CN105064045B - 一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法，通过酶催化氧化丝素蛋白中丝氨酸生成反应性醛基，并与含有酪氨酸的多肽接枝，增加丝素表面的酪氨酸残基数量，促进后续酪氨酸酶催化丝素和功能性氨基化合物反应，提升丝素蛋白酶法改性的效率，构建功能性丝素材料。具体步骤如下：(1)丝素材料在漆酶/TEMPO体系中处理；(2)含酪氨酸的多肽在丝素材料表面接枝；(3)酪氨酸酶催化氧化丝素与功能性氨基化合物反应。与传统化学交联法制备功能型丝素材料相比，本发明酶催化效率高、酶处理条件缓和、丝素材料性能改善明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法，特别是一种通过在丝素表面接枝含有酪氨酸的多肽，促进酪氨酸酶催化丝素和功能性氨基化合物反应，实现丝素材料酶法功能化改性的方法，属于纺织生物技术领域。
背景技术
丝素材料包括以丝素蛋白为原料的丝素膜、丝素支架及真丝织物等。丝素有良好的生物相容性，以其为原料加工的再生丝素蛋白材料在医学及组织工程领域中有较广泛的用途。近年来，为了拓展丝素材料的应用领域，国内外在丝素功能化改性方面进行了相关研究。其中，以化学方法应用较多，一般多以戊二醛、多元羧酸、京尼平等对丝素蛋白进行交联或与外源功能化合物接枝。这类方法在改善丝素材料性能的同时也存在一定不足，包括易产生化学有害物质残留等问题。生物方法具有安全、高效、专一和环境友好等优点，以酶法对丝素蛋白材料进行改性，不但保持了丝素蛋白原有的优良特性，而且赋予丝素蛋白材料新的应用性能，对环境影响也较小，因此具有一定的应用前景。
生物酶对丝素蛋白材料的改性功效与蛋白结构、酶的选择性等相关。丝素蛋白中疏水性甘氨酸、丙氨酸剩基含量较高，其次为含极性基团的丝氨酸(约12～15％)和酪氨酸残基(约10％)，其中酪氨酸有稍高的反应活性。酪氨酸酶，作为一种多酚氧化酶，能催化氧化含酚羟基的酪氨酸剩基生成多巴醌，并可进一步与含氨基的功能性化合物反应，为丝素的功能化改性提供了方法。研究表明，由于丝素中酪氨酸残基分布于由疏水性较强的丙氨酸和甘氨酸组成的大分子链中，降低了酪氨酸酶与丝素上酚羟基位点间反应的可及度，因此，酪氨酸酶法丝素蛋白功能化改性的效率有待提高。
漆酶可与其特殊的介体2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)组成漆酶/TEMPO体系，该体系可对醇类结构进行氧化，生成具有反应性的醛。根据漆酶/TEMPO体系这一特点，可考虑在丝素功能化改性中，先以漆酶/TEMPO体系进行丝素(SF)处理，将丝素中色氨酸残基上的醇羟基部分氧化，生成具有反应性的醛基；在此基础上，将含有酪氨酸结构的多肽(P)与丝素同浴处理，通过丝素上的醛基与多肽上氨基反应，促使多肽接枝到丝素上(SF-P)，提高丝素蛋白的反应性；此后，以酪氨酸酶催化氧化丝素，不仅可与功能性氨基化合物(A)直接反应(形成SF-A结构)，而且还可通过氧化丝素上新接枝的多肽，增加丝素表面氨基化合物的接枝量(形成SF-P-A结构)，制备出功能性丝素材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法，旨在通过在丝素表面接枝含有酪氨酸酶的多肽，提高酪氨酸酶催化氧化丝素与外源功能性氨基化合物接枝的效率。
为解决上述技术问题，本发明借助于漆酶/TEMPO体系处理丝素，促进含酪氨酸的多肽在丝素表面接枝，再以酪氨酸酶催化氧化丝素和功能性氨基化合物交联，在此基础上制备功能性丝素材料，具体工艺与步骤如下：
(1)漆酶/TEMPO体系处理丝素：将丝素材料在漆酶/TEMPO体系中浸渍，处理0.5～24小时后取出，室温下水洗1～5次；
处理工艺处方及条件：漆酶1～100U/ml、TEMPO 1～50g/L，温度20～60℃，pH范围4.0～8.0；
(2)丝素表面多肽接枝：将步骤(1)丝素材料浸渍在多肽溶液中，处理0.5～12小时后取出，室温下水洗1～5次；
处理工艺处方及条件：多肽0.05～5g/L，温度20～60℃，pH范围6.0～8.0；
(3)酶促功能性氨基化合物在丝素表面接枝：将步骤(2)丝素材料浸渍在酪氨酸酶和功能性氨基化合物溶液中，处理1～24小时后取出丝素材料，室温水洗1～5次；
处理工艺处方及条件：酪氨酸酶1～100U/ml、功能性氨基化合物1～20g/L，温度20～60℃，pH范围6.0～8.0。
一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法，所述丝素材料包括真丝织物、丝素风干膜、丝素冻干膜、纳米丝素膜及以丝素为原料的支架材料；所述漆酶和酪氨酸酶品种来源于动物、植物或微生物；所述多肽中含有1～2个赖氨酸、2～4个酪氨酸、2～6个甘氨酸或丙氨酸；所述功能性氨基化合物包括含有氨基的抗菌剂、阻燃剂、抗氧化剂、防皱整理剂、壳聚糖和聚赖氨酸。
