CN112996922A - 工程复合材料 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种复合材料，其包含菌丝体纤维和蛋白质。该复合材料可包括第一蛋白质基底层和第二菌丝体层，其中第一层和第二层彼此附接。该复合材料可包括第一蛋白质基底层、第二菌丝体层和第三基底层，其中第一层和第二层彼此附接，并且第二层和第三层彼此附接。

Description

工程复合材料

技术领域

本公开涉及工程材料。具体地讲，本公开涉及具有天然皮革的外观、感觉和其他美学特性的工程材料，所述工程材料包含一种或多种蛋白质，诸如胶原和菌丝体。

背景技术

皮革用于多种多样的应用，包括家具装饰品、服装、鞋类、行李、手提包和配饰以及汽车应用。估计的皮革全球贸易价值大约为每年1000亿美元(Future Trends in theWorld Leather Products Industry and Trade，United Nations IndustrialDevelopment Organization，Vienna，2010)。然而，存在对皮革产品的持续且不断增加的需求。鉴于生产皮革的经济、环境和社会成本，需要满足该需求的新方法。为了跟上技术和美学趋势，皮革产品的生产者和使用者寻求新材料，所述新材料表现出特性的均匀性和易加工性，以及掺入天然组分的时尚的且吸引人的美学特性。

可商购获得的人造皮革或合成皮革是已知的，其示例包括仿皮革、人造革、E-皮革等。虽然这些人造皮革和合成皮革已经在商业上取得成功，但是这些产品通常感觉是廉价的或明显“假的”。因此，仍然需要一种新型材料，其表现出时尚的且吸引人的美学特性，所述材料更类似于天然产品并且掺入了天然组分。

发明内容

本公开涉及工程材料，具体地讲包含菌丝体和蛋白质的工程复合材料。

本专利申请的第一实施方案(1)涉及一种复合材料，其包含菌丝体纤维和蛋白质。

在第二实施方案(2)中，根据第一实施方案(1)所述的复合材料还包含润滑剂。

在第三实施方案(3)中，根据第一实施方案(1)或第二实施方案(2)所述的复合材料还包含选自由以下项组成的组的树脂：丙烯酸和氨基甲酸酯。

本专利申请的第四实施方案(4)涉及一种复合材料，其包括第一蛋白质基底层和第二菌丝体层，其中第一层和第二层彼此附接。

在第五实施方案(5)中，根据第四实施方案(4)所述的第一蛋白质基底层包含胶原。

在第六实施方案(6)中，根据第五实施方案(5)所述的复合材料中的胶原是重组胶原。

在第七实施方案(7)中，用粘合剂将根据实施方案(4)-(6)中任一项所述的复合材料的第一蛋白质基底层和第二菌丝体层附接，并且该粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

在第八实施方案(8)中，根据实施方案(4)-(7)中任一项所述的复合材料的第一蛋白质基底层为纤维的纤维网。

在第九实施方案(9)中，根据第八实施方案(8)所述的复合材料的纤维包含胶原。

在第十实施方案(10)中，根据第九实施方案(9)所述的复合材料的胶原是重组胶原。

在第十一实施方案(11)中，根据实施方案(4)-(10)中任一项所述的复合材料的第一蛋白质基底层和第二菌丝体层通过针刺附接。

本专利申请的第十二实施方案(12)涉及一种复合材料，其包括第一蛋白质基底层、第二菌丝体层和第三基底层，其中第一层和第二层彼此附接，并且第二层和第三层彼此附接。

在第十三实施方案(13)中，根据第十二实施方案(12)所述的复合材料的第一蛋白质基底层包含胶原。

在第十四实施方案(14)中，根据第十三实施方案(13)所述的复合材料的胶原是重组胶原。

在第十五实施方案(15)中，根据实施方案(12)-(14)中任一项所述的复合材料的第三基底层包含胶原。

在第十六实施方案(16)中，根据第十五实施方案(15)所述的复合材料的胶原是重组胶原。

在第十七实施方案(17)中，用粘合剂将根据实施方案(12)-(16)中任一项所述的复合材料的第一蛋白质基底层附接至第二菌丝体层，该粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

在第十八实施方案(18)中，用粘合剂将根据实施方案(12)-(17)中任一项所述的复合材料的第三基底层附接到第二菌丝体层，该粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

附图说明

并入本文中的附图形成本说明书的一部分并且示出了本公开的实施方案。这些附图连同说明书一起进一步用于解释本公开的实施方案的原理并使得相关领域的技术人员能够实施和使用本公开的实施方案。这些附图旨在为示例性的而非限制性的。虽然在这些实施方案的上下文中大致描述了本公开，但应当理解，不旨在将本公开的范围限制于这些具体实施方案。在附图中，类似的参考标号指示相同或功能上类似的元件。

图1示出了根据一些实施方案的两层复合材料。

图2示出了根据一些其他实施方案的两层复合材料。

图3示出了根据一些实施方案的三层复合材料。

具体实施方式

与本文所述的那些方法和材料类似或等同的所有方法和材料均可以与本文所述的合适方法和材料一起用于本文所述的材料的实践或测试中。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献均全文以引用方式并入本文。如发生矛盾，则以本说明书及其所包括的定义为准。另外，除非另外指明，否则材料、方法和实施例仅为说明性的，并非旨在进行限制。

定义

除非另外限定，否则本文所使用的所有技术术语和科学术语均具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。如发生矛盾，则以本说明书及其所包括的定义为准。

