一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法，屬于紡織生物【技術(shù)領(lǐng)域】。旨在解決傳統(tǒng)化學(xué)方法制備功能性絲素膜時(shí)，易產(chǎn)生有害物質(zhì)殘留和環(huán)境污染等問題。本發(fā)明利用酪氨酸酶的催化氧化作用，將具有伯胺基結(jié)構(gòu)的乳鐵蛋白接枝到絲素蛋白膜表面，改善絲素膜的應(yīng)用性能。具體工藝流程包括：絲素溶液制備、絲素膜的干燥成型、酪氨酸酶催化氧化絲素與乳鐵蛋白接枝、抗菌絲素膜的干燥。通過本發(fā)明制備的絲素蛋白膜不僅抗菌性能得到改善，絲素膜材料的力學(xué)性能也得到提高。與基于化學(xué)交聯(lián)的功能型絲素蛋白膜制備方法相比，采用酪氨酸酶法制備的抗菌絲素膜具有能耗低、效率高、污染少的優(yōu)點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)。
【專利說明】一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法，特別是一種利用酪氨酸酶催化氧化作用，實(shí)現(xiàn)乳鐵蛋白在絲素膜表面接枝，制備抗菌絲素膜的方法，屬于紡織生物【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]絲素蛋白具有良好的生物相容性和環(huán)境友好性，以絲素蛋白為原料加工的膜材料在醫(yī)學(xué)組織工程、藥物載體等領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用。絲素膜的性能取決于絲素蛋白大分子形態(tài)和結(jié)構(gòu)，一般冷凍干燥和室溫風(fēng)干條件下制得的絲素膜聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以無定形為主，物理機(jī)械性能較差，水中溶失率高；高溫烘干條件下制的絲素膜結(jié)晶度增加，膜材料強(qiáng)力有所增加，但膜體彈性較差，應(yīng)用性能降低。為改善絲素膜材料的性能，拓展其在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，需要對(duì)絲素膜材料進(jìn)行合適的改性及功能化加工。
[0003]絲素蛋白膜常用的改性方法包括高溫濕熱處理、交聯(lián)劑化學(xué)改性、與其他高分子共混改性等。不同改性方法中，化學(xué)改性法應(yīng)用較廣泛，其基本原理是利用絲素蛋白分子中富含-OH、-NH2, -COOH等反應(yīng)性基團(tuán)的特點(diǎn)，借助于化學(xué)交聯(lián)劑使絲素大分子間共價(jià)交聯(lián)，或與功能性整理劑發(fā)生接枝。這類方法在改善絲素膜性能的同時(shí)也存在一定的不足，如化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)中易產(chǎn)生有害物質(zhì)殘留和環(huán)境污染等問題。近年來，隨著生物技術(shù)在高分子材料改性中的應(yīng)用研究日趨廣泛，利用生物技術(shù)對(duì)絲素材料進(jìn)行功能化改性的研究日益引起重視。
[0004]根據(jù)絲素大分子的氨基酸組成特點(diǎn)，在絲素蛋白材料生物法改性中，具有潛在作用功效的酶制劑包括蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶等等。其中，最有應(yīng)用前景是氧化還原酶，氧化還原酶是催化兩分子間發(fā)生氧化還原作用的酶的總稱，包括酪氨酸酶、漆酶等品種小類。酪氨酸酶是一種具有催化氧化活性的多酚氧化酶，能催化氧化L-酪氨酸的酚羥基結(jié)構(gòu)形成反應(yīng)性較強(qiáng)的多巴醌，繼而引發(fā)與伯胺化合物反應(yīng)。根據(jù)這一原理，可借助于酪氨酸酶的催化氧化作用，通過絲素蛋白與伯胺整理劑接枝，實(shí)現(xiàn)絲素蛋白膜生物酶法功能化改性。
[0005]在絲素膜不同功能化改性加工中，抗菌整理由于可減少微生物滋生、減輕機(jī)體細(xì)菌感染而具有積極意義。乳鐵蛋白具有與季銨鹽等化學(xué)抗菌劑同樣的抗菌與消炎作用，可水解病菌細(xì)胞壁不溶性黏多糖，也可與帶負(fù)電荷的病毒蛋白直接結(jié)合使多種病毒失活。根據(jù)這一特點(diǎn)，借助于酪氨酸酶催化乳鐵蛋白在絲素膜表面接枝，制備具有抗菌功能的絲素蛋白月吳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法，以本方法制備的絲素膜有較好的力學(xué)性能和抗菌功效，拓展了絲素膜的應(yīng)用范疇。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明利用酪氨酸酶的催化氧化作用，將具有氨基的乳鐵蛋白與絲素蛋白中酪氨酸殘基接枝反應(yīng)，提高絲素膜的應(yīng)用性能。
