一種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法,特別是一種利用酪氨酸酶催化氧化絲素和多酚類介體,促進(jìn)絲素蛋白與外源功能性氨基化合物結(jié)合,制備功能性納米絲素材料的方法,屬于紡織生物技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]絲素有良好的生物相容性,以其為原料加工的絲素蛋白膜在組織工程材料構(gòu)建中有較廣泛的用途。天然絲素蛋白材料韌性較差,水溶失率高,為提高再生絲素膜材料的力學(xué)性能與功能性,國內(nèi)外在絲素蛋白及其復(fù)合材料改性方面進(jìn)行了相關(guān)研究。其中化學(xué)方法應(yīng)用較多,一般多以戊二醛、多元羧酸等對絲素蛋白進(jìn)行交聯(lián)或與外源功能化合物接枝。這類方法在改善絲素材料性能的同時也存在一定不足,包括易產(chǎn)生化學(xué)有害物質(zhì)殘留等問題。生物方法具有安全、高效、專一和環(huán)境友好等優(yōu)點,以酶法對絲素蛋白材料進(jìn)行改性,不但保持了絲素蛋白原有的優(yōu)良特性,而且賦予絲素蛋白材料新的應(yīng)用性能,對環(huán)境影響也較小,因此具有一定的應(yīng)用前景。
[0003]生物酶對絲素蛋白材料的改性功效與絲素蛋白結(jié)構(gòu)、酶的選擇性等相關(guān)。絲素蛋白中疏水性甘氨酸、丙氨酸?;枯^高,其次為含極性基團(tuán)的絲氨酸(含羥甲基)和酪氨酸(含酚羥基)殘基。酪氨酸酶是具有催化氧化活性的多酚氧化酶,能催化氧化含酚羥基的酪氨酸剩基相繼生成鄰苯酚和多巴醌,并可進(jìn)一步與含氨基的功能性化合物反應(yīng),為絲素蛋白的功能化改性提供了方法。研究結(jié)果表明,由于絲素蛋白中酪氨酸殘基分布于由疏水性較強(qiáng)的丙氨酸和甘氨酸組成的大分子鏈中,對酶促反應(yīng)的可及度產(chǎn)生了一定影響,因此,基于酪氨酸酶法的絲素蛋白功能化改性效率有待提高。
[0004]多酚類化合物包括茶多酚、咖啡酸、阿魏酸等,這類化合物也具有與酪氨酸相似的酚羥基結(jié)構(gòu)。多酚類化合物也能被酪氨酸酶催化氧化,生成反應(yīng)性較強(qiáng)的活性醌結(jié)構(gòu)(A),活性醌分子不但可以相互聚合(A-A-A),也可以同時與二分子氨基化合物(B)發(fā)生反應(yīng),形成氨基化合物分子間的交聯(lián)(B-A-B)。根據(jù)這一特性,在酪氨酸酶催化氧化絲素(SF)的反應(yīng)中,絲素不僅可直接與外源氨基化合物反應(yīng),形成兩者直接交聯(lián)(SF-B);還可在體系加入適量多酚類介質(zhì)體系,在氧化多酚介體生成醌類活性基的基礎(chǔ)上,形成以活性醌結(jié)構(gòu)為橋梁的氨基化合物在絲素表面的間接接枝(SF-A-B),從而提升絲素酶法功能化改性的效率,在此基礎(chǔ)上制備出功能性納米絲素材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法,旨在提高酪氨酸酶催化條件下絲素與外源氨基化合物的接枝反應(yīng)效率,在此基礎(chǔ)上制備功能性絲素材料。
[0006]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明利用酪氨酸酶催化氧化絲素和多酚類介體,促進(jìn)絲素蛋白與外源功能性氨基化合物間的交聯(lián),結(jié)合靜電紡絲制備功能性納米絲素材料的方法,具體工藝與步驟如下:
[0007](I)絲素溶液制備:以溴化鋰或氯化鈣溶解桑蠶絲,制備絲素溶液;
[0008]處理工藝處方及條件:將桑蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液體系中,在30?80°C溶解后將絲素溶液裝入透析袋,以去離子水中透析8?36小時后過濾,制得濃度為10?50g/L絲素溶液;
[0009](2)酪氨酸酶/多酚類介體催化絲素與氨基化合物交聯(lián):在步驟(I)絲素溶液中加入酪氨酸酶和氨基化合物,反應(yīng)0.5?8小時后加入多酚類介體,在相同溫度條件下繼續(xù)處理0.5?24小時;
[0010]處理工藝處方及條件:酪氨酸酶I?100U/ml、氨基化合物I?50g/L、多酚類介體I ?10g/L,溫度 20 ?60°C,pH 范圍 6.0 ?8.0 ;
[0011](3)納米絲素材料成型:將步驟(2)反應(yīng)后的絲素溶液,通過延流使其在成型模具內(nèi)平整鋪展,在室溫下風(fēng)干成膜或在_50°C?_20°C條件下冷凍干燥成膜;以98%甲酸進(jìn)行絲素膜溶解,配制紡絲液,采用靜電紡技術(shù)紡制納米絲素材料;