当数量、浓度或者其他值或参数以范围给出或通过列出上限值和下限值而给出时，其应当理解为具体地公开由任何成对的任何范围上限和下限所形成的所有范围，而不管范围是否被单独地公开。当本文中引用数值范围时，除非另外规定，否则该范围旨在包括其端点，以及该范围内的所有的整数和分数。当限定范围时，不旨在将本公开的范围限制于所列举的具体值。

另外，除非另外明确相反地规定，否则当提供一个或多个范围或项目清单时，这应当理解为明确地公开这种范围或清单中的任何单个指定的值或项目，以及它们与相同的清单或任何其他清单中的任何其他单个值或项目的任何组合。

当术语“约”用于描述值或范围的端点时，本公开应当被理解为包括所提及的具体的值或端点。无论数值或范围的端点是否叙述为“约”，数值或范围的端点都旨在包括两个实施方案：一个由“约”修饰，而一个不由“约”修饰。

如本文所用，术语“约”是指在所述值±10％范围内的值。例如，约3kPa可包括介于2.7kPa和3.3kPa之间的任何数值。

如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括要素清单的过程、方法、制品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或者此类过程、方法、制品或设备所固有的其他要素。

另外，除非明确相反地规定，否则“或”和“和/或”是指包含性的而不是排他性的。例如，以下任何一种情况都满足条件A或B，或者A和/或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

使用“一个”或“一种”来描述本文的各种要素和组成仅仅是为了方便起见，并且用于给出本公开的一般意义。该描述应当被解读为包括一个/种或至少一个/种，并且单数也包括复数，除非明显地另有所指。

如本文所用，短语“选自由以下项组成的组”、“选自”等包括指定材料的混合物。

当特征或元件在本文中被称为“在”另一个特征或元件“之上”时，它可以直接位于其他特征或元件之上，或者还可以存在居间的特征和/或元件。相比之下，当特征或元件被称为“直接在”另一个特征或元件“之上”时，不存在插入的特征或元件。还应当理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”至另一个特征或元件时，它可直接连接、附接或联接至其他特征或元件或可存在插入的特征或元件。相比之下，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”至另一个特征或元件时，不存在插入的特征或元件。尽管是相对于一个实施方案描述或示出的，但如此描述或示出的特征和元件可应用于其他实施方案。本领域技术人员还将认识到，提及与另一个特征“相邻”设置的结构或特征可具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。

为了便于描述，可在本文中使用空间相对术语，诸如“在…下方”、“在…之下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等来描述如附图所展示的一种元件或特征与另一种元件或特征的关系。应当理解，除了描绘于附图中的取向以外，空间相对术语还旨在涵盖使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置为倒置的，则描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将在其他元件或特征“上方”取向。因此，示例性术语“在…下方”可涵盖“在…上方”和“在…下方”两种取向。可按另外的方式来取向装置(旋转90度或呈其他取向)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述词。类似地，仅出于解释的目的，在本文中使用术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等，除非另外明确指明。

尽管术语“第一”和“第二”可在本文中用于描述各种特征/元件，但是这些特征/元件不应当受这些术语限制，除非上下文另外指明。这些术语可用于将一个特征/元件与另一个特征/元件区分开。因此，以下讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，以下讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件，而不脱离本文所述的教导内容。

如本文所用，“粒面纹理”描述了一种皮革样纹理，其在美学上或纹理上类似于全粒面皮革、头层粒面皮革、修正粒面皮革(其中已经应用了人造粒面)或较粗糙的剖层粒面皮革的纹理。在一些实施方案中，可调整本文所述的工程材料以提供与皮革的表面粒面类似的精细粒面。工程皮革样材料可在纹理化表面上压印、凹陷或形成以及它们的组合，以在工程材料中提供美学特征。

如本文所用，“脱水(dehydrating)”或“脱水(dewatering)”描述了从含有胶原原纤维和水的混合物(诸如含有原纤化胶原的水溶液、悬浮液、凝胶或水凝胶)中除去水的过程。水可通过过滤、蒸发、冷冻干燥、溶剂交换、真空干燥、对流干燥、加热、辐射或微波处理，或者通过其他已知的用于除水的方法来除去。此外，胶原的化学交联可用于通过消耗亲水性氨基酸残基(诸如赖氨酸、精氨酸和羟赖氨酸等)从胶原中除去结合水。丙酮也可用于使胶原原纤维快速脱水，并且还可除去与水合胶原分子结合的水。

如本文所用，“胶原”是指至少28种不同的天然存在的胶原类型的家族，包括但不限于I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII、XIII、XIV、XV、XVI、XVII、XVIII、XIX和XX型胶原。如本文所用，术语胶原还是指使用重组技术制备的胶原。术语胶原包括胶原、胶原片段、胶原样蛋白、三螺旋胶原、α链、单体、明胶、三聚体以及它们的组合。胶原和胶原样蛋白的重组表达是本领域已知的(参见，例如，Bell，EP 1232182B1，Bovine collagen andmethod for producing recombinant gelatin；Olsen等人，美国专利6,428,978，以及VanHeerde等人，美国专利8,188,230，这些专利文献全文以引用方式并入本文)。除非另外指明，否则无论是天然存在的还是使用重组技术制备的任何类型的胶原均可用于本文所述的任何实施方案中。也就是说，在一些实施方案中，本文所述的复合材料可使用牛I型胶原制备。