本发明通过在丝素表面接枝含有酪氨酸的多肽，促进酪氨酸酶催化丝素和功能性氨基化合物反应，提升丝素酶法改性的效率，构建功能性丝素材料。与传统化学交联法制备丝素材料相比，本发明具有以下优点：
(1)酶催化效率高，以漆酶/TEMPO催化氧化丝素接枝特定结构的多肽，借助于酪氨酸酶促进丝素与功能性氨基化合物反应，该过程中酶催化效率高，酶制剂用量较少；
(2)酶处理条件缓和，在低温和近中性条件下进行丝素功能化改性，具有能耗低、处理工艺安全的优点，避免了化学交联法反应易造成环境污染、丝素材料安全性低等诸多方面的缺陷；
(3)丝素材料性能改善明显，通过接枝多肽进行酶促丝素功能化改性，不但制得的丝素材料水溶性低，产品的功能性和生物相容性也较好。
具体实施方式
采用接枝多肽进行酶促丝素功能化改性，制备功能性丝素材料，具体实施例如下：
实施例1
以本发明述及的方法进行真丝织物功能化改性；
(1)漆酶/TEMPO体系处理丝素：将真丝织物在漆酶/TEMPO体系中浸渍，其中漆酶8U/ml、TEMPO 2g/L，在30℃、pH4.5条件下处理12小时，然后将试样取出并在室温下水洗2次；
(2)丝素表面多肽接枝：将步骤(1)处理后的真丝织物浸渍在0.5g/L的多肽溶液中(多肽结构：Gly-Tyr-Gly-Lys-Gly-Tyr-Gly)，在30℃、pH6.5条件下处理8小时，然后将试样取出并在室温下水洗2次；
(3)酶促壳聚糖在丝素表面接枝：将步骤(2)处理后的真丝织物浸渍在10U/ml酪氨酸酶和4g/L壳聚糖组成的溶液中，在30℃、pH6.5条件下处理24小时，然后取出试样室温下水洗2次；
试样1：未处理原样；
试样2：未经过步骤(1)、(2)处理，仅经过步骤(3)处理；
试样3：经步骤(1)、(2)和(3)处理；
经上述工艺处理后，测定真丝试样的断裂强力、经向折皱回复性和对金黄色葡萄球菌的抑菌率。结果表明，试样1断裂强力320N，经向折皱角175°、对金黄色葡萄球菌的抑菌率5％；试样2断裂强力341N，经向折皱角212°、对金黄色葡萄球菌的抑菌率85％；试样3断裂强力345N，经向折皱角223°、对金黄色葡萄球菌的抑菌率91％。
实施例2
以本发明述及的方法进行丝素膜功能化改性；
(1)漆酶/TEMPO体系处理丝素：将经醇化处理后的丝素膜在漆酶/TEMPO体系中浸渍，其中漆酶10U/ml、TEMPO 3g/L，在30℃、pH5条件下处理12小时，处理后将试样室温水洗2次；
(2)丝素表面多肽接枝：将步骤(1)处理后的丝素膜浸渍在1g/L的多肽溶液中(多肽结构：Lys-Gly-Tyr-Gly-Gly-Tyr-Gly-Lys)，在30℃、pH6.5条件下处理10小时，处理后将试样室温下水洗2次；
(3)酶促聚赖氨酸在丝素表面接枝：将步骤(2)处理后的丝素膜浸渍在酪氨酸酶和ε-聚赖氨酸溶液中，其中酪氨酸酶15U/ml、ε-聚赖氨酸5g/L，在30℃、pH6.5条件下处理12小时，然后取出试样室温下水洗2次；
试样4：未处理原样；
试样5：未经过步骤(1)、(2)处理，仅经过步骤(3)处理；
试样6：经步骤(1)、(2)和(3)处理；
经上述工艺处理后，测定试样对金黄色葡萄球菌的抑菌率，评价NIH/3T3细胞在丝素膜培养基中浸渍24小时后的存活率。结果表明，试样4的抑菌率为5％，细胞存活率为82％；试样5的抑菌率为78％，细胞存活率为85％；试样6的抑菌率为92％，细胞存活率为81％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (2)
1.一种基于接枝多肽进行酶促丝素功能化改性的方法，特征是一种通过在丝素表面接枝含有酪氨酸酶的多肽，来提高酪氨酸酶催化氧化丝素与外源功能性氨基化合物的接枝效率，制备功能性丝素材料的方法，具体工艺与步骤如下：
(1)漆酶/TEMPO体系处理丝素：将丝素材料在漆酶/TEMPO体系中浸渍，其中漆酶1～100U/ml、TEMPO 1～50g/L，温度20～60℃，pH范围4.0～8.0；处理0.5～24小时后取出丝素材料，室温下水洗1～5次；
(2)丝素表面多肽接枝：将步骤(1)丝素材料浸渍在多肽溶液中，其中多肽0.05～5g/L、温度20～60℃，pH范围6.0～8.0；处理0.5～12小时后取出丝素材料，室温下水洗1～5次；
(3)酶促功能性氨基化合物在丝素表面接枝：将步骤(2)丝素材料浸渍在酪氨酸酶和功能性氨基化合物溶液中，其中酪氨酸酶1～100U/ml、功能性氨基化合物1～20g/L，温度20～60℃，pH范围6.0～8.0；处理1～24小时后取出丝素材料，室温水洗1～5次。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述丝素材料包括真丝织物、丝素风干膜、丝素冻干膜、纳米丝素膜及以丝素为原料的支架材料；所述漆酶和酪氨酸酶品种来源于动物、植物或微生物；所述多肽中含有1～2个赖氨酸、2～4个酪氨酸、2～6个甘氨酸或丙氨酸；所述功能性氨基化合物包括含有氨基的抗菌剂、阻燃剂、抗氧化剂、防皱整理剂、壳聚糖和聚赖氨酸。
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