CN115944773A - 一种基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料及应用。包括以下重量份数的组分：蛛丝蛋白5‑10份、多巴胺0.002‑0.2份、FeCl30.03‑0.3份、HCl 0.055‑0.55份。本发明使用了蛛丝蛋白和多巴胺溶液，对材料浓度、固化剂的种类等条件进行了优化、选择，该仿生黏附材料最大粘结强度达到2.64MPa，微观粘附力值可达34.89nN，可应用于玻璃等多种材料之间的黏附。
Description
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种仿生蛛丝蛋白的高强度黏附材料制备方法及应用。
背景技术
常用的化学黏附材料主要聚酰亚胺基、酚醛树脂类、丙烯醛酯类和环氧树脂类等，从一方面来说化学材料来源简单，易分离提纯，其结构与相对分子质量均处于一定的可调控范围，便于设计精准实验方案、系统的考察合成材料的稳定性。另一方面可以简化合成步骤，使用多种材料，增强人工合成材料黏附强度。但是化学材料有一定的毒性，容易污染环境，对环境造成不可逆的影响。天然来源的黏附材料可在生命体环境中有很好的安全性和适用性，可作为日后开发研究的一个方向。
海洋生物贻贝，通过分泌具有极快的凝固速度和超强的防水黏附力的贻贝黏附蛋白粘液，使之能够牢固地黏附在金属、玻璃、聚合物及矿物等各种基材表面上；且拥有很好的细胞相容性、生物兼容性、生物降解性和无毒性，不会侵害人体细胞或引发人体免疫反应。这些贻贝黏附蛋白有一个共同的特点，即含有相对较多的L-3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴)，它是一种由酪氨酸后转移修饰作用生成的含邻苯二酚氨基酸。研究表明，邻苯二酚基团在贻贝粘附蛋白的黏附机理中起着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料及应用。
一种基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料，包括以下重量份数的组分：蛛丝蛋白5-10份、多巴胺0.002-0.2份、FeCl30.03-0.3份、HCl 0.055-0.55份。
所述基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为5-10％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.002-0.2M的溶液；
(3)将FeCl3粉末加入到蒸馏水中配置成0.03-0.3M的溶液；或者将HCl加入到蒸馏水中稀释为0.055-0.55M的溶液；
(4)将步骤(2)配置的溶液于室温下放置1h，将步骤(3)配置的溶液与步骤(2)配置的溶液按照1：5的比例滴加，形成仿生黏附材料。
优选的，步骤(2)所述多巴胺溶液的浓度为0.2M，步骤(3)所述FeCl3溶液的浓度为0.03M。
所述的基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料在制备粘合剂中的应用。
优选的，所述基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料可在黏附玻璃等材料中应用，是将制备的材料按照上述步骤固定24h后可使用。
本发明的技术原理：蛛丝蛋白具有自组装的能力，存在β-折叠结构，是一种纤维蛋白聚合物，具有非凡的力学性能，如高拉伸强度、延展性和生物相容性等，一定浓度的蛛丝蛋白溶液有一定的粘附力。多巴胺(DA)自聚后形成聚多巴胺(PDA)具有大量的供体、受体氢键单元和芳香环，形成了一种支链聚合物，其中的链通过氢键和Π-Π堆积相互作用，形成更稳定的结构。该结构与蛛丝蛋白相结合，制备生物黏附材料。将其与固化剂(FeCl3/HCl)结合后，能提升黏附能力。
本发明具有的优点和有益效果：本发明利用蛛丝蛋白的自组装特点，将多巴胺加入到蛛丝蛋白溶液中研制出一种高强度的仿生黏附材料。该黏附材料具有很好的生物相容性。该黏附材料制备方法简单，无毒无害，有很好的安全性和适用性。该黏附材料最大粘结强度可达2.64MPa，在目前报道的仿生黏附材料中属于较高的粘结值。
附图说明
图1为实施例4制备的仿生黏附材料原子力显微镜形貌图。
图2为实施例4制备的仿生黏附材料粘附力值图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
下述实施例蛛丝蛋白按照文献“乔鑫，王妍，李俊杰，段翠密，王海滨，周瑾，杜芝燕，王常勇.蜘蛛牵引丝蛋白MaSp1原核表达载体构建及其在大肠杆菌中的表达与纯化[J].军事医学,2014,38(08):621-625.”中披露的方法制备。
多巴胺(购买于上海凛恩科技发展有限公司)、FeCl3(购买于沪试试剂有限公司)、HCl(购买于沪试试剂有限公司)。