胶原的特征在于氨基酸的重复三元组，-(Gly-X-Y)n-，使得胶原中大约三分之一的氨基酸残基为甘氨酸。X通常为脯氨酸，并且Y通常为羟脯氨酸。因此，胶原的结构可由三个不同长度的交织肽链组成。不同的动物可产生胶原的不同氨基酸组成，这可导致不同的特性(以及所得皮革的差异)。胶原三螺旋(也称为单体或原胶原)可由约1050个氨基酸长的α-链产生，使得三螺旋采取约300nm长、直径为约1.5nm的棒的形式。在由皮肤成纤维细胞产生细胞外基质时，可合成三螺旋单体，并且所述单体可自组装成纤维形式。这些三螺旋可通过静电相互作用(包括盐桥)、氢键、范德瓦尔斯相互作用、偶极-偶极力、极化力、疏水相互作用和共价键保持在一起。三螺旋可以被称为原纤维的束的形式结合在一起，并且原纤维可进一步组装以形成纤维和纤维束。在一些实施方案中，由于胶原单体的交错重叠，原纤维可具有特征性条带状外观。该条带可被称为“D-条带”。这些条带通过碱性氨基酸和酸性氨基酸的聚集形成，并且该图案在三螺旋中重复四次(D-周期)。(参见，例如，Covington,A.,Tanning Chemistry:The Science of Leather(2009))。对于1型胶原，条带之间的距离可为大约67nm。这些条带可使用衍射透射电子显微镜(TEM)检测，其可用于获得胶原中的原纤化程度。原纤维和纤维通常在皮肤的整个层上分支并彼此相互作用。原纤维和纤维的组织或交联的变型形式可向本文所公开的材料提供强度。在一些实施方案中，蛋白质形成，但整个胶原结构不是三螺旋的。在一些实施方案中，胶原结构可以为约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％或约100％的三螺旋。

无论胶原的类型如何，所有胶原都通过物理相互作用和化学相互作用的组合来形成和稳定，所述物理相互作用和化学相互作用包括静电相互作用(包括盐桥)、氢键、范德瓦尔斯相互作用、偶极-偶极力、极化力、疏水相互作用以及通常由酶促反应催化的共价键。对于I型胶原原纤维、纤维和纤维束而言，其复杂的组装在形成期间在体内实现，并且在为组织提供机械支撑同时允许细胞运动和营养物质传输方面是关键的。

已在脊椎动物中鉴定出多种不同的胶原类型，包括牛、绵羊、猪、鸡和人胶原。一般来讲，胶原类型用罗马数字编号，并且在每种胶原类型中发现的链用阿拉伯数字标识。对多种不同类型的天然存在的胶原的结构和生物学功能的详细描述在本领域中是普遍可用的；参见，例如，Ayad等人，(1998)，The Extracellular Matrix Facts Book，Academic Press，San Diego,CA；Burgeson,R E.和Nimmi(1992)“Collagen types：Molecular Structureand Tissue Distribution”，Clin.Orthop.282:250-272；Kielty,C.M.等人，(1993)，“TheCollagen Family:Structure,Assembly And Organization In The ExtracellularMatrix”，Connective Tissue And Its Heritable Disorders，Molecular Genetics，AndMedical Aspects，Royce,P.M.和B.Steinmann编辑，Wiley-Liss，NY，第103-147页；以及Prockop、D.J-和K.I.Kivirikko(1995)，“Collagens:Molecular Biology,Diseases,andPotentials for Therapy”，Annu.Rev.Biochem.，64:403-434。)

I型胶原是骨骼和皮肤的主要纤维状胶原，占生物体总胶原的大约80-90％。I型胶原是存在于多细胞生物体的细胞外基质中的主要结构大分子，并且占总蛋白质质量的大约20％。I型胶原是包含两条α1(I)链和一条α2(I)链的异源三聚分子，分别由COL1A1和COL1A2基因编码。其他胶原类型的丰度低于I型胶原，并且表现出不同的分布模式。例如，II型胶原是软骨和玻璃体液中的主要胶原，然而III型胶原以高水平存在于血管中并且在较小程度上存在于皮肤中。

II型胶原是包含由COL2A1基因编码的三个相同al(II)链的同型三聚胶原。纯化的II型胶原可通过本领域已知的方法由组织制备，例如通过Miller和Rhodes(1982)MethodsIn Enzymology，82:33-64中所述的方法来制备。

III型胶原是存在于皮肤和血管组织中的主要纤维状胶原。III型胶原是包含由COL3A1基因编码的三个相同α1(III)链的同型三聚胶原。从组织中纯化III型胶原的方法可见于，例如Byers等人，(1974)Biochemistry13:5243-5248；以及Miller和Rhodes(出处同上)中。

IV型胶原以片材而不是原纤维的形式存在于基底膜中。最常见的是，IV型胶原包含两条α1(IV)链和一条α2(IV)链。包含IV型胶原的特定链是组织特异性的。IV型胶原可使用例如Furuto和Miller(1987)Methods in Enzymology，144:41-61，Academic Press中所述的方法进行纯化。

V型胶原是主要存在于骨、肌腱、角膜、皮肤和血管中的纤维状胶原。V型胶原以同型三聚物和异型三聚物形式存在。V型胶原的一种形式是两条α1(V)链和一条α2(V)链的异源三聚体。V型胶原的另一种形式是α1(V)链、α2(V)链和α3(V)链的异源三聚体。V型胶原的另一种形式是α1(V)的同型三聚体。从天然来源分离V型胶原的方法可见于例如Elstow和Weiss(1983)Collagen Rel.Res.3:181-193，和Abedin等人，(1982)Biosci.Rep.2:493-502中。

VI型胶原具有小的三螺旋区域和两个大的非胶原剩余部分。VI型胶原是包含α1(VI)链、α2(VI)链和α3(VI)链的异源三聚体。VI型胶原存在于许多结缔组织中。对于如何从天然来源纯化VI型胶原的描述可见于，例如Wu等人，(1987)Biochem.J.248:373-381，以及Kielty等人，(1991)J.Cell Sci.99:797-807中。

