本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法。
背景技术：
水凝胶是一种具有三维网状结构的亲水材料，具有超强吸水性和组织等效性，因此被广泛应用于经皮给药、组织工程、处理水、水分保持、分离水等。凝胶性是胶原蛋白的重要性质之一。胶原蛋白分子表面有许多极性侧基，如氨基、酰胺基、羧基、羟基等，都能与水分子以氢键结合，于是胶原分子周围形成了一层水分子膜，这样胶原即发生了膨胀，随着时间的延长，膨胀的胶原蛋白可进一步吸水，通常能够结合自身重量10倍以上的水，形成凝胶(易继兵，2011)。研究表明未变性胶原和变性胶原蛋白(胶原蛋白)均具有良好的凝胶化作用。未变性胶原，即具有三螺旋结构的胶原蛋白，能够自聚集形成水凝胶。但是水凝胶吸水后透气性变差，影响了其在气体吸附过滤中的应用。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种透气性较好的胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法。
一种胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，包括步骤：
提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液；
配制碳纳米管溶液；
配制交联剂溶液；及
将所述胶原蛋白水溶液、所述碳纳米管溶液和所述交联剂溶液混合均匀，在室温下超声，密闭抽气，然后分别加入temed溶液和过硫酸铵溶液，密封后发生聚合反应，得到胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。
在其中一个实施例中，所述胶原蛋白与所述碳纳米管的质量浓度比为8～16:1，所述碳纳米管及所述聚丙烯酰胺的质量浓度比为2.5～5:1。
在其中一个实施例中，所述temed溶液的体积分数为0.5～1％，所述过硫酸铵溶液的质量分数为50mg/ml，所述temed溶液和所述过硫酸铵溶液的体积比为5～10:1。
在其中一个实施例中，所述提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液的方法为：
采用体积百分比为10％～15％正丁醇对罗非鱼鱼皮脱脂24h～48h，得到脱脂鱼皮；
采用蒸馏水清洗所述脱脂鱼皮后，将所述脱脂鱼皮浸泡在浓度为0.1～0.15mol/l的naoh水溶液中浸泡24h～48h以除去非胶原成分，然后水洗至中性得到鱼皮胶原蛋白；
往所述鱼皮胶原蛋白中加入0.2mol/l～0.5mol/l的醋酸溶液和1％～2％胃蛋白酶，并在4℃磁力搅拌提取48h～72h，离心后上清液得到酶促溶性胶原蛋白；所述鱼皮胶原蛋白和所述醋酸溶液的质量体积比w/v为1：20～1:50；
往所述酶促溶性胶原蛋白加入浓度为0.9mol/l～1mol/l的nacl溶液，离心，收集沉淀物溶于0.2mol/l～0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.02mol/l～0.1mol/lna2hpo4溶液透析后离心，收集沉淀物复溶于0.2mol/l～0.5mol/l的醋酸溶液中，采用0.02mol/l～0.1mol/l的醋酸溶液透析后再用蒸馏水透析，得到所述鱼源胶原蛋白；
将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至4mg/ml。
在其中一个实施例中，所述配制碳纳米管溶液方法为：取长度为10～30μm且导电性能大于100s/cm，纯度>95％的单壁碳纳米管，溶解于含有n-甲基吡咯烷酮、曲拉通、十二烷基苯磺酸钠的一种或几种的纯水中，然后超声分散，得到浓度为0.5wt％的碳纳米管溶液。
在其中一个实施例中，所述配制交联剂溶液的方法为：将丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺溶于ph值为6.8的tris/hcl缓冲液中，所述丙烯酰胺和所述甲叉丙烯酰胺的摩尔比为60～75：1。
在其中一个实施例中，所述聚合反应在28℃进行30min。
一种根据上述制备方法获得的胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。
在上述胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法中，在水凝胶中引入碳纳米管，不但可以提高其机械强度和比表面积，而且还能增强凝胶的透气性，有利于气体的吸附和过滤。实验结果证明了丙烯酸基团被成功接枝到碳纳米管管壁上，碳纳米管在水中的分散性得到了有效改善。碳纳米管的存在增加了碳纳米管复合水凝胶的比表面积，并且起到了稳定复合水凝胶结构的作用。这些特性使得碳纳米管复合水凝胶具有优异的气态水持续吸附能力。
