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CN113522049B - 一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法 - Google Patents

一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，该方法采用蓝光引发剂、交联剂、鎓盐、亲水性单体等在蓝光辐照下发生光聚合交联反应，制备选择性渗透吸液膜。经多次的吸水溶胀—蒸发脱水后，除去残余光引发剂、鎓盐以及未反应的单体或未交联聚合物链段，最终得到具有稳定交联结构的渗透吸液膜材料。渗透吸液膜通过选择性吸取丝素蛋白溶液中的水分而排斥同种电荷的丝素蛋白，实现对丝素蛋白溶液的有效浓缩。与现有技术相比，本发明制备方法简单，操作方便，制得的渗透吸液膜可多次重复利用，在生物医药及组织工程领域具有良好的应用前景。

Description

一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法
技术领域
本发明涉及天然生物材料和合成高分子材料领域，具体涉及一种利用蓝光诱导方式制备选择性渗透吸液膜用于浓缩丝素蛋白溶液的方法。
背景技术
丝素蛋白(SF)是蚕丝的主要成分，约占蚕丝总成分的75～80％。作为一种天然高分子蛋白质，丝素蛋白富含18种对人体友益的氨基酸，具有优异的生物相容性、可降解性等。随着人们对丝素蛋白氨基酸组分及结晶结构等理化性能研究地深入，其应用正从传统的纺织领域不断向生物医学等领域拓展。丝素蛋白溶液是制备丝素蛋白成型材料的基础，其制备过程需经脱胶、降解、脱盐等多个步骤，所得丝素蛋白溶液往往浓度较低。为满足丝素蛋白溶液的多元化应用，对其进行浓缩是制备中高浓度丝素蛋白溶液的必要手段。丝素蛋白溶液的浓缩方法包括自然挥发、适温蒸发/旋蒸、反透析、超滤等。
一种活性丝素多孔材料或活性丝素膜及其制备方法(CN201910304081.7)公开了利用旋转蒸发仪进行丝素蛋白溶液浓缩的方法，可将家蚕丝素蛋白水溶液的质量分数浓缩至5～15％，但旋蒸过程无法解决丝素蛋白溶液高温旋蒸易凝胶变性而低温旋蒸浓缩效率低的矛盾；而丝素蛋白粉制备工艺(CN201810528635.7)公开了一种丝素蛋白粉制备工艺，将蚕茧壳或下脚茧丝在沸水中脱胶30～50min，得到丝素纤维；将丝素纤维溶入乙醇溶液中，然后过滤后得到滤液；将滤液调节pH值、静置、离心，得到丝素蛋白粗提取物；加碱性蛋白酶酶解；将酶解液继续减压浓缩至原溶液8～15％，在温度2～5℃冷冻干燥、粉碎后即可得到所述丝素蛋白粉。通过溶解丝素蛋白粉可制备任意浓度的丝素蛋白溶液。上述方法通过冷冻干燥再溶解的方式得到任意浓度的丝素蛋白溶液，但冷冻干燥对设备要求高、加工流程复杂且成本较高；野蚕丝素蛋白溶液的制备及其浓缩方法(CN 200810189778.6)公开了一种野蚕丝素蛋白溶液的制备及其浓缩方法，该方法将除杂脱胶后的柞蚕、天蚕、蓖麻蚕、柳蚕等野蚕丝素纤维浸渍于含中性盐和醇类物质的溶解液中，超声波处理5～120min，再于30～98℃溶解，得到丝素溶解液。将丝素溶解液透析除盐，得到野蚕丝素水溶液，再用高吸水物质经半透膜脱水浓缩得到分子量15～250kDa、浓度6～35％的高浓度野蚕丝素溶液。然而上述方法的浓缩过程中，所用的高吸水材料对水和丝素蛋白并无选择性，必须通过透析袋来阻隔，导致浓缩效率大大降低。
综上所述，开发出一种简便、高效的丝素蛋白浓缩方法，对其在生物医药、组织工程等领域的应用具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，解决目前浓缩丝素蛋白溶液耗时长、效率低等问题。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)配置选择性渗透吸液膜聚合前驱液，通过蓝光诱导自由基聚合交联反应制备得到选择性渗透吸液膜；选择性渗透吸液膜聚合前驱液包括以下组分级含量，含量以wt％计：
Figure BDA0003164753150000021
(2)脱胶桑蚕丝经溶解、透析制得丝素蛋白溶液，在室温25℃下以10000r/min离心处理5～10min后置于敞口容器中；
(3)将上述步骤(2)得到的一定质量的渗透吸液膜置于离心后的丝素蛋白溶液中进行选择性吸液浓缩，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓缩浓度后取出渗透吸液膜，渗透吸液膜可经去离子水洗涤烘干后反复使用。
优选后，所述步骤(1)中所用的蓝光光源为100W蓝色LED，辐照时间为3～10min。
优选后，制备得到的选择性渗透吸液膜需在一定浴比的去离子水中除杂一定时间，以溶出残余小分子引发剂、鎓盐以及未反应单体，取出烘干至恒重，并重复以上操作3～5次；
优选后，所述的选择性渗透吸液膜，除杂浴比为m渗透吸液膜：m去离子水＝1:1000～1:2000，除杂时间为60min。
优选后，所述步骤(3)中，选择性渗透吸液膜质量为丝素蛋白溶液质量的1/200～1/250。
优选后，所述的蓝光引发剂包括光敏剂和助引发剂，光敏剂选自樟脑醌、曙红、核黄素、姜黄素中的一种；助引发剂选自4-二甲氨基苯甲酸乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、三乙醇胺、N-苯基甘氨酸、对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种。