[0012]紡絲工藝及條件:紡絲液中絲素濃度為10?45%,紡絲電壓為10?40kV,紡絲速度為0.3?2ml/h,注射器針尖與金屬輥筒表面的紡絲間距為5?20cm。
[0013]—種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法,所述絲素溶液制備時選用溴化鋰溶液、溴化鋰-乙醇水溶液或氯化鈣-乙醇水溶液;所述酪氨酸酶品種來源于動物、植物或微生物;所述多酚類介體包括兒茶素、表兒茶素、咖啡酸、阿魏酸和綠原酸;所述氨基化合物包括含有氨基的化學(xué)整理劑、功能性多肽、殼聚糖、聚賴氨酸、彈性蛋白和明膠。
[0014]本發(fā)明利用酪氨酸酶催化氧化絲素與外源氨基化合物反應(yīng),在氧化多酚介體生成醌類活性基的基礎(chǔ)上,提升絲素酶法改性的效率,構(gòu)建功能性納米絲素材料。與傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)法制備絲素復(fù)合膜相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0015](I)酶催化效率高,利用酪氨酸酶催化絲素和多酚類介體氧化,促進(jìn)絲素與氨基化合物交聯(lián)的反應(yīng)中酶催化效率高,酶制劑用量較少;
[0016](2)酶處理條件緩和,在低溫和近中性條件下進(jìn)行絲素蛋白功能化改性,具有能耗低、處理工藝安全的優(yōu)點,避免了化學(xué)交聯(lián)法反應(yīng)易造成環(huán)境污染、絲素材料安全性低等諸多方面的缺陷;
[0017](3)納米絲素材料性能改善明顯,基于酪氨酸酶/多酚類介體法改性絲素蛋白,不但制得的絲素納米材料水溶性低,具有特定的功能性,產(chǎn)品的生物相容性也較好。
【具體實施方式】
[0018]采用酪氨酸酶和多酚類介體催化絲素和外源氨基化合物交聯(lián),制備功能性納米絲素材料,具體實施例如下:
[0019]實施例1
[0020](I)絲素溶液準(zhǔn)備:桑蠶絲加入到溴化鋰-乙醇-水(質(zhì)量比45:45:10)溶液中,60°C溶解后將絲素溶液裝入透析袋,在去離子水中透析24小時,期間每小時換I次水,透析后過濾得到20g/L的絲素水溶液;
[0021](2)在步驟⑴絲素溶液中加入10U/ml酪氨酸酶和5g/L彈性蛋白,在30°C、pH7條件下處理4小時后加入2g/L兒茶素,繼續(xù)處理12小時;
[0022](3)納米絲素材料成型:將步驟(3)反應(yīng)后的絲素溶液在聚四氟乙烯成型模具內(nèi)平整鋪展,室溫下風(fēng)干成膜;以98%甲酸進(jìn)行絲素膜溶解,配制濃度為15%的絲素紡絲液,采用靜電紡技術(shù)紡制納米絲素材料,其中紡絲電壓為15kV,紡絲速度為0.6ml/h,注射器針尖與金屬輥筒表面的紡絲間距為10cm。
[0023]絲素納米材料試樣1:處理中添加酪氨酸酶、未添加兒茶素;
[0024]絲素納米材料試樣2:處理中添加酪氨酸酶、添加兒茶素;
[0025]經(jīng)上述工藝處理后,評價NIH/3T3細(xì)胞在絲素/彈性蛋白復(fù)合膜培養(yǎng)基中浸漬24小時后的存活率,并測定納米絲素材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率。結(jié)果表明,試樣I的NIH/3T3細(xì)胞存活率為80%、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為2.1MPaU.9% ;試樣2的細(xì)胞存活率為83%、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率能分別達(dá)到2.8MPa、2.8%。
[0026]實施例2
[0027](I)絲素溶液準(zhǔn)備:桑蠶絲加入到到氯化鈣-乙醇-水(摩爾比1: 1:7),70°C溶解后將絲素溶液裝入透析袋,在去離子水中透析24小時,期間每小時換I次水,透析后過濾得到18g/L的絲素水溶液;
[0028](2)在步驟(I)絲素溶液中加入8U/ml酪氨酸酶和2g/L殼聚糖,在30°C、pH7條件下處理3小時后加入lg/L咖啡酸,繼續(xù)處理15小時;
[0029](3)納米絲素材料成型:將步驟(3)反應(yīng)后溶液在聚四氟乙烯成型模具內(nèi)平整鋪展,室溫下風(fēng)干成膜;以98%甲酸進(jìn)行絲素膜溶解,配制濃度為15%的絲素紡絲液,采用靜電紡技術(shù)紡制納米絲素材料,其中紡絲電壓為20kV,紡絲速度為0.8ml/h,注射器針尖與金屬輥筒表面的紡絲間距為12cm。
