[发明专利]一种丝素蛋白复合凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种再生丝素溶液的加工工艺，具体地说，是一种较高力学性能和吸水性能复合凝胶的制备方法。

背景技术

再生丝素溶液是一种不太稳定的存在状态，即使不存在任何外部作用，也会出现由溶胶向凝胶的转变。一般情况下，这种转变需要的时间较长且得到的凝胶力学性能很差（[J]Biomacromolecules,2004,5(3):786-792），大大限制了丝素蛋白作为一种优良生物材料的应用，因此对丝素凝胶的改性包括物理共混和化学交联等成为研究热点，主要是为了提高凝胶的力学性能和稳定性。但目前还没有一种方法制得的丝素凝胶能以较简单的工艺、较短的凝胶时间呈现出较高的力学性能。γ-聚谷氨酸是一种水溶性的有机高分子，安全无毒，生物相容性好，在医学美容、创伤敷料以及骨质修复方面应用广泛（[J]BioresourceTechnology,2011,102(10):5551-5561），并且可以与其他材料聚合形成新型复合材料。丝素蛋白富含氨基酸，γ-聚谷氨酸的大分子侧链上存在着大量-COOH官能团，而1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC.HCL）主要是与羧基反应形成酰胺，因其具有反应条件温和，产率高，选择性好，对环境友好等特点，作为缩合剂和交联剂在高分子改性中得到普遍应用（[J]Desalination,2008,234:134-143）。因此通过EDC.HCL的交联作用，丝素和γ-聚谷氨酸极有可能形成复杂的网络结构，从而以较简单的工艺、较短的时间制备出具有较强力学性能的凝胶，为改善丝素蛋白复合凝胶的制备方法提供新的思路，也进一步拓展了丝素蛋白的应用途径。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单、耗时较短、制备具有较高力学性能的丝素/γ-聚谷氨酸复合水凝胶的方法。

本发明所采用的技术方案包括如下步骤：

（1）将茧层置于质量分数为0.5%的Na₂CO₃沸水溶液中脱胶两次，每次30min，得到的丝素纤维用去离子水冲洗后拧干，并在烘箱中烘干；

（2）将步骤（1）中得到的丝素纤维置于9MLiBr溶液中，在60℃条件下溶解处理4h，得到的液体经过滤后装入透析袋（分子量8000-14000）于去离子水中透析4d，期间不断换水，最后得到的丝素溶液浓度为1～10%w/v。

（3）将适量γ-聚谷氨酸（分子量1000kDa）溶于水中，制得浓度为1～10%w/v的γ-聚谷氨酸溶液。

（4）保证步骤（2）中得到的丝素溶液的浓度和步骤（3）中得到的γ-聚谷氨酸溶液的浓度相同，并按（0.3～3）：1的体积比混合均匀，得到混合溶液。

（5）在步骤（4）中得到的混合溶液中加入一定量的交联剂1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC.HCL），加入量为体系的0.01～0.2%w/v，加入方式分两种：一种为固体粉末直接加入体系，一种为先将固体粉末溶于少量水中再加入体系。

（6）通过在磁力搅拌器上不断搅拌，最终得到丝素/γ-聚谷氨酸复合凝胶。

本发明将脱胶得到的丝素纤维在LiBr溶液中进行溶解处理，并通过透析制得再生丝素溶液，再将其与γ-聚谷氨酸混合，最终在交联剂的作用下制成复合凝胶。本发明提供了一种新的制备丝素复合凝胶的方法，制备工艺简单、条件温和、凝胶时间短，加入交联剂后约3～5min即可制备出成型的复合凝胶，且得到的复合凝胶具有较好的力学性能和吸水性能：弹性模量达到6～14KPa，压缩回复率达到100%，即当在其上施加一定压力时，复合凝胶的承受能力很强，并未被压碎，且当压力消去时，凝胶又恢复原状；干态下吸水膨胀率达到（7～80）×100%，即颗粒状样品置于水中可快速吸收大量水而膨胀，但仍然保持较好形态，并未松散破碎。

作为优选，本发明所述步骤（2）中丝素溶液的浓度以及步骤（3）中γ-聚谷氨酸溶液的浓度均为6%w/v，由此使得本发明中丝素和γ-聚谷氨酸溶液制备更为简单，且容易控制，得到的复合凝胶吸水性能更好。

作为优选，本发明所述步骤（4）中6%w/v丝素溶液和6%w/vγ-聚谷氨酸溶液的体积比为1:1，由此使得本发明中丝素和γ-聚谷氨酸的混合更加均匀，得到的复合凝胶成型更好，力学性能更强。

作为优选，本发明所述步骤（5）中1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐（EDC.HCL）的加入方式为先将固体粉末溶于少量水中再加入体系，由此使得交联剂在混合溶液中的分布更均匀，反应会更迅速高效，得到的复合凝胶结构更加紧密，性能更优。