一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶及其制备方法与应用与流程

本发明涉及气凝胶复合材料，尤其涉及一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、气凝胶是一类超轻的材料，具有非常高的孔隙度和可调的物理化学性质。近年来，人们已开始全面深入地研究基于生物的气凝胶的生物可降解性，非毒性，生物相容性以及生物活性。研究涉及多个领域，包括生物医学应用，药物传递，生物传感，食品应用，组织工程，伤口敷料，气凝胶颗粒，水质净化以及热绝缘等。由于这些气凝胶的独特属性，它们还可被用作催化剂和催化剂载体，以及吸收剂和吸附剂(例如，用于水质净化)。尽管某些类型的生物气凝胶已在建筑，纺织和航空航天工程中被商业化应用，但生物气凝胶在许多其他技术领域的全部潜力尚未得到充分评估。然而，生物气凝胶在环境修复等应用领域已显示出巨大的潜力。此外，由更可持续的原材料制成的生物气凝胶已成为该领域的主要研究焦点。

2、透明质酸(ha)是一种具有高分子量的天然多糖，由n-乙酰-d-氨基葡萄糖和d-葡萄糖醛酸通过β-1,3和β-1,4-糖苷键连接而成。透明质酸的化学和物理性质可以通过羟基团的存在以及羧酸离子的负电荷进行调整，这可能有利于优化气凝胶的特定应用属性。ha在人体中是一种关键的成分，参与多种生理过程，因此在生物医学应用中具有极高的价值。ha及其衍生物已被用来制备具有定制粘弹性和其他生物功能的流变性改良气凝胶。此外，ha具有良好的环境相容性，生物可降解性，保湿性和凝胶性能。ha凝胶广泛用于伤口敷料，皮肤填充剂和临床输送载体等应用。然而，基于ha的气凝胶通常受到机械性能弱的影响，这意味着它们在触摸时易受损，限制了其作为高性能材料的应用。因此，关于如何提升ha气凝胶的机械强度的研究大量增加。这项研究的目标是在保持其优越性能的同时，提高基于ha的气凝胶材料的强度和灵活性。

3、目前，已经有多种天然或合成的生物聚合物材料通过不同的制造方法被用于制备基于ha的气凝胶。这些方法包括修改ha基气凝胶的前体，合成过程中聚合单体，以及交联不同材料以增强气凝胶的结构。潜在的交联材料包括聚乙二醇(peg)、氰基丙烯酸酯、壳聚糖、明胶和蚕丝蛋白(sf)等。基于蚕丝蛋白的气凝胶已广泛地被研究用于各种生物医学应用，包括水凝胶，多孔支架，薄膜，纳米纤维，微球，和微针。一系列不同的基于蚕丝蛋白的气凝胶已经被制备并广泛用于生物医药、传感器、柔性设备和其他领域。

4、最近，已经有一些关于含有多巴胺(dopa)官能团的各种聚合物及其不同合成方法的评述。dopa是一种独特的自然聚合物，已被报告用于多功能生物传感器或设备，伤口敷料或组织工程等领域。然而，至今为止，关于多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法在本领域尚未见报道。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶及其制备方法与应用，以解决现有气凝胶流变性，热稳定性以及机械强度不足的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)多巴胺-透明质酸的制备：将透明质酸溶液、n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐混合，得混合物；将混合物和盐酸多巴胺反应，后将反应所得产物顺次进行透析和冷冻干燥，得到多巴胺-透明质酸；

5、(2)多巴胺-蚕丝蛋白的制备：将蚕丝蛋白和溴化锂溶液混合，得混合物；将混合物和盐酸多巴胺反应，后将反应所得产物顺次进行透析和离心，得到多巴胺-蚕丝蛋白；

6、(3)多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备：将多巴胺-透明质酸溶液、多巴胺-蚕丝蛋白溶液和高碘酸钠反应，得到多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶。

7、作为优选，步骤(1)中，所述透明质酸溶液为透明质酸的水溶液；所述透明质酸溶液的浓度为0.003～0.006g/ml；所述透明质酸、n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1：0.8～1.2：1.2～1.8；所述盐酸多巴胺和透明质酸的摩尔比为1～2：1。

8、作为优选，步骤(1)中，所述冷冻干燥的温度为-30～-20℃，冷冻干燥的时间为0.5～1.5h。

9、作为优选，步骤(2)中，所述溴化锂溶液为溴化锂的水溶液；溴化锂溶液的浓度为8～12m；所述蚕丝蛋白和溴化锂溶液的质量体积比为5g：80～120ml；所述盐酸多巴胺和蚕丝蛋白的质量比为1：2～20。

