一种快速制备丝素蛋白水凝胶的方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速制备丝素蛋白水凝胶的方法，属于水凝胶制备技术领域。本发明将蚕丝脱胶后用乙醇溶解，随后向其中依次加入氨基酸、硅酸钠、盐酸以及乙酸，反应后，离心分离，从而得到快速制备丝素蛋白水凝胶的方法。实例证明，本发明操作简便，不需要添加任何化学交联剂，能够在短时间内形成丝素蛋白水凝胶，缩短了工作时间，提高了工作效率，且制得的丝素蛋白水凝胶生物相容性好，绿色安全，可以广泛应用于食品、医药材料等行业。
【专利说明】
一种快速制备丝素蛋白水凝胶的方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种快速制备丝素蛋白水凝胶的方法，属于水凝胶制备技术领域。
【背景技术】
[0002]丝素蛋白无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，能够促进人体细胞的生长，具有一定的生物可降解性，通过对多种生物材料的对比研究表明，丝素蛋白具有与胶原蛋白同等的体内、体外生物相容性，因此，丝素蛋白是制造生物医学材料的较理想原料。
[0003]凝胶是介于固体与液体之间的一种物理状态，具有独特的性质，尤其是水凝胶，性质柔软，能保持一定的形状，在其中保持有大量的水份，目前被广泛用于人工皮肤、组织工程材料、药物释放、人造肌肉、生物传感器、分离装置、重金属离子回收及导电凝胶等方面。
[0004]丝素蛋白溶液在静置下会逐渐向凝胶化转变，但是这个转变的时间比较长，通常要在I个月以上。通过改变丝素蛋白溶液的PH值可以加快凝胶化的过程。当pH值接近于丝素蛋白的等电点(pH = 4左右)时，丝素蛋白容易发生胶凝作用，但也需要8天的时间才能完成凝胶化。此外，丝素蛋白的浓度对于凝胶时间也有影响，丝素蛋白溶液在质量浓度大于10%时比较容易形成凝胶，但是在质量浓度小于10%时需要很长的时间才能形成凝胶。而高质量浓度丝素蛋白溶液形成的凝胶含水量较低，孔隙率也较低，在应用时受到一定的限制。因此低质量浓度下的丝素溶液凝胶化时间太长制约了丝素蛋白水凝胶的使用。
[0005]目前，缩短丝素蛋白水凝胶时间的主要方法是:向丝素蛋白水溶液中加入化学交联剂，此方法能够大大的缩短丝素蛋白水溶液凝胶化的时间，但是所得凝胶中会残留一定量的化学交联剂，从而带来一定的毒性，并且该方法降低了丝素蛋白水凝胶的生物相容性。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统方法在缩短丝素蛋白水凝胶时间时，往往加入化学交联剂，但所得的凝胶中会有大量残留物，不仅带来一定的毒性，而且降低了丝素蛋白水凝胶的生物相容性，使得工作效率降低的现状，提供了一种将蚕丝脱胶后用乙醇溶解，随后向其中依次加入氨基酸、硅酸钠、盐酸以及乙酸，反应后，离心分离，从而得到快速制备丝素蛋白水凝胶的方法。该方法操作简便，不需要添加任何化学交联剂，能够在短时间内形成丝素蛋白水凝胶，缩短了工作时间，提高了工作效率，且制得的丝素蛋白水凝胶生物相容性好，绿色安全，可以广泛应用于食品、医药材料等行业。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)称取100?200g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量10?15倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至75?80°C，保温I?2h后，移入超声振荡仪中，在超声频率为25?30KHz，超声功率为120?150W下超声振荡反应70?90min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量5?8倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在35?38°C下持续搅拌，直至完全溶解； (2)待上述溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量10?15%色氨酸以及溶解物质量8?12%天冬氨酸，控制30?35min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至35?40°C，启动搅拌器，以200?250r/min的转速搅拌，搅拌反应I?2h;
(3)待反应结束，再向反应物中加入反应物质量20?25%硅酸钠，以2?3°C/min的速率提升温度至45?55°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以3?5mL/min的速率滴加质量浓度为35 %盐酸溶液，控制20?25min内滴加结束，保持温度不变，静置反应I?2h;
(4)将上述反应物置于烧杯中，在28?32°C条件下向其中加入反应物质量70?80%质量浓度为36 %乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应45?55min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1000?1200r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
[0008]本发明的原理是:本发明将蚕丝脱胶，用乙醇溶解，并加入氨基酸，使其形成氨基酸乙酯，蚕丝蛋白析出，生成水相和油相，之后加入硅酸钠，与其进行反应，形成原硅酸沉淀，随后滴加盐酸，使得丝素蛋白被吸附在原硅酸表面，最后再在其中加入乙酸，使得原硅酸和丝素蛋白分离，离心处理后即可得到油相，即为丝素蛋白水凝胶。