附图说明
图1为一实施方式的胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施方式及附图，对胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法作进一步的详细说明。
一种胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
s110、提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液。
在一实施方式中，提取胶原蛋白配制成胶原蛋白水溶液的方法为：
采用体积百分比为10％～15％正丁醇对罗非鱼鱼皮脱脂24h～48h，得到脱脂鱼皮；
采用蒸馏水清洗脱脂鱼皮后，将脱脂鱼皮浸泡在浓度为0.1-0.15mol/l的naoh水溶液中浸泡24h～48h以除去非胶原成分，然后水洗至中性得到鱼皮胶原蛋白；
往鱼皮胶原蛋白中加入0.2mol/l～0.5mol/l的醋酸溶液和1％～2％胃蛋白酶，并在4℃磁力搅拌提取48h～72h，离心后上清液得到酶促溶性胶原蛋白；所述鱼皮胶原蛋白和所述醋酸溶液的质量体积比w/v为1：20～1:50；
往酶促溶性胶原蛋白加入浓度为0.9mol/l～1mol/l的nacl溶液，离心，收集沉淀物溶于0.2mol/l～0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.02mol/l～0.1mol/lna2hpo4溶液透析后离心，收集沉淀物复溶于0.2mol/l～0.5mol/l的醋酸溶液中，采用0.02mol/l～0.1mol/l的醋酸溶液透析后再用蒸馏水透析，得到鱼源胶原蛋白。
将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至4mg/ml。
s120、配制碳纳米管溶液。
在一实施方式中，配制碳纳米管溶液方法为：取长度为10-30μm且导电性能大于100s/cm，纯度>95％的单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声分散，得到浓度为0.5wt％的碳纳米管溶液。
在一实施方式中，含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水为：含有n-甲基吡咯烷酮、曲拉通、十二烷基苯磺酸钠的一种或几种的纯水。
碳纳米管具有独特的结构，不仅具有导电性能、热性能、高的比表面积等特点，而且分子表面具有羧基，使得碳纳米管在水溶剂中的分散性大大提高。
s130、配制交联剂溶液。
在一实施方式中，配制交联剂溶液的方法为：将丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺溶于ph值为6.8的tris/hcl缓冲液中。丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺的摩尔比为60～75：1。
s140、将胶原蛋白水溶液、碳纳米管溶液和交联剂溶液混合均匀，在室温下超声，密闭抽气，然后分别加入temed溶液和过硫酸铵溶液，发生聚合反应，得到胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。丙烯酸基团被成功接枝到碳纳米管管壁上，碳纳米管在水中的分散性得到了有效改善。碳纳米管的存在增加了碳纳米管复合水凝胶的比表面积，并且起到了稳定复合水凝胶结构的作用。这些特性使得碳纳米管复合水凝胶具有优异的气态水持续吸附能力。
在一实施方式中，temed溶液的体积分数为0.5～1％，过硫酸铵溶液的质量分数为50mg/ml，temed溶液和过硫酸铵溶液的体积比为5～10:1。
在一实施方式中，胶原蛋白与碳纳米管的质量浓度比为8～16:1，碳纳米管及聚丙烯酰胺的质量浓度比为2.5～5:1。
一种根据上述制备方法获得的胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。
在上述胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法中，碳纳米管具有高机械强度和bet比表面积(brunauer-emmett-tellerspecificsurfacearea)、导电性能好、储氢性能强等优异特性。丙烯酸基团被成功接枝到碳纳米管管壁上，碳纳米管在水中的分散性得到了有效改善。碳纳米管的存在增加了碳纳米管复合水凝胶的比表面积，并且起到了稳定复合水凝胶结构的作用。这些特性使得碳纳米管复合水凝胶具有优异的气态水持续吸附能力。鱼胶原蛋白表面富含的各种基团，为水凝胶的应用提供更广阔的可能性。
