[发明专利]用于蛋白质纤维生产的方法和设备

说明书

披露了一种用于生产蛋白质聚合物纤维的方法，该方法包括在用于液体的容器中提供液态蛋白质溶液，并且使该容器中的液体表面在第一位置与第二位置之间反复运动。该液体表面的所述运动使得允许该蛋白质聚合物溶液在该液态蛋白质溶液的液体表面与周围流体之间的界面中形成膜。通过使该液体表面相对于该容器分别上升和下降、或者通过使物体运动延伸穿过该液态蛋白质溶液的液体表面来实现该液体表面的运动。而且，披露了一种用于执行所述方法的设备。

技术领域

本发明涉及蛋白质纤维结构的生产。蛋白质纤维结构本身在自然界中是已知的，例如呈蜘蛛网和蜘蛛茧的蜘蛛丝的形式。

具体而言，本发明涉及可以与敏感的分子和细胞一起形成的蜘蛛丝纤维的人工生产。

背景技术

自然产生的蜘蛛丝是具有感兴趣的物理特性的材料。例如，蜘蛛丝纤维提供了弹性、韧性和拉伸强度的完美结合。

不同类型的丝适用于不同的用途。一些类型的纤维用于结构支撑，另一些用于构建保护性结构。一些纤维可以有效地吸收能量，而另一些可以有效地传递振动。在蜘蛛中，这些丝的类型是在不同的腺体中产生的，所以来自特定腺体的丝可以与蜘蛛对其的使用相关联。

对于比如生产含有细胞的纤维结构等工程或生物工程目的而言，像蜘蛛丝纤维之类的材料具有很高的吸引力。因此，这些纤维的一些应用可以包括其中无菌性和清洁度控制非常重要的医疗应用。

因此，期望的是能够在受控环境中生产人造丝纤维结构。

生产蜘蛛丝纤维首先需要获得足够量的丝蛋白。其次，需要实施由所述蛋白质来生产纤维结构的方法。

蛋白质可以由蜘蛛产生并对其进行收集，但这是缓慢而繁琐的过程。另一种不涉及饲养蜘蛛的方法是提取蜘蛛丝基因，并且利用其他生物来生产蜘蛛丝。例如，转基因的蚕、山羊和大肠杆菌已经用于此目的。

存在几种由蜘蛛蛋白来人工生产纤维的方法，例如‘注射器和针头法’、‘微流体法’和‘静电纺丝法’。

‘注射器和针头’法基于用含有丝蛋白的液体原料填充注射器。迫使原料通过注射器的空心针，纤维在该空心针中形成并从注射器针头排出。尽管非常便宜且易于组装，但是使用这种方法形成的纤维可能需要使用环境上不期望的化学物质(比如甲醇或丙酮)从纤维中去除水，并且还可能需要对纤维进行后拉伸。

在‘微流体’法中，通过蛋白质溶液的流体动力聚焦来产生纤维。聚焦液体具有低pH并且将迫使在蛋白质中发生结构变化。通过调节聚焦参数，可以实现所得到的纤维的不同物理性质。

这种方法的缺点是，使用化学物质来诱导结构变化会阻止纤维与敏感的分子和细胞一起同时形成。

在‘静电纺丝’法中，通过将溶液流注入到电场来产生纤维。注入针头与收集器之间的电场将导致注入的溶液被分成多个射流，这些射流将变干、然后在收集器处以无纺形式聚集。

这种方法的缺点是，通过使用强电场，在纤维形成过程中产生含有敏感的分子或细胞的纤维是不可能的。

一种特定的现有技术方法是由Stark等人首先使用的方法(Macroscopic fibersself-assembled from recombinant spider silk protein[由重组蜘蛛丝蛋白自组装的宏观纤维]，Biomacrocolecules[生物大分子]8(5)2007)。如图4a-c示意性地展示的，他们使用容器从左到右反复摆动/摇动。所产生的纤维结构在所示的容器的左侧和右侧较厚，并且在容器的中部逐渐变薄。纤维的不均匀结构是不利的，因为其导致强度更低并且难以进行可反复的研究。而且，所需的大体积需要大量的蛋白质(这些蛋白质中的一些被浪费了)并且导致在纤维形成期间掺入其他分子或细胞的产率较低。

因此，本发明的目的是提供一种不具有上述缺点的改进的用于产生蛋白质纤维结构的方法和设备。

发明内容