一种采用蚕丝蛋白为填充液制备聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的方法与流程

本发明涉及一种采用蚕丝蛋白为填充液制备聚苯乙烯(ps)反蛋白石光子晶体的方法，属于光子晶体技术领域。

背景技术：

光子晶体是两种不同介电常数的材料有规律间隔排列形成，对于光具有选择性反射。形成光子晶体的材料有无机物、有机高分子材料等。蚕丝蛋白是从蚕丝纤维中提取的蛋白，具有无毒性、无刺激性、且具有良好的透气透湿性和优异的生物相容性和生物可降解性。在生物技术领域，蚕丝蛋白膜可作为固定化酶的载体和用于制备生物传感器。

技术实现要素：

本发明的目的是以蚕丝蛋白为填充液制备聚苯乙烯反蛋白石光子晶体。本发明制备的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体保存、携带方便安全，制作时间短，应用价值大，前景较好。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

(1)蚕丝蛋白的提取：对蚕茧层进行两次脱胶、一次盐解，并且流水透析72h，得到体积浓度为6.0％-8.0％的蚕丝蛋白溶液，然后将体积浓度稀释成1.8％-2.2％，将稀释后的蚕丝蛋白溶液2-8℃保鲜存储；

(2)聚苯乙烯胶体晶体的制备：

s1利用无皂乳液聚合的方法制备单分散聚苯乙烯纳米球聚合物乳液，纳米球的直径为200～500nm；

s2以玻璃片为基底通过自然蒸发溶剂自组装方法制备高度有序的聚苯乙烯胶体晶体；

(3)聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的制备：在聚苯乙烯胶体晶体上滴加步骤(1)制备的蚕丝蛋白溶液，自然渗透，风干之后将膜揭下；将所得的膜浸入四氢呋喃(thf)除去聚苯乙烯纳米球体，然后取出膜以自然蒸发四氢呋喃，得到聚苯乙烯反蛋白石光子晶体。

进一步的，所述的脱胶过程中使用0.5wt％无水碳酸钠溶液，盐解过程中使用50wt％无水氯化钙溶液。

进一步的，所述的脱胶时间为30min。

进一步的，所述的盐解时间为5min。

进一步的，所述玻璃薄片基底经过如下顺序处理：第一步在丙酮溶液中超声波处理30min；第二步在乙醇溶液中超声波处理30min；第三步在prianha溶液中超声波处理1h，所述的prianha溶液为98wt％浓硫酸与双氧水按照体积比3：1混合制成；第四步在去离子水超声波处理30min，用擦镜纸擦干。

进一步的，所述的步骤(2)中自然蒸发溶剂自组装所需的时间为3h。

进一步的，所述的步骤(3)中蚕丝蛋白溶液自然渗透及风干所需时间为3h。

进一步的，所述步骤(3)中将薄膜浸入四氢呋喃除去聚苯乙烯纳米球体，浸泡时间为4h。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明所使用的制备方法相对于传统的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的制备方法，缩短了制备时间，操作简单且重复性较好。传统制备方法需要2-3个星期才能制备出一个，而本发明所使用的方法可以在5-8h内批量制备。

(2)本发明中所使用的填充溶液是从蚕丝纤维中提取的完全纯化的天然蚕丝蛋白，蚕丝蛋白具有无毒性、无刺激性、且具有良好的透气透湿性、优异的生物相容性和生物可降解性，相较于现有技术所使用的高分子聚合物，不仅降低了使用成本而且不会污染环境。本发明克服了在制备过程中蚕丝蛋白溶液的浓度变化对结果的不良影响，浓度太低或者太高都很难制备出规则排列的聚苯乙烯球，并得到适合的蚕丝蛋白浓度范围1.8vt％-2.2vt％。

(3)本发明采用蚕丝蛋白为填充液制备的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体可以作为生物医学，生物光子学或电子学等应用领域中一种非常有价值的生物材料，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的制备流程图；

图2为本发明制备得到的聚苯乙烯胶体晶体照片；

图3为本发明thf浸泡过所得的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体照片；

图4为聚苯乙烯反蛋白石光子晶体电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述试验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述试剂和生物材料，均可从商业途径获得。

