CN111821465A - 一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料，制备方法包括：（1）制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液：将乳清分离蛋白溶液搅拌溶解于去离子水中，制备出质量浓度为6wt%的储备溶液；加入盐酸溶液将PH值调节至4.75；进行离心处理；过滤上清液；用盐酸溶液将上清液的PH值调节至2；用盐酸溶液将上清液稀释至蛋白质浓度为2wt%；水浴加热；以290rpm的速率搅拌；（2）取质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液，超声处理；加入质量浓度为1%的乳清分离蛋白纳米纤维溶液，磁力搅拌；进行水热反应；置于烘干箱中干燥；研磨至粉末状；本发明制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料能够担载盐酸二甲双胍、切断乳清分离蛋白纳米纤维；属于碳纳米复合材料的技术领域。

Description

一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于碳纳米复合材料的技术领域，具体涉及一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料及其制备方法。
背景技术
乳清蛋白被称为蛋白之王，是从牛奶中提取的一种蛋白质，具有营养价值高、易消化吸收、含有多种活性成分等特点，是公认的人体优质蛋白质补充剂之一，随着产品技术的不断开发和蛋白产品竞争的日趋激烈，乳清蛋白产品也逐步走向了多样化，常见的乳清蛋白材料为乳清分离蛋白等。Wang在用乳清浓缩蛋白制备纤维溶液时发现0-5h的加热条件下（pH1.8），纳米纤维溶液由透明浅黄色逐渐变为深褐色，当时其认为纳米纤维形成过程中乳清浓缩蛋白水解形成的小分子肽发生美拉德反应。
碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。常见的碳纳米材料为碳纳米管和碳纳米洋葱。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
众所周知，碳纳米材料自身的生物相容性差、难以均匀分散且很难成胶成膜，而经生物相容性良好的纳米材料对碳纳米材料复合可扩大其应用范围。盐酸二甲双胍是最普及的降血糖药物，而目前为止大部分盐酸二甲双胍等药物的担载材料都是聚丙烯酸树脂基高分子材料，如用聚丙烯酸树脂纳米粒子作为盐酸二甲双胍的担载材料，用静电吸附法将盐酸二甲双胍制成微胶囊，但聚丙烯酸树脂高分子材料并不具备电磁学性能，且力学强度和结构性质都和纳米碳材料有所不同。人体内的组织纤维化会引发很多严重的无法治愈的疾病，如阿兹海默症、肝或肺纤维化、以及其它癌症，将纤维切断可以有效地治疗人体内组织纤维化疾病。
目前碳纳米材料在担载盐酸二甲双胍、切断纤维的研究中无论是体内研究还是体外研究均未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：提供一种能够担载盐酸二甲双胍、切断乳清分离蛋白纳米纤维的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料，包括乳清分离蛋白纳米纤维和碳纳米管。
本发明还提供了一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液：将乳清分离蛋白溶液搅拌溶解于去离子水中，制备出质量浓度为6wt%的储备溶液；加入1M的盐酸溶液将储备溶液的PH值调节至4.75；然后将PH值为4.75的储备溶液放入10000rpm的离心机中进行离心处理60min；用孔径为0.45μm的供应针头式过滤器过滤上清液；用6M的盐酸溶液将过滤后的上清液的PH值调节至2；使用紫外分光光度计和波长为278nm的已知乳清分离蛋白浓度的校准曲线测定上清液的蛋白质浓度；用PH值为2的HCI溶液将PH值为2的上清液稀释至蛋白质浓度为2wt%；在温度为80℃的条件下进行水浴加热20h；以290rpm的速率搅拌即可形成乳清分离蛋白纳米纤维溶液；（2）制备乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料：取质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液；超声处理10min，使碳纳米管溶液分散均匀；加入与碳纳米管溶液相同体积的质量浓度为1wt%的乳清分离蛋白纳米纤维溶液，磁力搅拌5min使碳纳米管溶液与乳清分离蛋白纳米纤维溶液混合均匀；将混合均匀的碳纳米管溶液和乳清分离蛋白纳米纤维溶液倒入80℃的反应釜中进行水热反应20h；然后置于烘干箱中进行干燥；干燥后用研钵研磨至粉末状，即可得到乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料。
优选地，步骤（1）中所述乳清分离蛋白溶液由蛋白质含量为97.80%且不含有卵磷脂的乳清分离蛋白搅拌溶解于去离子水中制成。
优选地，步骤（2）中所述质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液，由碳纳米管混合于去离子水中制备而成。
