。
实施例3
a、称取2.0 g抗冻蛋白和10 mL去离子水,在室温下混合搅拌30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3 g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至400 ℃,恒温7小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置3小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶;
用实例1的测试方法,实施例3制备的鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的粘性剥离力平均值为231.61 N/m;其拉伸强度和断裂伸长率,平均值分别为60.81 kPa和2010%;而且在零下15 ℃仍然保持灵活状态。

Claims (2)

1.一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的制备方法,其特征在于,将从鱼中提取的抗冻蛋白作为抗冻剂和增粘剂,引入到化学交联的丙烯酰胺凝胶网络体系中,通过分子本身特性和分子间的物理相互作用赋予水凝胶众多优异的性能;
其制备方法的步骤和条件如下:
a、称取质量为1g、1.5g或2g的抗冻蛋白和10mL去离子水,在室温下混合搅拌20~30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌20~30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至40~50℃,恒温6~8小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置2~3小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶。
2.如权利要求1所述的一种鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶的制备方法,其特征在于,其制备方法的步骤和条件如下:
a、称取1g的抗冻蛋白和10mL去离子水,在室温下混合搅拌30分钟直至完全溶解;然后向上述溶液中加入3g丙烯酰胺,继续搅拌;待丙烯酰胺完全溶解后,向其中加入交联剂和引发剂,搅拌30分钟,得到均匀的混合溶液;
b、将上述步骤a得到的均匀混合溶液放入密封的模具中,加热至40℃,恒温6小时,反应结束,将得到的凝胶在室温下放置2小时,得到鱼抗冻蛋白仿生的耐冻粘韧水凝胶。
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