实施例1

蚕丝蛋白的提取

(1)配制0.5wt％的无水碳酸钠溶液300ml，煮沸，放入9.0g蚕茧层进行第一次脱胶30min，将得到的不完全脱胶蚕丝蛋白，拧干后在55℃下烘干1h。

(2)按照第一次脱胶的方法进行第二次完全脱胶处理，得到完全脱胶的蚕丝蛋白，拧干后再55℃下烘干1h备用。

(3)配制50wt％的无水氯化钙溶液40ml，煮沸，放入完全脱胶的干燥蚕丝蛋白，溶解，煮5min，使完全脱胶的蚕丝蛋白变成溶液。

(4)将得到的溶液转移到透析袋中，流水透析72h，最后将得到的体积浓度为7％的蚕丝蛋白溶液进行稀释得到体积浓度为2.0％的蚕丝蛋白溶液，存放于冰箱中保鲜。

实施例2

ps胶体的制备

(1)铬酸洗液浸泡所使用的玻璃仪器6h，自来水冲洗，2vt％的氢氟酸清洗，最后依次用蒸馏水和乙醇分别清洗三至五遍。

(2)聚合反应在圆底三颈瓶中进行：将单体苯乙烯和去离子水先入到反应瓶中，磁力搅拌器搅拌下通氮气驱氧15min，然后升温到70℃，达到温度平衡后加入引发剂过硫酸钾，在氮气保护下恒温聚合12h。冷却至室温，得到聚合物乳液。

(3)聚合物乳液用300nm孔径微孔滤膜抽滤纯化，纯化过程中反复用双蒸水洗涤，当滤液的电导率不再改变时，将得到的胶体颗粒重新超声分散后分别以液体形式保存备用。

(4)2.5×2.5cm玻璃片(硅片)的处理：第一步，在丙酮溶液中超声波处理30min；第二步，在乙醇溶液中超声波处理30min；第三步，在prianha溶液中超声波处理1h；注意混合时将双氧水缓慢加入浓硫酸，边搅拌便加入；第四步，最后去离子水超声波处理30min，用擦镜纸擦干待用。

(5)滴0.5ml制备的ps乳液在处理过的2.5×2.5cm玻璃片上，自然蒸发组装在密闭室温条件下进行3h即可，如图2所示。

实施例3

聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的制备

(1)在所制备的ps胶体晶体上滴加体积浓度2.0％的蚕丝蛋白，使蚕丝蛋白自然渗透于胶体晶体中并且使溶剂蒸发组装在密闭室温条件下进行3h即可揭下。

(2)将所得的反蛋白石薄膜浸泡在四氢呋喃中4h除去ps球体，然后在常温下使thf自然挥发，即可得到聚苯乙烯反蛋白石光子晶体，如图3所示。将制备好的聚苯乙烯纳米微球用扫描电镜进行喷金扫描正面，得到扫描电镜图，如图4所示。可见该方法制备的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体结构具有周期性排列，且纳米球直径在250-300nm。

技术特征：

技术总结
本发明属于光子晶体技术领域，具体涉及一种采用蚕丝蛋白为填充液制备聚苯乙烯反蛋白石光子晶体的方法。本发明的技术方案主要包括：对蚕茧层进行两次脱胶、一次盐解，并且流水透析72h，透析后稀释待用。用无皂乳液聚合的方法制备单分散聚苯乙烯纳米微球聚合物乳液，自组装形成胶体光子晶体，之后将蚕丝蛋白作为填充液充入纳米微球形成的光子晶体空间，自然蒸发后揭下，浸泡在四氢呋喃中去除聚苯乙烯球体，制成聚苯乙烯反蛋白石光子晶体。本发明采用蚕丝蛋白为填充液制备的聚苯乙烯反蛋白石光子晶体可以作为生物医学，生物光子学或电子学等应用领域中一种非常有价值的生物材料，具有良好的应用前景。

技术研发人员：郭明;周玲;王景宇;姜超
受保护的技术使用者：大连大学
技术研发日：2017.09.13
技术公布日：2018.02.16