[0009]本发明制得的丝素蛋白水凝胶颜色为乳白色，孔径为2?8μπι，拉伸强度为57?62MPa，溶胀率为88?95 %。
[0010]本发明的有益效果是:
(I)本发明方法新颖，工艺简便，在制备的过程中无需添加任何化学交联剂，绿色安全；(2 )本发明能够在短时间内形成丝素蛋白水凝胶，缩短了 50 %工作时间，提高了工作效率，且制得的丝素蛋白水凝胶生物相容性好；
(3)本发明制得的丝素蛋白水凝胶广泛应用于食品、医药材料等行业，可大规模生产应用。
【具体实施方式】
[0011]首先称取100?200g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量10?15倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至75?80°C，保温I?2h后，移入超声振荡仪中，在超声频率为25?30KHz，超声功率为120?150W下超声振荡反应70?90min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量5?8倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在35?38 °C下持续搅拌，直至完全溶解;待溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量10?15%色氨酸以及溶解物质量8?12%天冬氨酸，控制30?35min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至35?40°C，启动搅拌器，以200?250r/min的转速搅拌，搅拌反应I?2h;之后反应结束，再向反应物中加入反应物质量20?25%硅酸钠，以2?3°C/min的速率提升温度至45?55°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以3?5mL/min的速率滴加质量浓度为35 %盐酸溶液，控制20?25min内滴加结束，保持温度不变，静置反应I?2h;最后将上述反应物置于烧杯中，在28?32°C条件下向其中加入反应物质量70?80%质量浓度为36%乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应45?55min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1000?1200r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
[0012]实例I
首先称取10g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量10倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至75°C，保温Ih后，移入超声振荡仪中，在超声频率为25KHz，超声功率为120W下超声振荡反应70min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量5倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在35 0C下持续搅拌，直至完全溶解;待溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量10%色氨酸以及溶解物质量8 %天冬氨酸，控制30min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至35°C，启动搅拌器，以200r/min的转速搅拌，搅拌反应Ih;之后反应结束，再向反应物中加入反应物质量20%硅酸钠，以2°C/min的速率提升温度至45°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以3mL/min的速率滴加质量浓度为35%盐酸溶液，控制20min内滴加结束，保持温度不变，静置反应Ih;最后将上述反应物置于烧杯中，在28°C条件下向其中加入反应物质量70 %质量浓度为36 %乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应45min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1000r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
[0013]本实例操作简单易行，在制备的过程中无需添加任何化学交联剂，制得的丝素蛋白水凝胶绿色安全，生物相容性好，经检测，孔径为2讓，拉伸强度为57MPa，溶胀率为88%，广泛应用于食品、医药材料等行业，可大规模生产应用。
[0014]实例2
首先称取150g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量13倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至78°C，保温1.5h后，移入超声振荡仪中，在超声频率为28KHz，超声功率为130W下超声振荡反应80min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量7倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在37 0C下持续搅拌，直至完全溶解;待溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量