VII型胶原是存在于特定上皮组织中的纤维状胶原。VII型胶原是三个α1(VII)链的同型三聚分子。对于如何从组织中纯化VII型胶原的描述可见于，例如Lunstrum等人，(1986)J.Biol.Chem.261:9042-9048，以及Bentz等人，(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA80:3168-3172中。VIII型胶原可见于角膜中的角膜后弹力层(Descemet’s membrane)中。VIII型胶原是包含两条α1(VIII)链和一条α2(VIII)链的异源三聚物，但也报道了其他链组成。用于从自然界纯化VIII型胶原的方法可见于，例如Benya和Padilla(1986)J.Biol.Chem.261:4160-4169，以及Kapoor等人。(1986)Biochemistry 25:3930-3937中。

IX型胶原是存在于软骨和玻璃状液中的原纤维缔合胶原。IX型胶原是包含α1(IX)链、α2(IX)链和α3(IX)链的异源三聚分子。IX型胶原已被归类为FACIT(具有中断的三螺旋原纤维缔合胶原)胶原，其具有由非三螺旋结构域间隔开的若干三螺旋结构域。纯化IX型胶原的程序可见于，例如Duance等人，(1984)Biochem.J.221:885-889；Ayad等人，(1989)Biochem.J.262:753-761；以及Grant等人，(1988)The Control of Tissue Damage，Glauert,A.M.编辑，Elsevier Science Publishers，Amsterdam，第3-28页中。

X型胶原是α1(X)链的同型三聚化合物。X型胶原已从例如存在于生长板中的肥大软骨中分离。(参见，例如，Apte等人，(1992)Eur J Biochem206(1):217-24。)

XI型胶原可存在于与II型和IX型胶原缔合的软骨组织中，以及体内其他位置中。XI型胶原是包含α1(XI)链、α2(XI)链和α3(XI)链的异源三聚分子。纯化XI型胶原的方法可见于，例如，Grant等人(出处同上)中。

XII型胶原是主要与I型胶原缔合而存在的FACIT胶原。XII型胶原是包含三个α1(XII)链的同型三聚分子。用于纯化XII型胶原及其变体的方法可见于，例如，Dublet等人，(1989)J.Biol.Chem.264:13150-13156；Lunstrum等人，(1992)J.Biol.Chem.267:20087-20092；以及Watt等人，(1992)J.Biol.Chem.267:20093-20099中。

XIII型为存在于例如皮肤、肠、骨、软骨和横纹肌中的非原纤化胶原。XIII型胶原的详细描述可见于，例如，Juvonen等人，(1992)J.Biol.Chem.267:24700-24707中。

XIV型为FACIT胶原，其特征在于包含α1(XIV)链的同型三聚分子。用于分离XIV型胶原的方法可见于，例如，Aubert-Foucher等人，(1992)J.Biol.Chem.267:15759-15764，以及Watt等人(出处同上)中。

XV型胶原在结构上与XVIII型胶原同源。关于天然XV型胶原的结构和分离的信息可见于，例如，Myers等人，(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA89:10144-10148；Huebner等人，(1992)Genomics 14:220-224；Kivirikko等人，(1994)J.Biol.Chem.269:4773-4779；以及Muragaki,J.(1994)Biol.Chem.264:4042-4046中。

XVI型胶原是存在于例如皮肤、肺成纤维细胞和角质细胞中的原纤维缔合胶原。关于XVI型胶原的结构和编码XVI型胶原的基因的信息可见于，例如Pan等人，(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:6565-6569；以及Yamaguchi等人，(1992)J.Biochem.112:856-863中。

XVII型胶原是半桥粒跨膜胶原，也被称为大疱性类天疱疮抗原。关于XVII型胶原的结构和编码XVII型胶原的基因的信息可见于，例如Li等人，(1993)J.Biol.Chem.268(12):8825-8834；以及McGrath等人，(1995)Nat.Genet.11(1):83-86中。

XVIII型胶原在结构上类似于XV型胶原，并且可从肝脏分离。对于天然来源的XVIII型胶原的结构和分离的描述可见于，例如Rehn和Pihlajaniemi(1994)Proc.Natl.Acad.Sci USA 91:4234-4238；Oh等人，(1994)Proc.Natl.Acad.Sci USA 91:4229-4233；Rehn等人，(1994)J.Biol.Chem.269:13924-13935；以及Oh等人，(1994)Genomics 19:494-499中。

据信，XIX型胶原是FACIT胶原家族的另一个成员，并且已发现于从横纹肌肉瘤细胞分离的mRNA中。对于XIX型胶原的结构和分离的描述可见于，例如，Inoguchi等人，(1995)J.Biochem.117:137-146；Yoshioka等人，(1992)Genomics 13:884-886；以及Myers等人，JBiol.Chem.289:18549-18557(1994)中。

XX型胶原是新发现的FACIT胶原家族的成员，并且已在鸡角膜中鉴定。(参见，例如，Gordon等人，(1999)FASEB Journal 13:A1119；以及Gordon等人，(1998),IOVS 39:S1128。)

胶原可以是天然存在的或重组的。胶原可以是非人胶原。合适的哺乳动物胶原包括但不限于牛、猪、袋鼠、短吻鳄、鳄鱼、大象、长颈鹿、斑马、美洲驼、羊驼、羊羔、恐龙、以及它们的组合。也可使用胶原样蛋白。