[0008]具體工藝如下:
[0009](I)絲素溶液的制備:以溴化鋰或氯化鈣溶解絲素纖維，制備絲素溶液。
[0010]處理工藝處方及條件:將脫膠后家蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液(乙醇溶液)體系中，在40?80°C左右不斷攪拌至溶解(浴比1: 10?50)，得到混合絲素溶液；將絲素溶液裝入透析袋，以去離子水中透析后過濾，制得絲素水溶液。
[0011](2)絲素膜冷凍干燥:取定量絲素溶液倒入低表面張力模具皿中，通過延流使其平整鋪展，在-50?-20°C條件下充分干燥，得到絲素蛋白膜。
[0012](3)酪氨酸酶處理:絲素蛋白膜在酪氨酸酶溶液浸潰，進(jìn)行催化氧化處理。
[0013]處理工藝處方及條件:酪氨酸酶用量為I?200U/g絲素蛋白，溫度20?40°C，pH范圍6.0?8.0，處理I?24小時(shí)。
[0014](4)酶促乳鐵蛋白接枝:在酪氨酸酶溶液中添加乳鐵蛋白，進(jìn)行絲素膜抗菌改性。
[0015]處理工藝處方及條件:乳鐵蛋白用量0.05?5.0g/L，溫度20?40°C，pH范圍
6.0?8.0，處理2?24小時(shí)。
[0016](5)絲素膜冷凍干燥:酶促接枝乳鐵蛋白后，絲素膜經(jīng)二次室溫水洗，再在-50?-20°C條件下充分干燥，得到抗菌絲素蛋白膜。
[0017]一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法，特點(diǎn)是絲素溶液制備中可選用不同濃度的溴化鋰溶液、溴化鋰-乙醇水溶液或氯化鈣-乙醇水溶液；應(yīng)用的酪氨酸酶包括了動(dòng)物、植物和微生物等不同來源的酶品種；絲素蛋白膜抗菌改性中，酪氨酸酶和乳鐵蛋白既可以分步添加至絲素膜浸潰溶液中，也可采用同時(shí)添加的方法進(jìn)行。
[0018]本發(fā)明的有益后果
[0019]本發(fā)明利用酪氨酸酶催化氧化絲素，不但改善了絲素膜的力學(xué)性能，而且提高了絲素膜抗菌性，與傳統(tǒng)絲素蛋白成膜方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)酶催化效率高，利用酪氨酸酶催化絲素蛋白與乳鐵蛋白接枝反應(yīng)中催化效率高，酶制劑用量少。
[0021](2)酶處理?xiàng)l件緩和，在低溫和近中性條件下進(jìn)行抗菌絲素膜的制備，具有能耗低、處理工藝安全的優(yōu)點(diǎn)，避免了化學(xué)交聯(lián)法反應(yīng)易造成環(huán)境污染和絲素膜生物安全性低等方面的缺陷。
[0022](3)膜性能改善明顯，利用酪氨酸酶催化氧化絲素膜與乳鐵蛋白反應(yīng)，不但改善絲素膜的力學(xué)性能，還增強(qiáng)了絲素膜的抗菌性。

【具體實(shí)施方式】
[0023]采用酪氨酸酶催化氧化絲素蛋白膜，實(shí)現(xiàn)絲素蛋白和乳鐵蛋白接枝，制備具有較好力學(xué)與抗菌性能的絲素膜，具體實(shí)施例如下:
[0024]實(shí)施例1
[0025](I)絲素溶液的制備:將脫膠后的家蠶絲加入到溴化鋰-乙醇-水(質(zhì)量比45: 44: 11)溶液中，在70°C不斷攪拌至溶解(浴比1: 50)，得到混合溶液。將絲素溶液裝入透析袋，以去離子水中透析24小時(shí)，期間每小時(shí)換一次水，透析后過濾得到絲素水溶液。
[0026](2)絲素膜冷凍干燥:取定量絲素溶液倒入低表面張力模具皿中，通過延流使其平整鋪展，在-50°C條件下充分干燥成膜。
[0027](3)酪氨酸酶處理:絲素蛋白膜在酪氨酸酶溶液浸潰，酪氨酸酶用量為150U/g絲素，溫度30°C，pH= 7.0，處理4小時(shí)。
[0028](4)酶促乳鐵蛋白接枝:在上述酪氨酸酶溶液中添加乳鐵蛋白，乳鐵蛋白用量
0.5g/L，溫度 30。。，pH = 7.0，處理 8 小時(shí)。
[0029](5)絲素膜冷凍干燥:酶促接枝反應(yīng)后，絲素膜經(jīng)二次室溫水洗，再在-50°C條件下充分干燥，得到抗菌絲素蛋白膜。
[0030]試樣1:絲素膜浸潰時(shí)僅添加乳鐵蛋白；
[0031]試樣2:絲素膜經(jīng)酪氨酸酶、乳鐵蛋白組合處理；
[0032]經(jīng)上述工藝處理后，試樣I斷裂強(qiáng)度為19.6MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1.2%，三次室溫水洗后絲素膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制率為32%;試樣2斷裂強(qiáng)度為22.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為
