[发明专利]一种改性角蛋白材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种改性角蛋白材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前国内外对角蛋白的研究主要集中于提取技术及性能研究方面，很少涉及到角蛋白材料的改性研究。

一般情况下，角蛋白分子内的二硫键使肽链内部和肽链之间发生交联，形成立体网状结构，使天然角蛋白难以溶解，给毛发中角蛋白的提取、加工及应用带来困难。要制得分子量较高、溶解性较好的角蛋白，只能通过选择性的打开二硫键、破坏氢键等方法来实现。目前提取角蛋白的方法大致有机械法、化学法和生物法等，其中化学法又可分为酸碱水解法、还原法和氧化法等。其它方法和化学法往往可相互结合应用。还原法的反应条件比较温和，对肽链的破坏程度较小，获得的角蛋白产品分子量较高，产率也较高，通常是首选的化学提取方法。

目前国内外应用的还原法的一般做法是用高浓度的尿素溶液处理羽毛或毛发粉状原料，以使角蛋白溶胀，然后加入巯基乙醇溶液在一定的温度下反应提取一段时间, 滤去未溶解的原料，经超滤或透析处理后，再离心分离得到角蛋白溶液；或者是先离心分离，再用盐析法从离心分离所得的上层清液中析出角蛋白，然后将此角蛋白溶于氨水、水或水和低级醇的混合液中， 重新形成角蛋白溶液。

在国内外文献中，所用还原剂一般为巯基化合物，如巯基乙酸钠、巯基乙醇、巯基乙酸和二硫代苏糖醇。为了获得化学性质稳定、力学性能较好的角蛋白材料，现有的研究报道主要是通过化学交联剂的作用，以实现角蛋白分子间的交联，增强角蛋白材料的强度和抗体内降解能力。常用的交联剂为戊二醛、六次甲基二异氰酸酯、碳化二亚胺、（聚）乙二醇脱水甘油醚类、环氧氯丙烷等化学物质。这些方法在角蛋白交联过程中存在引入有毒化学成分、酸或碱对角蛋白的降解、缺乏选择性、交联反应不可逆、对角蛋白分子结构破坏较大等等缺陷，严重影响角蛋白作为生物医学材料的应用。

发展新的角蛋白分子改性技术和方法，以达到在温和的反应条件下，应用安全性更高的试剂，在有效保持角蛋白分子结构特征和生物活性的基础之上，实现角蛋白分子的有效、可逆的交联改性，如形成更多二硫键，以形成稳定性更好，更难降解或降解速率可以调节的新型角蛋白材料，具有巨大的发展前景和应用空间。

发明内容

本发明的目的在于根据现有的角蛋白分子改性效果中存在的结构破坏大、交联反应不可逆、缺乏选择性、易于降解等问题，提供一种难以降解及降解程度在一定范围内可以调节的改性角蛋白材料。

本发明的另一目的在于提供上述改性角蛋白材料的制备方法。

本发明还有一个目的在于提供上述改性角蛋白材料的应用。

一种改性角蛋白材料，其结构式如式（ I）所示：其中，R1, R2分别代表角蛋白分子中与丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基相连的其它氨基酸残基；R5, R6分别代表角蛋白分子中与赖氨酸、精氨酸相连的其它氨基酸残基；R3代表角蛋白分子中丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基的侧基；R4代表角蛋白分子中赖氨酸、精氨酸残基的侧基；R7, R8分别代表连接到羟基和氨基上的引入的巯基化修饰基团；左上框代表丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基，右上框代表赖氨酸、精氨酸残基，下框代表巯基化修饰后新形成的二硫键。

式（I）。

本发明制备改性角蛋白材料的基本思路是采用盐酸胍和巯基乙酸作为角蛋白萃取试剂，提取制备还原角蛋白溶液，同时利用巯基化试剂的双（多）官能团特性，与角蛋白分子链中丝氨酸、苏氨酸及酪氨酸侧基中的羟基或者赖氨酸、精氨酸侧基中的活泼氨基发生反应，引入高密度巯基，使最终形成的富巯基化改性角蛋白分子中除了由角蛋白自身的二硫键还原生成的巯基外，还增加了原角蛋白分子链上氨基酸残基中的氨基和羟基与巯基化试剂反应后生成的新的巯基。如此，通过双（多）官能团巯基化试剂的偶联反应大大提高了角蛋白分子中的巯基密度，最后通过氧化，可生成大量新的二硫键，达到角蛋白的富巯基化改性。

本发明改性角蛋白材料的制备方法包括如下步骤：

（1）角蛋白提取和二硫键的还原；

（2）角蛋白分子的巯基化修饰；

（3）巯基化角蛋白的氧化交联，得到改性角蛋白材料。

作为一种优选方案，步骤（2）中所述巯基化修饰包括氨基巯基化修饰和羟基巯基化修饰；所述巯基化修饰时所用的试剂为巯基乙酸，2-巯基丙酸，3-巯基丙酸，D-半胱氨酸，L-半胱氨酸，巯基丁酸，巯基异丁酸，2,3-二巯基丁二酸及其钠盐、钾盐、铵盐，6-巯基烟酸，2-氨基-4-巯基丁酸，环硫乙烷（硫杂环乙烷），环硫丙烷（硫杂环丙烷），环硫氯丙烷，硫杂环丁烷及其取代产物或巯基钠。