优选地，步骤（2）中所述烘干箱的温度为60℃，干燥时间为48h。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明中采用上述方法制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料具有良好的生物相容性，能够担载盐酸二甲双胍，对降血糖、治疗糖尿病具有积极的影响。
制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料中乳清分离蛋白纳米纤维的纤维长度大大减短，且制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料中碳纳米管的结构未发生破坏，仍保持原有的优异性能，乳清分离蛋白纳米纤维的纤维长度大大减短为治疗人体内的组织纤维化具有积极的影响，碳纳米管可以切断乳清分离蛋白纳米纤维结构，可以用碳纳米管来作为靶向药物，破坏体内的纤维化组织，为纤维化疾病的治疗提供新的治疗方向。
经反应釜进行水热反应后，乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料中的碳纳米管均匀分散呈胶状，强光条件下可以观察到碳纳米管颗粒状物质分散在胶状混合物中，制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料均匀分散呈胶状使复合材料具有更宽广的应用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明实施例一制备的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的红外光谱图；
图2为本发明对比例一制备的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的红外光谱图；
图3是本发明实施例一提供的乳清分离蛋白纳米纤维的TEM图；
图4为本发明实施例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的TEM图；
图5为本发明对比例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的TEM图。
图6为本发明实施例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的SEM图；
图7是本发明对比例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的SEM图；
图8为本发明对比例二提供的乳清分离蛋白纳米纤维的TEM图；
图中：1为乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料担载盐酸二甲双胍的红外光谱线，2为乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的红外光谱线，3为乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料担载盐酸二甲双胍的红外光谱线，4为乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的红外光谱线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料，包括乳清分离蛋白纳米纤维和碳纳米管。
以下结合附图详细说明所述一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法的实施例。
实施例一
一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（一）制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液：
将蛋白质含量为97.80%且不含有卵磷脂的乳清分离蛋白搅拌溶解于去离子水中，制备出质量浓度为6wt%的储备溶液；
加入1M的盐酸溶液将储备溶液的PH值调节至4.75；
然后将PH值为4.75的储备溶液放入10000rpm的离心机中进行离心处理60min；
用孔径为0.45μm的供应针头式过滤器过滤上清液；
用6M的盐酸溶液将过滤后的上清液的PH值调节至2；
使用紫外分光光度计和波长为278nm的已知乳清分离蛋白浓度的校准曲线测定上清液的蛋白质浓度；
用PH值为2的HCI溶液将PH值为2的上清液稀释至蛋白质浓度为2wt%；
在温度为80℃的条件下进行水浴加热20h；
以290rpm的速率搅拌即可形成乳清分离蛋白纳米纤维溶液；
（二）制备乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料:
取质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液，所述碳纳米管溶液由碳纳米管混合于去离子水中制备而成；
超声处理10min，使碳纳米管溶液分散均匀；
加入与碳纳米管溶液相同体积的质量浓度为1wt%的乳清分离蛋白纳米纤维溶液，磁力搅拌5min使碳纳米管溶液与乳清分离蛋白纳米纤维溶液混合均匀；
将混合均匀的碳纳米管溶液和乳清分离蛋白纳米纤维溶液倒入80℃的反应釜中进行水热反应20h；
然后置于温度为60℃的烘干箱中进行干燥48h；