10、作为优选，步骤(2)中，所述离心的转速为3000～4000r/min；离心的温度为2～5℃；离心的时间为8～15min。

11、作为优选，步骤(1)和步骤(2)中，所述混合的时间独立的为2～3h；所述反应的时间独立的为24～26h；所述透析所用试剂为水，透析所用透析袋的截止分子量为12～14g/mol。

12、作为优选，步骤(1)和步骤(2)中，混合物和盐酸多巴胺反应前，调节混合物的ph值独立的至4.8～5.5；调节ph值所用试剂为盐酸溶液；盐酸溶液的浓度独立的为0.8～1.5m。

13、作为优选，步骤(3)中，所述多巴胺-透明质酸溶液为多巴胺-透明质酸、磷酸钠二氢盐和磷酸氢二钠的混合液；磷酸钠二氢盐和磷酸氢二钠的质量比为1～2：1～4；所述多巴胺-透明质酸溶液中多巴胺-透明质酸的质量浓度为1～3％；所述多巴胺-蚕丝蛋白溶液为多巴胺-蚕丝蛋白和氢氧化钠溶液的混合液；所述高碘酸钠的物质的量为步骤(1)和步骤(2)中盐酸多巴胺总物质的量的0.8～1.2倍。

14、作为优选，步骤(3)中，反应的时间为24～48h。

15、本发明还提供了所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法制备得到的多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶。

16、本发明还提供了所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶在生物医学或水净化中的应用。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

18、本发明所制备的气凝胶具有改善的机械强度，良好的吸水性、热稳定性和生物可降解性，同时具有多孔网络形态。再加上他们天生的生物可降解性，在生物医药(传感器、柔性设备、创口敷料和组织工程等)或水净化等领域具有优异的应用前景。

技术特征：

1.一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述透明质酸溶液为透明质酸的水溶液；所述透明质酸溶液的浓度为0.003～0.006g/ml；所述透明质酸、n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1：0.8～1.2：1.2～1.8；所述盐酸多巴胺和透明质酸的摩尔比为1～2：1。

3.根据权利要求1或2所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述冷冻干燥的温度为-30～-20℃，冷冻干燥的时间为0.5～1.5h。

4.根据权利要求3所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溴化锂溶液为溴化锂的水溶液；溴化锂溶液的浓度为8～12m；所述蚕丝蛋白和溴化锂溶液的质量体积比为5g：80～120ml；所述盐酸多巴胺和蚕丝蛋白的质量比为1：2～20。

5.根据权利要求4所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述离心的转速为3000～4000r/min；离心的温度为2～5℃；离心的时间为8～15min。

6.根据权利要求1所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述混合的时间独立的为2～3h；所述反应的时间独立的为24～26h；所述透析所用试剂为水，透析所用透析袋的截止分子量为12～14g/mol；步骤(1)和步骤(2)中，混合物和盐酸多巴胺反应前，调节混合物的ph值独立的至4.8～5.5；调节ph值所用试剂为盐酸溶液；盐酸溶液的浓度独立的为0.8～1.5m。

7.根据权利要求1所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述多巴胺-透明质酸溶液为多巴胺-透明质酸、磷酸钠二氢盐和磷酸氢二钠的混合液；磷酸钠二氢盐和磷酸氢二钠的质量比为1～2：1～4；所述多巴胺-透明质酸溶液中多巴胺-透明质酸的质量浓度为1～3％；所述多巴胺-蚕丝蛋白溶液为多巴胺-蚕丝蛋白和氢氧化钠溶液的混合液；所述高碘酸钠的物质的量为步骤(1)和步骤(2)中盐酸多巴胺总物质的量的0.8～1.2倍。

8.根据权利要求7所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，反应的时间为24～48h。

9.权利要求1～8任一项所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶的制备方法制备得到的多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶。

10.权利要求9所述多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶在生物医学或水净化中的应用。

技术总结
本发明属于气凝胶复合材料技术领域，本发明公开了一种多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶及其制备方法与应用。本发明通过多巴胺‑透明质酸和多巴胺‑蚕丝蛋白的氧化凝胶化来制备多巴胺修饰的透明质酸蚕丝蛋白气凝胶。在多巴胺‑透明质酸和多巴胺‑蚕丝蛋白中酚酮基团的交联中，高碘酸钠被用作引发剂。所制备的气凝胶具有优异的机械强度，良好的吸水性，出色的热稳定性和丰富的多孔网络形态。同时，具有极佳的生物可降解性，该气凝胶具有在伤口愈合、药物传递系统或水体重金属离子的吸附等方面的巨大应用潜力。

技术研发人员：高杰磊,王珩
受保护的技术使用者：北京市第八十中学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15