[0030]絲素納米材料試樣3:處理中未添加酪氨酸酶和咖啡酸;
[0031]絲素納米材料試樣4:處理中添加酪氨酸酶,未添加咖啡酸;
[0032]絲素納米材料試樣5:處理中添加酪氨酸酶和咖啡酸;
[0033]經(jīng)上述工藝處理后,將試樣3、4、5以50%乙醇溶液處理后在30°C水溶液中浸漬6小時,測定絲素膜材料的水溶失率和對金黃色葡萄球菌的抑菌率。其中,試樣3的水溶失率為12.2%,抑菌率為85% ;試樣4的水溶失率為6.2%,抑菌率為91% ;試樣5的水溶失率為4.3%,抑菌率為95%。
[0034]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上,但其并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉此技術(shù)的人,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),都可做各種的改動與修飾,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法,特別是一種利用酪氨酸酶催化氧化絲素和多酚類介體,促進(jìn)絲素蛋白與外源功能性氨基化合物結(jié)合,制備功能性納米絲素膜材料的方法,具體工藝與步驟如下: (1)絲素溶液制備:以溴化鋰或氯化鈣溶解桑蠶絲,制備絲素溶液; 處理工藝處方及條件:將桑蠶絲加入到溴化鋰或氯化鈣的水溶液體系中,在30?80°C溶解后將絲素溶液裝入透析袋,以去離子水中透析8?36小時后過濾,制得濃度為10?50g/L絲素溶液; (2)酪氨酸酶/多酚類介體催化絲素與氨基化合物交聯(lián):在步驟(I)絲素溶液中加入酪氨酸酶和氨基化合物,反應(yīng)0.5?8小時后加入多酚類介體,在相同溫度條件下繼續(xù)處理0.5?24小時; 處理工藝處方及條件:酪氨酸酶I?100U/ml、氨基化合物I?50g/L、多酸類介體I?10g/L,溫度 20 ?60°C,pH 范圍 6.0 ?8.0 ; (3)納米絲素材料成型:將步驟(2)反應(yīng)后的絲素溶液,通過延流使其在成型模具內(nèi)平整鋪展,在室溫下風(fēng)干成膜或在_50°C?_20°C條件下冷凍干燥成膜;以98%甲酸進(jìn)行絲素膜溶解,配制紡絲液,采用靜電紡技術(shù)紡制納米絲素材料; 紡絲工藝及條件:紡絲液中絲素濃度為10?45%,紡絲電壓為10?40kV,紡絲速度為0.3?2ml/h電壓,注射器針尖與金屬棍筒表面的紡絲間距為5?20cm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:所述絲素溶液制備時選用溴化鋰溶液、溴化鋰-乙醇水溶液或氯化鈣-乙醇水溶液;所述酪氨酸酶品種來源于動物、植物或微生物;所述多酚類介體包括兒茶素、表兒茶素、咖啡酸、阿魏酸和綠原酸;所述氨基化合物包括含有氨基的化學(xué)整理劑、功能性多肽、殼聚糖、聚賴氨酸、彈性蛋白和明膠。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于酪氨酸酶/多酚類介體制備納米絲素材料的方法,利用酪氨酸酶催化氧化絲素中酪氨酸和多酚類介體中酚羥基,生成反應(yīng)性活性醌結(jié)構(gòu),促進(jìn)絲素與外源功能性氨基化合物反應(yīng),制備功能性納米絲素材料。具體步驟如下:(1)絲素溶液制備;(2)以酪氨酸酶催化氧化絲素與氨基化合物交聯(lián),反應(yīng)一段時間后在體系中添加多酚類介體促進(jìn)反應(yīng);(3)納米絲素材料成型:將絲素與氨基化合物反應(yīng)后溶液通過延流鋪展,經(jīng)室溫風(fēng)干成膜或冷凍干燥成膜,以甲酸配制紡絲液,采用靜電紡技術(shù)紡制納米絲素材料。與傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)法制備功能型絲素材料相比,本發(fā)明酶催化效率高,酶處理條件緩和,納米絲素材料的性能改善明顯。
【IPC分類】D04H1/728, D04H1/42, C08J3/24, D01D5/00, D01D1/02
【公開號】CN105088540
【申請?zhí)枴緾N201510621104
【發(fā)明人】王平, 洪言情, 崔莉, 王強(qiáng), 范雪榮
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月25日