可通过本文所述的方法原纤化和交联的任何类型的胶原、截短的胶原、未修饰的或翻译后修饰的、或氨基酸序列修饰的胶原可用于产生本文所述的工程材料。胶原分子的原纤化程度可通过X-射线衍射测定。该表征将提供d-间距值，其将对应于存在的不同周期性结构(例如，67nm间距相对于无定形的)。在一些实施方案中，胶原可为基本上同质的胶原，诸如仅I型或III型胶原，或者可包含两种或更多种不同种类胶原的混合物。在实施方案中，胶原是重组胶原。

例如，胶原组合物可均匀地含有单一类型的胶原分子，例如100％的I型牛胶原或100％III型牛胶原，或者可包含不同种类的胶原分子或胶原样分子的混合物，诸如牛I型分子和牛III型分子的混合物。胶原混合物可包含含量在约1％至约99％范围内(包括子范围)的单个胶原组分中的每一种。例如，胶原混合物中的单个胶原组分中每一者的量可以为约1％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％或约99％，或在具有这些值中的任两个作为端点的范围内。例如，在一些实施方案中，胶原混合物可包含约30％的I型胶原和约70％的III型胶原。或者，在一些实施方案中，胶原混合物可包含约33.3％的I型胶原、约33.3％的II型胶原和约33.3％的III型胶原，其中胶原的百分比基于组合物中胶原的总质量或基于胶原分子的分子百分比计。

描述

本文公开了复合材料。复合材料包含菌丝体(mycelium)(本文也称为菌丝体(mycelia))。菌丝体是真菌或真菌样细菌菌落的营养部分，其由大量枝杈的线状菌丝组成。真菌主要由细胞壁构成，细胞壁不断地在菌丝的顶点处延伸。与主要由纤维素构成的植物细胞壁或依赖于胶原的动物细胞的结构组分不同，真菌细胞壁的结构低聚糖主要依赖于甲壳质和β-葡聚糖。甲壳质是一种坚固的硬物质，也存在于节肢动物的外骨骼中。

在一些实施方案中，菌丝体可生长、脱水、压制和加热以制备用于形成工程复合材料的刚性材料层。本文所述的工程复合材料可称为“工程皮革”。作为另外一种选择，在一些实施方案中，菌丝体可在纤维、一个或多个织造基底、或者一个或多个非织造基底上生长，以形成复合材料层。在一些实施方案中，复合物可在其上生长菌丝体之后脱水、压制和/或加热。在一些实施方案中，可将菌丝体层与其他材料层合以形成工程复合材料。在一些实施方案中，至少一个层具有粒面纹理可能是有用的。在一些实施方案中，在其上生长菌丝体的纤维可选自由以下项组成的组：天然或合成织造织物、非织造织物、针织织物、网片织物、间隔织物等。在一些实施方案中，可将菌丝体溶解，与蛋白质诸如胶原混合，形成为材料或涂覆到另一种材料上，然后干燥。

本文所述的复合材料包含菌丝体纤维和蛋白质，例如胶原。在一些实施方案中，本文所述的复合材料包含菌丝体纤维和胶原。在一些实施方案中，胶原是重组胶原。在一些实施方案中，复合材料可包含润滑剂。示例性润滑剂包括但不限于脂肪、其他疏水性化合物、或在脱水期间调节或控制原纤维-原纤维粘结的任何材料。在一些实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂。示例性聚合物树脂包括但不限于丙烯酸类树脂和氨基甲酸酯树脂。复合材料可为单层或多层材料。

在一些实施方案中，例如如图1所示，复合材料100可包括基底层110和附接到基底层100的菌丝体层120。在一些实施方案中，可用粘合剂102将菌丝体层120附接到基底层110。在一些实施方案中，粘合剂102可为热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、或它们的组合。在一些实施方案中，可使用针刺法将菌丝体层120附接到基底层110。如本文所用，“菌丝体层”是包含菌丝体的层。在一些实施方案中，菌丝体层可仅包含菌丝体。

基底层110可为蛋白质层(即，“蛋白质基底层”)。如本文所用，“蛋白质层”是包含蛋白质的层。在一些实施方案中，蛋白质层可仅包含蛋白质。在一些实施方案中，基底层110的蛋白质可为胶原。在一些实施方案中，胶原可为重组胶原。在一些实施方案中，基底层110可为胶原。在此类实施方案中，胶原可以为重组胶原。因此，在一些实施方案中，可层合或附接到菌丝体的材料为基于胶原的材料。如本文所用，“基于胶原的材料”是指包含胶原的材料。

在一些实施方案中，将菌丝体纤维与水和胶原混合以形成用于制备复合层的浆液，所述复合层可为基底层110。在一些实施方案中，复合层中的胶原可以为重组胶原。该浆液可为轻度交联的，并且可添加润滑剂以获得期望的柔韧性。然后浆液可沉淀、过滤、离心或以其他方式脱水，并且干燥以形成包含通过胶原结合在一起的菌丝体纤维的固体。还可将包括合成纤维和/或天然纤维的附加纤维添加到浆液中。

在一些实施方案中，将胶原溶于水溶液中，交联、加脂并脱水以制备形成基底层110的工程材料。将工程材料与菌丝体组合以形成工程复合材料。用于制备基于胶原的材料以用作基底层的方法的示例在WO 2019/017987中公开，其全部内容以引用方式并入本文。在一些实施方案中，可在脱水过程期间将菌丝体纤维掺入胶原中。在其他实施方案中，可将菌丝体纤维加工为单独的层，并随后将所得的层组合。

在一些实施方案中，例如如图2所示，复合材料200可包括基底层210和附接到基底层210的菌丝体层220。在一些实施方案中，基底层210可包括纤维的纤维网212。在一些实施方案中，基底层可为蛋白质层(即，“蛋白质基底层”)。在一些实施方案中，纤维212可为胶原纤维。在一些实施方案中，纤维212可为重组胶原纤维。在一些实施方案中，胶原溶液，例如WO 2019/017987中所述的胶原溶液，可形成为纤维并转化成包括非织造物、织造物、织物、纺织物等的材料。基底层210的材料可通过针刺、层合等附接到菌丝体层120。