优选后，所述的鎓盐选自二苯基六氟磷酸碘鎓盐、三芳基六氟磷酸硫鎓盐、4,4'-二甲苯基碘六氟磷酸盐中的一种。
优选后，所述的烯双键单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的两种。
优选后，所述的交联剂选自N,N-二甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯400，聚乙二醇二丙烯酸酯1000中的一种。
本发明蓝光固化选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的原理：渗透吸液膜聚合前驱液中的光引发剂在蓝光的照射下产生活性自由基，引发活性单体发生自由基聚合生成化学交联的渗透吸液膜材料。该膜材料通过其链锻中的亲水基团可选择性吸收丝素蛋白中的水分，同时利用其链锻中的阴离子基团对丝素蛋白大分子的排斥作用，避免吸附丝素蛋白分子，从而实现丝素蛋白溶液的高效浓缩。
基于上述技术方案，具有一下有益效果：
1、本发明所采用的渗透吸液膜浓缩法效率显著高于常规浓缩方法，同时渗透吸液膜链段中阴离子结构可通过同种电荷的相斥作用，避免对丝素蛋白大分子的吸附，实现丝素蛋白溶液浓缩过程中渗透吸液膜对水的选择性吸收；
2、利用本发明方法制备的选择性渗透吸液膜，经充分吸水、脱水后可直接用于丝素蛋白溶液的浓缩，工艺简单，操作方便，并可多次重复使用；
3、本发明选用穿透能力更强的蓝光作为引发光源，可使渗透吸液膜获得更均匀的聚合交联结构，提高浓缩效率。
具体实施方式
本发明旨在提供一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，通过渗透吸液膜聚合前驱液中的光引发剂在蓝光的照射下产生活性自由基，引发活性单体发生自由基聚合生成化学交联的渗透吸液膜材料。该膜材料通过其链锻中的亲水基团可选择性吸收丝素蛋白中的水分，同时利用其链锻中的阴离子基团对丝素蛋白大分子的排斥作用，避免吸附丝素蛋白分子，从而实现丝素蛋白溶液的高效浓缩。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
将0.005g樟脑醌(CQ)、0.005g 4-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDMAB)、0.00250g二苯基碘鎓六氟磷酸盐(DPI)、0.00250g N,N-二甲基双丙烯酰胺(MBAA)依次溶解于5.0g 30％的丙烯酸(AA)—丙烯酰胺(AM)(质量比1:1)二组分溶液中，避光搅拌均匀后，将得到的分散液导入成型模具中，置于100W蓝光LED照射下5min得到聚(丙烯酸—丙烯酰胺)渗透吸液膜。将蓝光固化渗透吸液膜浸置于足量去离子水中60min，取出烘干至恒重。重复以上操作3～5次。将上述蓝光固化选择性渗透吸液膜置于丝素蛋白溶液中，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓度，后取出渗透吸液膜洗涤后备用。
实施例2：
将0.01g樟脑醌(CQ)、0.02g三乙醇胺(TEOA)、0.010g三芳基六氟磷酸硫鎓盐(TAS)、0.010g PEDGA(平均分子量1000)依次溶解于2.0g丙烯酸羟乙酯(HEA)中，避光超声分散至均匀，再加入3.0g去离子水及2.0g丙烯酰胺(AM)，避光超声混合均匀。将得到的分散液导入成型模具中，置于100W蓝光LED照射下10min得到聚(丙烯酸羟乙酯—丙烯酰胺)渗透吸液膜。将蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于500mL去离子水中30min，取出烘干至恒重。重复以上操作3～5次。将上述蓝光固化选择性渗透吸液膜置于丝素蛋白溶液中，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓度后取出水凝胶。
实施例3：
将0.01g曙红Y(EY)、0.01g N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、0.005g N,N-二甲基双丙烯酰胺(MBAA)依次溶解于2.0g丙烯酸羟丙酯(HPA)中，避光超声分散至均匀，再加入2.0g去离子水及2.0g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，避光超声混合均匀。将得到的分散液导入成型模具中，置于100W蓝光LED照射下5min得到聚(丙烯酸羟丙酯—2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)渗透吸液膜。将蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于500mL去离子水中30min，取出烘干至恒重。重复以上操作3～5次。将上述蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于丝素蛋白溶液中，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓度后取出水凝胶。
实施例4：