干燥后用研钵研磨至粉末状，即可得到乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料。
对比例一
按照实施例一中的步骤制备乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料，但是用碳纳米洋葱替代碳纳米管，制备出乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料。
对比例二
按照实施例一中的步骤制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液，但是用乳清分离蛋白采用蛋白质含量为90.39%且含有卵磷脂的乳清分离蛋白替代蛋白质含量为97.80%且不含有卵磷脂的乳清分离蛋白。
具体地，本发明提供的实施例和对比例中所述反应釜的外部由高强度合金钢制成，内胆由聚四氟乙烯或贵金属制成。
本发明中采用的外部由高强度合金钢制成，内胆由聚四氟乙烯或贵金属制成的反应釜能够使在反应过程中无污染物的生成，制备出的复合材料的纯度高。
具体地，对实施例一和对比例一制备的复合材料分别进行担载盐酸二甲双胍：将盐酸二甲双胍和制备出的复合材料溶解于去离子水中混合均匀；然后置于温度为60℃的反应釜中20h；将上清液去除；置于温度为60℃的烘干箱干燥12h。
通过红外光谱仪向制备出的复合材料发出红外辐射，复合材料的化学键特征决定对某些频率的红外光产生吸收，获得的透过率随波长变化的红外光谱图，进而对制备出的复合材料对盐酸二甲双胍的担载情况做出分析。
进一步地，所述红外光谱仪为Nicolet iS10型傅里叶变换红外光谱仪。
图1为本发明实施例一制备的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的红外光谱图，如图1所示：实施例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的红外光谱线2与乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料担载盐酸二甲双胍后的红外光谱线1相比，能够明显观察到盐酸二甲双胍的峰为1064 cm-1，说明乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料担载上了盐酸二甲双胍。
图2为本发明对比例一中制备的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的红外光谱图，如图2所示：对比例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的红外光谱线4与乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料担载盐酸二甲双胍后的红外光谱线3相比，没有明显变化，说明乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料没有担载上盐酸二甲双胍。
综上所述，本发明实施例一制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料具有良好的生物相容性，能够担载盐酸二甲双胍，对降血糖、治疗糖尿病具有积极的影响;而对比例一制备出的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料不能担载盐酸二甲双胍。
将乳清分离蛋白纳米纤维稀释、复合材料粉末溶解后超声处理使复合材料分散均匀，取少量置于透射电镜专用碳膜上，干燥后通过透射电子显微镜（TEM）进行分析。
进一步地，所述透射电子显微镜为JEM-2010型透射电子显微镜。
图3为本发明实施例一提供的乳清分离蛋白纳米纤维的TEM图。
图4为本发明实施例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的TEM图。
图5为本发明对比例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的TEM图。
如图4所示，本发明实施例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料中可以观察到均匀分布的乳清分离蛋白纳米纤维和碳纳米管，且碳纳米管的管壁清晰可见，表面光滑平整，说明碳纳米管的结构未发生破坏，仍保持原有的优异性能；如图5所示，本发明对比例一制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料中可以观察到乳清蛋白纤维和碳纳米洋葱，说明碳纳米洋葱的结构未发生破坏，仍保持有原有的优异性能。
且在图4和图5中可以明显看出乳清分离蛋白纳米纤维的长度比图3中的乳清分离蛋白纳米纤维的长度减短很多，长度由原来的2微米减短到了200nm左右，说明乳清分离蛋白纳米纤维与碳材料制备复合材料，能够切断纤维。
综上所述，乳清分离蛋白纳米纤维与碳纳米管、乳清分离蛋白纳米纤维与碳纳米洋葱制备的复合材料，能够保持碳纳米材料的原有性能，且能够切断纤维，为治疗人体内的组织纤维化具有积极的影响，碳纳米材料可以破坏蛋白纳米纤维结构，可以用碳纳米材料来作为靶向药物，破坏体内的纤维化组织，为纤维化疾病的治疗提供新的治疗方向。