在一些实施方案中，例如如图3所示，复合材料300可具有使用多个层形成的夹心型结构，其中外基底层310和330可为基于胶原的基底层，并且内层320可为菌丝体。外基底层310和330可由相同或不同的材料构成。例如，两者均可为基于胶原的材料。又如，一种材料可为多孔材料，并且一种材料可为弹性材料。基于胶原的基底层可与上文结合基底层110和210所述的基于胶原的基底层相同。在一些实施方案中，外层310和330可为菌丝体，并且内层320可为基于胶原的材料。

在一些实施方案中，外层310和330可通过层合附接到内层320。在一些实施方案中，层合可用常规粘合剂，例如粘合剂302和304来实现。合适的粘合剂包括但不限于热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂等。可通过已知的技术，诸如狭槽压铸、吻合涂布等，用粘合剂涂覆菌丝体。可将基于胶原的材料施加到涂覆有粘合剂的菌丝体上，并使其在加热下通过辊，以层合该材料，反之亦然。

作为另外一种选择，可将胶原溶液，例如WO 2019/017987中所述的胶原溶液倾倒在菌丝体层上。在倾倒之后，可将复合材料干燥并热压，从而产生具有粒面样表面的工程材料。在一些实施方案中，胶原溶液可渗透穿过菌丝体层，从而产生共延的胶原-菌丝体材料。

在将溶液脱水之前，按所述工程材料的重量计，胶原的浓度可在约0.1％至约3％的范围内。在一些实施方案中，可在脱水之前将菌丝体纤维添加到溶液中。按所述溶液的重量计，溶液中的菌丝体纤维浓度可在约0.01％至约2％的范围内。在一些实施方案中，在溶液部分脱水之后，可获得胶原的浓缩溶液，其中按所述溶液的重量计，胶原的浓度在约5％至约15％的范围内。

在一些实施方案中，按所述工程材料的重量计，脱水后的工程复合材料的水含量可不超过约60重量％，例如不超过约5％、约10％、约15％、约20％、约30％、约35％、约40％、约50％或约60％。该范围包括所有中间值。水含量通过在25℃和1atm、65％相对湿度处平衡来测量。在工程材料中，按所述材料的总重量计，胶原含量可为至少约5％，例如约10％、约15％、约20％或约30％，或者在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。具有带状特性的工程材料在美国专利申请公布2019/0144957中教导，该专利申请据此全文以引用方式并入。所教导的带状特性适用于本文所述的工程材料。

在一些实施方案中，胶原溶液可以原纤化成胶原原纤维。如本文所用，胶原原纤维是指由原胶原或原胶原样结构(其具有三螺旋结构)构成的纳米纤维。在一些实施方案中，三螺旋胶原可被原纤化以形成胶原的纳米纤维。为了诱导原纤化，可将胶原温育约1分钟至约24小时范围内的时间段(包括子范围)以形成原纤维。例如，可将胶原温育约1分钟、约5分钟、约10分钟、约20分钟、约30分钟、约40分钟、约50分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时、约15小时、约16小时、约17小时、约18小时、约19小时、约20小时、约21小时、约22小时、约23小时、或约24小时，或在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。

在一些实施方案中，胶原原纤维的平均直径可在约1nm(纳米)至约1μm(微米)的范围内，包括子范围。例如，并且在一些实施方案中，胶原原纤维的平均直径可以为约1nm、约2nm、约3nm、约4nm、约5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约30nm、约40nm、约50nm、约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm、约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、或约1μm，或在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。在一些实施方案中，胶原原纤维的平均长度可在约100nm至约1mm(毫米)的范围内，包括子范围。例如，胶原原纤维的平均长度可以为约100nm、约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、约1μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约200μm、约300μm、约400μm、约500μm、约600μm、约700μm、约800μm、约900μm、或约1mm，或在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。

在一些实施方案中，基底层(例如基底层110)中的胶原原纤维的密度可以在约1mg/cc至约1,000mg/cc的范围内，包括子范围。例如，基底层中胶原原纤维的密度可以为约5mg/cc、约10mg/cc、约20mg/cc、约30mg/cc、约40mg/cc、约50mg/cc、约60mg/cc、约70mg/cc、约80mg/cc、约90mg/cc、约100mg/cc、约150mg/cc、约200mg/cc、约250mg/cc、约300mg/cc、约350mg/cc、约400mg/cc、约450mg/cc、约500mg/cc、约600mg/cc、约700mg/cc、约800mg/cc、约900mg/cc或约1,000mg/cc，或在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。

在一些实施方案中，胶原原纤维可表现出单峰、双峰、三峰或多峰分布。例如，基底层可由两种不同的原纤维制剂构成，每种原纤维制剂具有围绕两种不同模式中的一种布置的不同范围的原纤维直径。可选择此类胶原混合物以赋予本文所述的工程材料加成的、协同的或平衡的物理特性。

在一些实施方案中，胶原原纤维可形成网络。例如，单个胶原原纤维可缔合以表现出条带状图案。然后这些条带状原纤维可缔合成较大的原纤维聚集体。然而，在一些实施方案中，原纤化胶原可缺乏更高级的结构。例如，胶原原纤维可以是未成束的，并为工程材料提供强且均匀的非各向异性结构。在其他实施方案中，胶原原纤维可以成束或被顺排成更高级的结构。例如，胶原原纤维的取向指数可在0至约1.0的范围内，包括子范围。例如，胶原原纤维的取向指数可以为0、约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9或约1.0，或者在具有这些值中的任两个作为端点的范围内，包括端点在内。取向指数0描述了垂直于其他原纤维的胶原原纤维，并且取向指数1.0描述了完全对齐的胶原原纤维。