将0.01g核黄素(RF)、0.005g N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、0.0025g二苯基碘鎓六氟磷酸盐(DPI)、0.01g PEGDA(平均分子量400)及1.0g丙烯酸(AA)依次溶解于4.0g去离子水中，避光超声分散至均匀，再加入1.0g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，避光超声混合均匀。将得到的分散液导入成型模具中，置于100W蓝光LED照射下5min得到聚(丙烯酸—2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)渗透吸液膜。将蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于500mL去离子水中30min，取出烘干至恒重。重复以上操作3～5次。将上述蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于丝素蛋白溶液中，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓度后取出水凝胶。
实施例5：
将0.015g姜黄素(CC)、0.015g对二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHA)、0.01g4,4'-二甲苯基碘六氟磷酸盐(IHT-PI)、0.005g N,N-二甲基双丙烯酰胺(MBAA)及2.0g丙烯酸(AA)依次溶解于6.0g去离子水中，避光超声分散至均匀，再加入1.0g丙烯酸羟乙酯(HEA)，避光超声混合均匀。将得到的分散液导入成型模具中，置于100W蓝光LED照射下10min得到聚(丙烯酸—丙烯酸羟乙酯)渗透吸液膜。将蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于500mL去离子水中30min，取出烘干至恒重。重复以上操作3～5次。将上述蓝光固化选择性渗透吸液膜浸置于丝素蛋白溶液中，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓度后取出水凝胶。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配置选择性渗透吸液膜聚合前驱液，通过蓝光诱导自由基聚合交联反应制备得到选择性渗透吸液膜；选择性渗透吸液膜聚合前驱液包括以下组分及 含量，含量以wt%计：
蓝光引发剂 0.5 ~ 1
鎓盐 0.25 ~ 0.5
烯双键单体 20 ~ 60
交联剂 0.25 ~ 0.5
水 余量
其中，所用的蓝光光源为100W蓝色LED，辐照时间为3~10 min；所述的烯双键单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的两种；（2）脱胶桑蚕丝经溶解、透析制得丝素蛋白溶液，在室温25℃下以10000 r/min离心处理5~10 min后置于敞口容器中；
（3）将上述步骤（1）得到的一定质量的渗透吸液膜置于离心后的丝素蛋白溶液中进行选择性吸液浓缩，按时测量丝素蛋白浓度，直至达到所需浓缩浓度后取出渗透吸液膜，渗透吸液膜可经去离子水洗涤烘干后反复使用。
2.根据权利要求1所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：制备得到的选择性渗透吸液膜需在一定浴比的去离子水中除杂一定时间，以溶出残余小分子引发剂、鎓盐以及未反应单体，取出烘干至恒重，并重复以上操作3~5次。
3.根据权利要求2所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：所述的选择性渗透吸液膜，除杂浴比为m 渗透吸液膜：m 去离子水=1:1000~1:2000，除杂时间为60 min。
4.根据权利要求1所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，选择性渗透吸液膜质量为丝素蛋白溶液质量的1/200~1/250。
5.根据权利要求1所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：所述的蓝光引发剂包括光敏剂和助引发剂，光敏剂选自樟脑醌、曙红、核黄素、姜黄素中的一种；助引发剂选自4-二甲氨基苯甲酸乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、三乙醇胺、N-苯基甘氨酸、对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：所述的鎓盐选自二苯基六氟磷酸碘鎓盐、三芳基六氟磷酸硫鎓盐、4,4'-二甲苯基碘六氟磷酸盐中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种利用选择性渗透吸液膜浓缩丝素蛋白溶液的方法，其特征在于：所述的交联剂选自N,N-二甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯400，聚乙二醇二丙烯酸酯1000中的一种。
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