由于乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米材料的导电性差，在扫描电子显微镜（SEM）前进行喷金处理10min，使SEM图更加清晰。
所述扫描电子显微镜为JSM-7100F型扫描电子显微镜。
图6为本发明实施例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的SEM图。
图7是本发明对比例一提供的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料的SEM图。
图6和图7均为使用扫描电子显微镜放大50000倍后的SEM图。
本发明实施例一和对比例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米材料均匀分散且呈胶状；如图6所示，本发明实施例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料中可以观察到分散的碳纳米管，如图7所示，对比例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料中可以观察到分散的碳纳米洋葱。说明制备出来的复合材料团聚现象不严重。
呈胶状的主要原因是乳清分离蛋白纳米纤维的加入与复合，乳清分离蛋白纳米纤维自身的纤维状结构本身就可以促进凝胶，在未加入碳纳米管以前，乳清分离蛋白纳米纤维溶液在质量浓度为6wt%蛋白浓度下是不会呈胶状的，但是加入碳纳米管复合后呈胶状，因而碳纳米管吸水使乳清分离蛋白纳米纤维溶液的浓度变高，乳清分离蛋白纳米纤维的交联可使碳纳米管有序分散，乳清分离蛋白纳米纤维与碳纳米管自身的范德华力、氢键打乱，形成三维胶体。
综上所述，制备出来的乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料、乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米洋葱复合材料呈胶状且团聚现象不严重能够均匀分散，均匀分散呈胶状使复合材料具有更宽广的应用。
图8为本发明对比例二提供的乳清分离蛋白纳米纤维的TEM图，如图8所示，在制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液的过程中发生了褐变，而本发明实施例一中制备的乳清分离蛋白纳米纤维如图3所示没有发生褐变。通过含有卵磷脂和不含卵磷脂的乳清分离蛋白溶液制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液，证明了发生褐变不是因为纳米纤维发生美拉德反应，而卵磷脂是制备过程中出现褐变的原因。
最后应说明的是：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 (5)

1.一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料，其特征在于：包括乳清分离蛋白纳米纤维和碳纳米管。
2.如权利要求1所述的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备乳清分离蛋白纳米纤维溶液：
将乳清分离蛋白溶液搅拌溶解于去离子水中，制备出质量浓度为6wt%的储备溶液；
加入1M的盐酸溶液将储备溶液的PH值调节至4.75；
然后将PH值为4.75的储备溶液放入10000rpm的离心机中进行离心处理60min；
用孔径为0.45μm的供应针头式过滤器过滤上清液；
用6M的盐酸溶液将过滤后的上清液的PH值调节至2；
使用紫外分光光度计和波长为278nm的已知乳清分离蛋白浓度的校准曲线测定上清液的蛋白质浓度；
用PH值为2的盐酸溶液将PH值为2的上清液稀释至蛋白质浓度为2wt%；
在温度为80℃的条件下进行水浴加热20h；
以290rpm的速率搅拌即可形成乳清分离蛋白纳米纤维溶液；
（2）制备乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料：
取质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液；
超声处理10min，使碳纳米管溶液分散均匀；
加入与碳纳米管溶液相同体积的质量浓度为1wt%的乳清分离蛋白纳米纤维溶液，磁力搅拌5min使碳纳米管溶液与乳清分离蛋白纳米纤维溶液混合均匀；
将混合均匀的碳纳米管溶液和乳清分离蛋白纳米纤维溶液倒入80℃的反应釜中进行水热反应20h；
然后置于烘干箱中进行干燥；
干燥后用研钵研磨至粉末状，即可得到乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述乳清分离蛋白溶液由蛋白质含量为97.80%且不含有卵磷脂的乳清分离蛋白搅拌溶解于去离子水中制成。
4.根据权利要求2所述的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述质量浓度为0.05wt%~0.15wt%的碳纳米管溶液，由碳纳米管混合于去离子水中制备而成。
5.根据权利要求2所述的一种乳清分离蛋白纳米纤维/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述烘干箱的温度为60℃，干燥时间为48h。
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