可以通过参考某些具体实施例来获得进一步的理解，这些具体实施例在本文中仅出于说明的目的而提供，并且除非另外指明，否则不旨在进行限制。

实施例

实施例1

使用顶置式混合器将I型胶原(10克)溶于1L的0.01N HCl，pH2中。在胶原充分溶解后，添加111.1mL的10X磷酸盐缓冲盐水(用氢氧化钠将pH调节至11.2)以将溶液的pH升高至7.2。将所得的胶原溶液搅拌10分钟，并且添加0.1mL的20％Relugan GTW(BASF)交联剂溶液(其占胶原重量的2％)以原纤化该胶原。将5mL的20％Tanigan FT(Lanxess)添加到交联的胶原原纤维溶液，并且之后搅拌一小时。在添加Tanigan-FT后，添加40mL(以胶原重量计80％)的Truposol Ben(Trumpler)和2mL(以胶原重量计10％)的PPE White HSA(Stahl)并且使用顶置式搅拌器搅拌附加的一小时。使用10％甲酸将溶液的pH降低至4.0并且搅拌一小时。在pH变化后，使用附接到真空泵的布氏漏斗，在-27mmHg的压力下，使150mL溶液过滤通过90μm Whatman 1号膜。然后使浓缩的原纤维组织在环境条件下干燥以产生工程材料(12英寸x 6英寸x1/8英寸)。

用丙烯酸乳液聚合物粘合剂将一片加热并压制的菌丝体(12英寸×6英寸×1/4英寸)层合到工程材料上，以制备第一复合材料。

实施例2

通过将10g胶原溶解在具有0.1N HCl的1L水中来制备原纤化、交联和加脂的胶原糊状物，并且以500rpm搅拌过夜。通过向9重量份胶原中添加1重量份10×PBS将pH调节至7.0，并且将溶液以500rpm搅拌3小时。添加10％鞣剂(按胶原的重量计)，例如戊二醛，并且混合20分钟。通过添加20％碳酸钠将pH维持高于7，并且将溶液以500rpm搅拌过夜。次日，将原纤维在离心机中洗涤两次，然后再悬浮至适当的体积，并且以350rpm混合。然后用10％甲酸或20％碳酸钠将pH调节至7.0。添加100％丙烯酸类树脂(按胶原的重量计)并且混合30分钟。添加100％供应量的20％加脂剂(按胶原的重量计)并且混合30分钟。添加10％微球(按胶原的重量计)和10％白色颜料(按胶原的重量计)，并且用10％甲酸将pH调节至4.5。最后，过滤该溶液，并且每当滤液重量达到溶液重量的50％时就进行搅拌，以制备胶原糊剂。

将一片加热并压制的菌丝体(12英寸×6英寸×1/4英寸)置于平坦表面上。将胶原糊剂倾倒在菌丝体上，均匀铺展至1/4英寸的厚度，然后用手辊压以将糊剂预浸渍到菌丝体中以形成胶原涂覆的菌丝体。然后，将胶原涂覆的菌丝体铺在两块15cm×15cm的钢板之间并置于预设为60℃的热压机(得自Carver)中，在此处将其以6,000psi压制10分钟。移除胶原涂覆的菌丝体并使其最终干燥过夜以形成第二复合材料。

实施例3

将一片加热并压制的菌丝体(12英寸×6英寸×1/4英寸)置于平坦表面上。将一片由重组胶原纤维(12英寸×6英寸×1/8英寸)制成的纤维垫置于菌丝体的顶部上。将两片材料铺在两块15cm×15cm钢板之间并置于预设为60℃的热压机(得自Carver)中，在此处将其以6,000psi压制10分钟以形成第三复合材料。

实施例4

制备来自实施例1的另一片工程材料(6英寸×6英寸×1/4英寸)，以及附加地，制备来自实施例3的另一片第三复合材料(6英寸×6英寸×3/8英寸)。用丙烯酸乳液聚合物粘合剂将这两种材料层合在一起以制备第四复合材料。

实施例5

制备来自实施例2的另一批胶原糊剂。制备来自实施例3的另一片第三复合材料(6英寸×6英寸×3/8英寸)。将胶原糊剂倾倒在第三复合材料上，均匀地铺展至1/4英寸的厚度，然后用手辊压以将糊剂预浸渍到菌丝体中以形成胶原涂覆的复合材料。然后，将胶原涂覆的复合材料铺在两块15cm×15cm的钢板之间并置于预设为60℃的热压机(得自Carver)中，在此处将其以6,000psi压制10分钟。移除复合材料并使其最终干燥过夜以产生第五复合材料。

实施例6

将缠结的胶原纤维的纤维网展开并置于8英寸×12英寸的表面上。将另一片加热并压制的菌丝体(8英寸×12英寸×1/4英寸)置于纤维网的顶部上，并使其通过针刺机以形成第六复合材料。

