一种具有荧光性质的金纳米粒子‑丝素蛋白复合材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及为一种具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料及其制备方法。

背景技术：

荧光材料是一种具有优良光学性质的材料，其可以被应用于荧光成像，防伪材料制备以及生物传感器制造等领域。荧光材料主要可以分为两大类，第一类是具有荧光性质的有机分子，如罗丹明等，第二类是具有荧光性质的纳米材料，如量子点材料等。然而，无论是哪一类荧光材料，大多都具有毒性，生物相容性差，例如量子点材料，其通常的组成为硒化镉，硫化锌等成分，具有较大的毒性，对人体和生物体有害。近年来，以金纳米粒子为基底的荧光材料受到众多关注，利用特定的化学湿法所制备得到的金纳米粒子具有稳定高强度的荧光性质，而且金纳米粒子具有良好的生物相容性，并且无毒健康，所以此种荧光纳米材料的应用前景广泛。

丝素蛋白是一种天然高分子蛋白，由于其具有优异的力学性能、生物相容性以及生物降解性，且对人体无毒、无害，近年来被广泛应用于药物传输、生物医学、化妆品以及医疗器械等领域。近年来，随着技术的发展，越来越多的以丝素蛋白为基底的生物材料被发明创造并且应用。例如，丝素蛋白薄膜可以作为制备生物传感器的基底，丝素蛋白凝胶可以做为生物粘合剂；丝素蛋白粉末可以作为护肤品的添加剂以增加互粉品的保水性和生物相容性；丝素蛋白纳米小球可以作为药物传输和释放的载体被应用到生物医疗领域。

利用丝素蛋白为基底来制备具有荧光性质的金属纳米粒子-丝素蛋白功能性复合材料是一个很重要也很有前景的领域。所制备得到的复合材料在具备荧光性质的同时，还同时兼具丝素材料的各种优良性质，并且此种复合材料可以被制造成各种各样形式的材料，如薄膜，凝胶，冻干粉等。制备的基本思路是通过特定的物理、化学放方法将荧光金属纳米粒子和丝素蛋白有效的结合在一起，然后在进一步制备出各种形式的材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工艺简单，绿色环保的金纳米粒子-丝素蛋白荧光复合材料及其制备方法。制备得到的金纳米粒子-丝素蛋白荧光复合材料具有优异的生物相容性、生物降解性、稳定性以及荧光性质，并且用途广泛。

本发明解决的技术问题是：提出一种具有优异的生物相容性、生物降解性、稳定性以及荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白荧光复合材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)荧光金纳米粒子的制备

将氯金酸水溶液10mmol/L与牛血清白蛋白水溶液50mg/mL以1：1的体积比均匀混合并在37℃下剧烈搅拌，2min后，向混合溶液中快速注入与混合溶液体积比为1：20的1mol/L氢氧化钠水溶液，并在37℃持续搅拌12h，金纳米粒子水溶液制备完成；

(2)脱胶蚕丝的制备

将去蛹并剪成细条状的蚕茧在浓度为0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液中煮沸30min，蚕茧与脱胶混合液的重量比为1：150，煮沸过程中不断搅拌以防止蚕茧粘结，煮沸完后将脱胶的蚕丝捞出并用净水反复清洗，之后将脱胶蚕丝进行二次脱胶，重复之前脱胶过程，完成后将得到的脱胶蚕丝用净水反复清洗干净后置于干燥通风处过夜干燥；

(3)丝素蛋白水溶液的制备和纯化

将洁净干燥的脱胶蚕丝完全浸入9.3mol/L溴化锂水溶液中，脱胶蚕丝与溴化锂水溶液的重量体积比为1：5，加盖密封置于60℃烘箱中加热4h，加热完成后，即得到未纯化的蚕丝溴化锂溶液，为淡黄色粘稠状溶液,将该蚕丝溴化锂溶液转移到节流分子量为3500道尔顿的渗析袋中并在4℃的环境下进行渗析以出去溴化锂，渗析用1L纯净水并伴随缓慢搅拌，在渗析开始的1、4、8、12、24、48h后换水，共6次,经渗析后，溶液中的溴化锂被除去，丝素蛋白保留在在渗析袋中，最后可以得到丝素蛋白水溶液,将丝素蛋白水溶液于4℃，10000转速的的条件下离心5min，弃去沉淀，上层清液即为纯化的丝素蛋白水溶液，所得到的丝素蛋白水溶液的浓度为6wt％；

(4)金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液的制备

将金纳米粒子水溶液与纯化的6wt％丝素蛋白水溶液以体积比1：1的比例均匀混合，即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液。

优选的，将金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液置于-20℃的冰箱中冷冻，之后在-80℃的冻干机中进行冻干，即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合冻干粉末。

优选的，将3mL金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液浇铸于成膜容器中，在50℃烘箱中干燥成膜,即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜。

优选的，将2mL金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液用去离子水稀释到6mL，所得的稀释复合溶液中丝素蛋白的浓度约为10mg/mL，在纯净干燥玻璃杯中加入3mL丙酮，随后加入之前制备的6mL金纳米粒子-丝素蛋白稀释复合水溶液，将混合后的溶液在室温下放置2小时，即形成凝胶。

为了解决上述技术问题，本发明提出的另一技术方案是：一种具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料，上述的制备方法制备得到具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料。