1.8%，三次室溫水洗后絲素膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制率為67%。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)絲素溶液的制備:將脫膠后的家蠶絲加入到氯化鈣-乙醇-水(摩爾比1:2: 8)溶液中，在70°C不斷攪拌至溶解(浴比1: 50)，得到混合溶液。將絲素溶液裝入透析袋，以去離子水中透析24h，期間每小時(shí)換一次水，透析后過濾，得到絲素水溶液。
[0035](2)絲素膜冷凍干燥:取定量絲素溶液倒入低表面張力模具皿中，通過延流使其平整鋪展，在-50°C條件下充分干燥成膜。
[0036](3)酪氨酸酶和乳鐵蛋白處理:干燥后的絲素膜在酪氨酸酶和乳鐵蛋白溶液中浸潰處理，其中酪氨酸酶?οου/g絲素、乳鐵蛋白1.0g/L，溫度30°C，pH = 7.0，處理時(shí)間8小時(shí)。
[0037](4)絲素膜冷凍干燥:酶促接枝反應(yīng)后，絲素膜經(jīng)二次室溫水洗，再在-50°C條件下充分干燥，得到抗菌絲素蛋白膜。
[0038]試樣3:絲素膜浸潰時(shí)僅添加乳鐵蛋白處理；
[0039]試樣4:絲素膜經(jīng)酪氨酸酶、乳鐵蛋白處理；
[0040]經(jīng)上述工藝處理后，試樣3斷裂強(qiáng)度為20.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1.1%，三次室溫水洗后絲素膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制率為39%;試樣4斷裂強(qiáng)度為23.2MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為
1.6%，三次室溫水洗后絲素膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制率為72%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于酶促接枝的抗菌絲素膜制備方法，其特征是利用酪氨酸酶的催化氧化作用，使絲素蛋白與乳鐵蛋白進(jìn)行交聯(lián)，改善絲素膜的力學(xué)性能與抗菌性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)絲素溶液的制備:將脫膠后家蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液(乙醇溶液)體系中，在40?80°C左右不斷攪拌至溶解(浴比1: 10?50)，得到混合絲素溶液。將絲素溶液裝入透析袋，以去離子水中透析后過濾，制得絲素水溶液。 (2)絲素膜冷凍干燥:取定量絲素溶液倒入低表面張力模具皿中，通過延流使其平整鋪展，在-50?-20°C條件下充分干燥，得到絲素蛋白膜。 (3)酪氨酸酶處理:絲素蛋白膜在酪氨酸酶溶液浸潰，進(jìn)行催化氧化處理，其中酪氨酸酶用量為I?200U/g絲素蛋白，溫度20?40°C，pH范圍6.0?8.0，處理I?24小時(shí)。 (4)酶促乳鐵蛋白接枝:在酪氨酸酶溶液中添加乳鐵蛋白，進(jìn)行絲素膜抗菌改性。 處理工藝處方及條件:乳鐵蛋白用量0.05?5.0g/L，溫度20?40°C，pH范圍6.0?8.0，處理2?24小時(shí)。 (5)絲素膜冷凍干燥:酶促接枝乳鐵蛋白后，絲素膜經(jīng)二次室溫水洗，然后在-50?_20°C條件下充分干燥，得到抗菌絲素蛋白膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述絲素溶液制備可選用不同濃度的溴化鋰溶液、溴化鋰-乙醇水溶液或氯化鈣-乙醇水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述酪氨酸酶包括了動(dòng)物、植物和微生物等不同來源的酶品種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述絲素蛋白膜抗菌改性中，酪氨酸酶和乳鐵蛋白既可以分步添加至絲素膜浸潰溶液中，也可采用同時(shí)添加的方法進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】D06M101/10GK104179020SQ201310195307
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】王平, 俞梅蘭, 唐耿鐵, 袁久剛 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)