实施例7

在pH 4水中制备2克菌丝体纤维的浆液。将温度升至60℃，并且在此温度下保持60分钟，以允许发生适当程度的脱乙酰化。将浆液的pH调节至7，然后与200mL的10g/L胶原水溶液混合。使10％的鞣剂溶液，例如戊二醛、封端的二异氰酸酯如得自Lanxess的X-Tan、Tanigan-FT或类似的试剂如F-90，与胶原和菌丝体共反应。将Truposol Ben(Trumpler)添加至等于80重量％的胶原的浆液中，并且添加2mL(以胶原蛋白重量计10％)的PPE WhiteHSA(Stahl)并使用顶置式搅拌器搅拌附加的一小时。使用10％甲酸将溶液的pH降低至4.0并且搅拌一小时。在pH变化后，使用附接到真空泵的布氏漏斗，在27mmHg的压力下，使150mL溶液过滤通过90um的Whatman 1号膜。然后使浓缩的原纤维组织在环境条件下干燥以产生工程材料(12英寸×6英寸×1/8英寸)。

实施例8

将缠结的胶原纤维的纤维网置于8英寸×12英寸的模具底部处以形成胶原垫。将菌丝体引入胶原垫的顶部上，并且使其生长并整合到胶原的表面中。一旦表面被覆盖，生长过程就停止。在该实施例中，菌丝体在胶原真皮的顶部上产生“粒面层”。

实施例9

从一片硅橡胶(1/4英寸厚)中切割直径为4英寸的圆片，并将其铺在一片加热并压制的菌丝体(测量为10英寸×10英寸×1/4英寸)的顶部上。将来自实施例2的胶原糊剂的制剂倾倒到硅氧烷模具中的孔中，并且均匀地展开至1/4英寸的厚度，然后用手辊压以将糊剂预浸渍到菌丝体中，以形成胶原带状涂覆的菌丝体。将胶原涂覆的菌丝体铺在两块15cm×15cm的钢板之间并置于预设为60℃的热压机(得自Carver)中，在此处将其以6,000psi压制10分钟。移除胶原涂覆的菌丝体并使其最终干燥过夜以形成材料。

实施例10

使菌丝体在一片纤维素织物上生长。然后将两个层加热并压制，从而形成12英寸×6英寸×1/4英寸的片材，然后如实施例1所述用丙烯酸乳液聚合物粘合剂将所述片材层合到相同类型的工程材料，以制备材料。

实施例11

使菌丝体在一片纤维素织物上生长。然后将两个层加热并压制，从而形成12英寸×6英寸×1/4英寸的片材。将片材置于平坦表面上。将得自实施例2的胶原糊剂倾倒到片材上，均匀铺展至1/4英寸的厚度，然后用手辊压以将糊剂预浸渍到片材中以形成胶原涂覆的片材。将胶原涂覆的片材铺在两块15cm×15cm的钢板之间并置于预设为60℃的热压机(Carver)中，在此处将其以6,000psi压制10分钟。移除胶原涂覆的片材并使其最终干燥过夜以形成复合材料。

按照上述教导内容，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实施。

在本说明书的上下文中，如果没有另外指明，则本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献均全文以引用方式明确地并入本文以用于所有目的，如同被完全阐述一样，并且其全文应当被认为是本公开的一部分。

本文包括的实施例和例证通过说明而非限制的方式示出其中可实践主题的具体实施方案。如所提及的，可使用并从其中得到其他实施方案，使得可在不脱离本公开的范围的情况下做出结构和逻辑上的替代和变化。因此，尽管在本文中已说明并且描述了具体实施方案，但是旨在实现相同目的的任何布置均可替代所示出的具体实施方案。本公开旨在涵盖各种实施方案的任何和所有改型或变型。对于本领域技术人员而言，在审阅以上描述后，以上实施方案的组合以及本文中未具体描述的其他实施方案将变得显而易见。

以上描述提供了制备和使用该描述的方式和过程，使得本领域的任何技术人员均能够制备和使用该描述，该可据以实施性具体地是针对构成原始描述的一部分的所附权利要求书的主题提供的。对本文所述的实施方案的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本公开的实质和范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他实施方案和应用。因此，本发明并非旨在限于所示的实施方案，而是要符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。

Claims (18)

1.一种复合材料，其包含：菌丝体纤维和蛋白质。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其还包含润滑剂。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其还包含选自由以下项组成的组的树脂：丙烯酸和氨基甲酸酯。

4.一种复合材料，其包括：

第一蛋白质基底层，和

第二菌丝体层；其中所述第一层和所述第二层彼此附接。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其中所述第一蛋白质基底层包含胶原。

6.根据权利要求5所述的复合材料，其中所述胶原是重组胶原。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的复合材料，其中用粘合剂附接所述第一蛋白质基底层和所述第二菌丝体层，并且所述粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的复合材料，其中所述第一蛋白质基底层是纤维的纤维网。

9.根据权利要求8所述的复合材料，其中所述纤维包含胶原。

10.根据权利要求9所述的复合材料，其中所述胶原是重组胶原。

11.根据权利要求4-10所述的复合材料，其中所述第一蛋白质基底层和第二菌丝体层通过针刺附接。

12.一种复合材料，其包括；

第一蛋白质基底层，

第二菌丝体层，和

第三基底层；其中所述第一层和所述第二层彼此附接，并且所述第二层和所述第三层彼此附接。

13.根据权利要求12所述的复合材料，其中所述第一蛋白质基底层包含胶原。

14.根据权利要求13所述的复合材料，其中所述胶原是重组胶原。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的复合材料，其中所述第三基底层包含胶原。

16.根据权利要求15所述的复合材料，其中所述胶原是重组胶原。

17.根据权利要求12-16中任一项所述的复合材料，其中用粘合剂将所述第一蛋白质基底层附接到所述第二菌丝体层，所述粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

18.根据权利要求12-17中任一项所述的复合材料，其中用粘合剂将所述第三基底层附接到所述第二菌丝体层，所述粘合剂选自由以下项组成的组：热熔融粘合剂、乳液聚合物粘合剂、以及它们的组合。

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