13%色氨酸以及溶解物质量10 %天冬氨酸，控制33min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至38°C，启动搅拌器，以260r/min的转速搅拌，搅拌反应1.5h;之后反应结束，再向反应物中加入反应物质量23%硅酸钠，以2.5°C/min的速率提升温度至50°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以4mL/min的速率滴加质量浓度为35 %盐酸溶液，控制23min内滴加结束，保持温度不变，静置反应1.5h;最后将上述反应物置于烧杯中，在30°(:条件下向其中加入反应物质量75%质量浓度为36%乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应50min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1100r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
[0015]本实例操作简单易行，在制备的过程中无需添加任何化学交联剂，制得的丝素蛋白水凝胶绿色安全，生物相容性好，经检测，孔径为6讓，拉伸强度为60MPa，溶胀率90 %，广泛应用于食品、医药材料等行业，可大规模生产应用。
[0016]实例3 首先称取200g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量15倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至800C，保温2h后，移入超声振荡仪中，在超声频率为30KHz，超声功率为150W下超声振荡反应90min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量8倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在38 0C下持续搅拌，直至完全溶解;待溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量15%色氨酸以及溶解物质量12%天冬氨酸，控制35min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至40°C，启动搅拌器，以250r/min的转速搅拌，搅拌反应2h;之后反应结束，再向反应物中加入反应物质量25%硅酸钠，以3°C/min的速率提升温度至55°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以5mL/min的速率滴加质量浓度为35%盐酸溶液，控制25min内滴加结束，保持温度不变，静置反应2h;最后将上述反应物置于烧杯中，在32°C条件下向其中加入反应物质量80 %质量浓度为36 %乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应55min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1200r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
[0017]本实例操作简单易行，在制备的过程中无需添加任何化学交联剂，制得的丝素蛋白水凝胶绿色安全，生物相容性好，经检测，孔径为8讓，拉伸强度为62MPa，溶胀率为95%，广泛应用于食品、医药材料等行业，可大规模生产应用。
【主权项】
1.一种快速制备丝素蛋白水凝胶的方法，其特征在于具体操作步骤为: (1)称取100?200g蚕丝置于反应釜中，并向其中加入蚕丝质量10?15倍质量浓度为85%碳酸钠溶液，提升反应釜温度至75?80°C，保温I?2h后，移入超声振荡仪中，在超声频率为25?30KHz，超声功率为120?150W下超声振荡反应70?90min，待反应结束，将反应物过滤除胶，并用去离子水进行反复洗涤，去除丝胶蛋白，移入烘箱中于60°C下烘干，随后将烘干物置于容器中，并向其中加入烘干物质量5?8倍质量浓度为65 %乙醇溶液，在35?38°C下持续搅拌，直至完全溶解； (2)待上述溶解结束，将溶解物倒入带有搅拌器、滴液漏斗和温度计的三口烧瓶中，向其中滴加溶解物质量10?15%色氨酸以及溶解物质量8?12%天冬氨酸，控制30?35min内滴加结束，移入水浴锅，加热升温至35?40°C，启动搅拌器，以200?250r/min的转速搅拌，搅拌反应I?2h; (3)待反应结束，再向反应物中加入反应物质量20?25%硅酸钠，以2?3°C/min的速率提升温度至45?55°C，持续搅拌使其完全溶解，之后静置过夜，生成沉淀后，再向其中以3?5mL/min的速率滴加质量浓度为35 %盐酸溶液，控制20?25min内滴加结束，保持温度不变，静置反应I?2h; (4)将上述反应物置于烧杯中，在28?32°C条件下向其中加入反应物质量70?80%质量浓度为36 %乙酸溶液，混合均匀，置于摇床上，摇床振荡反应45?55min，待振荡结束，将混合液倒入离心机中，以1000?1200r/min转速离心处理，去除上清液，即可得到一种丝素蛋白水凝胶。
【文档编号】C08H1/00GK105968387SQ201610292475
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】郭舒洋, 张明
【申请人】郭舒洋