实施例
实施例1
取15g罗非鱼鱼皮用10％(v)正丁醇(1:20＝w/v)脱脂24h(8h更换一次)，蒸馏水冲洗后用浓度为0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡24h(1：20w/v)以除去非胶原成分(8h更换一次)，水洗至中性。然后加入0.5mol/l醋酸溶液(1：50w/v)和1％的胃蛋白酶(750u，sigma)，4℃磁力搅拌提取48h，10000r/min离心30min，上清液即为酶促溶性胶原蛋白(pepsin-solublecollagen,psc)。在上清液中加入nacl至最终c(nacl)＝0.9mol/l，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，用0.02mol/l的na2hpo4溶液(ph8.6)透析24h后离心收集沉淀，重新溶解于0.5mol/l醋酸溶液中，用0.1mol/l醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，即可得到未经交联的酶促溶性胶原蛋白溶液，用naoh溶液，调节ph至6.0，用去离子水调节浓度至4mg/ml。
取长度10～30μm，导电性能大于100s/cm，纯度>95％的单壁碳纳米管，溶解于含有n-甲基吡咯烷酮的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的碳纳米管溶液(碳纳米管含量0.5wt％)。
取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8tris/hcl缓冲液定容至60ml，过滤后棕色瓶4℃保存。
制备引发剂水溶液：取0.5mltemed，用纯水定容至50ml，得到1％的temed溶液。取引发剂过硫酸铵0.5g溶解于10ml水中，得到50mg/ml的过硫酸铵溶液。
将胶原蛋白溶液2.5ml，碳纳米管溶液2.5ml，交联剂水溶液5ml混匀，室温下超声20min，密闭抽气10min，然后分别加入1ml的1％temed溶液和0.2ml的5％过硫酸铵溶液，使其单体充分溶解；然后密封，引发聚合，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。
实施例2
将鱼皮用10％正丁醇脱脂36h，每12h更换一次溶液，料液比为1:10；脱脂鱼皮在浓度为0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡36h(1：10w/w)以除去非胶原成分，每12h更换一次溶液，然后水洗至中性；加入浓度为0.5mol/l的醋酸溶液(1：30w/w)匀浆，40℃磁力搅拌萃取48h，10000r/min离心30min，收集沉淀，上清液即为酸溶性胶原蛋白(acid-solublecollagen,asc)。在上清液中加入nacl至最终浓度0.9mol/l，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，用0.1mol/l醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，冻干得鱼皮酸溶性胶原蛋白。将所得沉淀继续用浓度为0.5mol/l的醋酸溶液40℃下提取48h，同时加入0.5％的胃蛋白酶，经离心、透析、冻干得鱼皮胶原蛋白。
取长度10-30μm，导电性能大于100s/cm，纯度>95％的单壁碳纳米管，溶解于含有十二烷基苯磺酸钠纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的碳纳米管溶液(碳纳米管含量0.5wt％)。
取丙烯酰胺2.91g，甲叉丙烯酰胺0.09g，用ph6.8tris/hcl缓冲液定容至10ml，过滤后棕色瓶4℃保存。
制备引发剂水溶液：取0.25mltemed，用纯水定容至50ml，得到0.5％的temed溶液。取引发剂过硫酸铵0.25g溶解于10ml水中，得到25mg/ml的过硫酸铵溶液。
将胶原蛋白溶液5ml，碳纳米管溶液5ml，交联剂水溶液10ml混匀，室温下超声30min，密闭抽气5min，然后分别加入2ml的1％temed溶液和0.4ml的5％过硫酸铵溶液，使其单体充分溶解；然后密封，光照，引发聚合，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。
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本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。