实施例1
基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为7.5％、8.5％和9.5％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.2M的溶液；
(3)取20μL步骤(2)配置的溶液于玻璃片上并在室温下放置1h，取4μL0.03M FeCl3溶液滴加到玻璃片上，将两片玻璃片叠加，在室温下用固定夹固定24h，形成仿生黏附材料，进行拉伸实验。
实验结果见表1：
表1
结果如表1所示，通过比较不同浓度的蛛丝溶液所产生的粘结强度值，可以得出8.5％的浓度为最佳蛛丝浓度。
实施例2
基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为8.5％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.002、0.02和0.2M的溶液；
(3)将FeCl3粉末加入到蒸馏水中配置成0.03M的溶液；
(4)取20μL步骤(2)配置的溶液于玻璃片上并在室温下放置1h，取4μL步骤(3)配置的溶液滴加到玻璃片上，将两片玻璃片叠加，用固定夹固定24h，形成仿生黏附材料，进行拉伸实验。
实验结果见表2：
表2
结果如表2所示，当多巴胺浓度为0.2M，粘结强度达到最大为2.64MPa
实施例3
基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为8.5％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.2M的溶液；
(3)将FeCl3粉末加入到蒸馏水中配置成0.3和0.03M的溶液；将HCl溶液稀释为0.55M和0.055M的溶液。
(4)取20μL步骤(2)配置的溶液于玻璃片上并在室温下放置1h，取4μL步骤(3)配置的溶液滴加到玻璃片上，将两片玻璃片叠加，用固定夹固定24h，形成仿生黏附材料，进行拉伸实验。
实验结果见表3：
表3
结果如表3所示，加入不同固化剂后，粘结强度会有所提升。当多巴胺浓度为0.2M，固化剂为0.03M FeCl3时，可达到最佳的粘结强度。
实施例4
基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为8.5％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.2M的溶液；
(3)将FeCl3粉末加入到蒸馏水中配置成0.03M的溶液；
(4)取20μL步骤(2)配置的溶液于玻璃片上并在室温下放置1h，取4μL步骤(3)配置的溶液滴加到该玻璃片上，在室温下固化24h，形成仿生黏附材料，进行原子力显微镜测试。
实验结果如图1-2所示，原子力显微镜对样品扫描后，可以看出该黏附材料有一定的网状结构，蛛丝蛋白在样品中呈颗粒状，测量微观粘附力值为34.89nN。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：蛛丝蛋白5-10份、多巴胺0.002-0.2份、FeCl30.03-0.3份、HCl0.055-0.55份。
2.权利要求1所述基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将蛛丝蛋白溶于蒸馏水中配置成浓度为5-10％的溶液；
(2)将多巴胺粉末溶解于步骤(1)配置的溶液中，配制成含多巴胺浓度为0.002-0.2M的溶液；
(3)将FeCl3粉末加入到蒸馏水中配置成0.03-0.3M的溶液；或者将HCl加入到蒸馏水中稀释为0.055-0.55M的溶液；
(4)将步骤(2)配置的溶液于室温下放置1h，将步骤(3)配置的溶液与步骤(2)配置的溶液按照1：5的比例滴加，形成仿生黏附材料。
3.根据权利要求2所述基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述多巴胺溶液的浓度为0.2M，步骤(3)所述FeCl3溶液的浓度为0.03M。
4.权利要求1所述的基于蛛丝蛋白的仿生高强度黏附材料在制备粘合剂中的应用。
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| MARCO LO PRESTI: "Bioinspired biomaterial Composite for All-water-based high-performance adhesives", ADVANCED SCIENCE, vol. 8, no. 16, 18 August 2021 (2021-08-18), pages 1 - 2 * |
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