有益效果

本发明以天然蚕丝为原料，通过参杂化学湿法合成的荧光金纳米粒子从而制备得到具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料。该材料改善了以往荧光复合材料生物相容性差，有毒性等缺点，从而可以被应用到生物医学领域。并且通过对该材料进行进一步后续加工，从而制备得到了具有荧光性质的金纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜和金纳米粒子-丝素蛋白复合凝胶。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：采用天然的丝素蛋白作为材料集体，通过参杂化学湿法合成的荧光金纳米粒子从而制备得到金纳米粒子-丝素蛋白复合物，方法简单易行，绿色环保。利用牛血清白蛋白制备得到的荧光金纳米粒子生物相容性好，与其他荧光材料，如量子点材料和有机荧光染料相比具有无毒健康，生物相容性好等优势。而且所制备得到的金纳米粒子-丝素蛋白复合材料也具有生物相容性好，无毒环保的性质，可以利用在生物印记、生物制品防伪、环保荧光墨水以及生物成像领域。

附图说明

下面结合附图对本发明的作进一步说明。

图1是纯化丝素蛋白溶液的制备流程图。

图2是丝素蛋白溶液、金纳米粒子溶液和金纳米粒子-丝素蛋白混合溶液的荧光光谱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面通过具体的实施例来具体说明本发明的技术方案。

实施例1：荧光金纳米粒子的制备

将5mL氯金酸水溶液(10mmol/L)与5mL牛血清白蛋白水溶液(50mg/mL)均匀混合并在37℃下剧烈搅拌。两分钟后，向混合溶液中快速注入0.5mL氢氧化钠水溶液(1mol/L)，并在37℃下持续搅拌12h。金纳米粒子水溶液即制备完成。所制备得到的金纳米粒子具有高强度稳定的荧光性质。

实施例2：脱胶蚕丝的制备

14个蚕茧(约7g)剪切成小细条状，使其在1L 0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液中煮沸30min，煮沸过程中不断搅拌以防止蚕茧细条粘结，煮沸完后将脱胶的蚕丝捞出并用净水反复清洗。之后将脱胶蚕丝进行二次脱胶，重复之前煮沸过程，将其再次置于1L 0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液中煮沸30min以使蚕丝完全脱胶，将得到的脱胶蚕丝用净水反复清洗干净后置于干燥通风处过夜干燥。

实施例3：丝素蛋白水溶液的制备与纯化

(1)丝素蛋白水溶液的制备：将2g脱胶蚕丝完全浸于10mL 9.3mol/L溴化锂水溶液中，加盖密封置于60℃烘箱中加热4h，加热完成后，即得到未纯化的蚕丝溴化锂溶液，为淡黄色粘稠状溶液。将该蚕丝溴化锂溶液转移到12mL节流分子量为3500道尔顿的渗析袋中并在4℃的环境下进行渗析以出去溴化锂，渗析用1L纯净水并伴随缓慢搅拌，在渗析开始的1、4、8、12、24、48小时后换水，共6次。经渗析后，溶液中的溴化锂被除去，丝素蛋白保留在在渗析袋中，最后可以得到体积约为30mL的丝素蛋白水溶液,所得的丝素蛋白水溶液浓度约为6wt％。

(2)丝素蛋白水溶液的纯化：将丝素蛋白水溶液于4℃，10000转速的的条件下离心5min，弃去沉淀，上层清液即为纯化的丝素蛋白溶液。此法所得到的纯化的丝素蛋白溶液浓度为约为60g/L。

图1展示了纯化丝素蛋白溶液的制备流程图，从原始蚕茧出发，经过脱胶、溶解、渗析以及纯化即可得到纯化的蚕丝蛋白溶液。

实施例4：金纳米粒子-丝素蛋白混合水溶液的制备

将5mL金纳米粒子水溶液与5mL纯化的丝素蛋白水溶液(60g/L)均匀混合即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合水溶液。

荧光光谱结果(图2)表明：金纳米粒子溶液和金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液在645纳米和693纳米处有特征峰。说明金纳米粒子溶液和金纳米粒子-丝素蛋白复合溶液在波长为405nm的紫外光下会呈现红色。

实施例5：金纳米粒子-丝素蛋白复合冻干粉的制备

将10mL金纳米粒子-丝素蛋白混合水溶液置于-20℃的冰箱中冷冻，之后在-80℃的冻干机中进行冻干，最后得到金纳米粒子-丝素蛋白复合冻干粉末。该冻干粉末具有良好的水溶性，并且波长为405nm的紫外光下会呈现红色。

实施例6：金纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜的制备

将3mL金纳米粒子-丝素蛋白复合水溶液浇铸于成膜容器中，在50℃烘箱中干燥成膜,即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜，制备得到的薄膜在波长为405nm的紫外光下会呈现红色。

实施例7：金纳米粒子-丝素蛋白复合凝胶的制备

将2mL金纳米粒子-丝素蛋白复合水溶液用去离子水稀释到6mL，所得的稀释混合溶液中丝素蛋白的浓度约为10mg/mL。在纯净干燥玻璃杯中加入3mL丙酮(纯度>99％)，随后加入之前制备的6mL金纳米粒子-丝素蛋白稀释混合水溶液，将混合后的溶液在室温下放置2h，即得到金纳米粒子-丝素蛋白复合凝胶。制备得到的凝胶在波长为405nm的紫外光下会呈现红色

本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。