CN110528174B - 一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多巴胺改性羽毛角蛋白制备复合膜的方法，涉及农产生物质功能化领域，包括以下的步骤：（1）通过物理或化学或生物法从羽毛中提取角蛋白，（2）将角蛋白溶于三羟甲基氨基化合物溶液，搅拌溶解，得到角蛋白‑三羟甲基氨基化合物溶液，（3）将多巴胺加入角蛋白‑三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到多巴胺改性角蛋白溶液。（4）将聚合物溶液加入角蛋白‑三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到角蛋白复合溶液。（5）待角蛋白复合溶液冷却，通过浇铸或静电纺丝方法即得多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜。本发明所制备的多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜，一方面可以为废弃鸡羽毛的回收利用提供一种可能性，另一方面可以制备一种可以应用于医用伤口敷料等领域的复合膜。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维膜的制备领域，尤其涉及一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法。
背景技术
我国废弃蛋白质资源十分丰富，羽毛角蛋白就是其中之一，它以各种动物的毛发、羽毛、蹄等主要形式存在，蛋白质含量80～90％。羽毛是动物表皮细胞角质化的衍生物， 据估计，每年禽畜屠宰加工或羽绒制品副产的羽毛、羽毛杆及其下脚料都在百万吨以上，其中绝大多数被作为垃圾白白扔掉。如果能建立合适可行的工艺，将这些废弃的羽毛角蛋白制备成可生物降解的膜材料，一方面保护环境，减少白色污染，另一方面又可将其变废为宝，在取得经济效益的同时又可取得良好的生态效益和环境效益。以羽毛或羽毛角蛋白为原料，已经制备出多种羽毛角蛋白膜。
但现有研究证明，由于角蛋白的分子量较低，单一的角蛋白材料制成的膜材料因为较脆，力学强度不高，所以应用性大大降低。目前，大多数的角蛋白基生物材料往往通过添加增塑剂，或与天然高分子、人工高分子复合来改善单一角蛋白膜的力学性能较差的不足。中国专利 （CN101838466B），该发明提供了一种羽毛角蛋白膜的制备方法，以角蛋白为原料，加入乙二醇、山梨醇等增塑剂制备角蛋白膜。中国专利（CN104725649A）该发明以角蛋白为原料，通过加入交联剂KH560，甘油、乙二醇、丙二醇或山梨醇等增塑剂，制备羽毛角蛋白杂化膜。中国专利（CN104004209A）该专利提供一种角蛋白与聚已内酯共混膜的制备方法。虽然在一定程度上提高了角蛋白膜的机械性能，但是膜材料的抗拉强度、断裂伸长率仍旧不高，实用性低。中国专利（CN109251450A）该发明提供了一种PVA/角蛋白高阻隔性复合膜的制备方法，该复合物大大改善了膜的抗拉强度不足的问题，然而材料膜的韧性仍旧不足。
增塑剂与高分子聚合物本身是否具有毒性与是否对角蛋白膜生物相容性、可降解性产生影响亦是研究的重点问题。医药级聚乙烯醇，不同于化工级别聚乙烯醇，它是一种极安全的高分子有机物，对人体无毒，无副作用，具有良好的生物相容性，尤其在医疗中的如其水性凝胶在眼科、伤口敷料和人工关节方面的有广泛应用，同时在聚乙烯醇薄膜在药用膜，人工肾膜等方面也有使用。然而，一方面聚乙烯醇材料本身无生物活性，缺少细胞识别信号位点，不利于组织细胞的粘附和生长。另一方面，羽毛角蛋白-聚乙烯醇复合纳米纤维膜的力学性能亦不足。
多巴胺是是内源性有机化合物，对人体无害，且含有较多活性基团，能与角蛋白的侧链基团发生化学反应，同时多巴胺的加入弥补聚乙烯醇等高分子聚合物无生物活性的缺点，提高材料细胞的亲和力与及组织粘附力。多巴胺也可以作为增强剂，通过共价相互作用以及氢键、配位键等非共价相互作用与角蛋白-聚乙烯醇复合溶液发生键合，从而提高材料的力学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，本发明所制备的多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜通过多巴胺的改性作用提高角蛋白的力学性能，有望应用于医用伤口敷料等领域的复合膜。
本发明的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，包括 ：
（1）通过物理或化学或生物法从羽毛中提取角蛋白。
（2）将角蛋白溶于三羟甲基氨基化合物溶液，搅拌溶解，得到角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液。
（3）将盐酸多巴胺加入角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到多巴胺改性角蛋白溶液。
（4）将聚合物溶液加入角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到角蛋白复合溶液。
（5）待角蛋白复合溶液冷却，通过浇铸或静电纺丝等方法即得多巴胺改性角蛋白复合膜。
所述步骤（1）羽毛来自农贸市场废弃的鸡或鸭或鹅羽毛，经酒精或洗洁精反复清洗，石油醚脱脂处理。
所述步骤（2）溶解角蛋白的为2～5%三羟甲基氨基化合物水溶液。
所述步骤（2）三羟甲基氨基化合物包括三羟甲基氨基甲烷和三羟甲基氨基乙烷和三羟甲基氨基丙烷。
所述步骤（3）将盐酸多巴胺加入角蛋白溶液中，在30~60℃恒温水浴锅搅拌10~20h，制备多巴胺-角蛋白复合溶液。
所述步骤（3）将盐酸多巴胺加入角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅搅拌20h，制备多巴胺-角蛋白复合溶液。
所述步骤（4）中的聚合物溶液，包括聚乙烯醇溶液或聚环氧乙烷溶液或聚乳酸或聚乙二醇溶液。
所述步骤（4）聚乙烯醇溶液质量分数为10～14%。
所述步骤（5）复合溶液的固体质量含量为8～12%。
所述步骤（5）成膜方法有浇铸或静电纺丝成膜。
所述步骤（5）如果为浇铸成膜，在室温条件下浇铸，将装有复合溶液的模具放置于30~60℃烘箱中，恒温干燥5~10h，即得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合膜。如果为静电纺丝成膜，将制备的复合纺丝液进行静电纺丝，并以铝箔等接收纳米丝，经连续纺丝后得到角蛋白复合纳米纤维膜。其中静电纺丝工艺参数为 ：电压 18～35k V，接收距离 8～12cm，纺丝速率为0.5～1.0ml/h，喷丝孔内径为 0.3～0.6mm，纺丝温度 25～40℃，纺丝湿度 45～65%。
附图说明
图 1 本发明制备的角蛋白复合膜。
图2裁成75mm×10mm的尺寸进行力学性能测试的膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但需要说明的是，实施例并不对本发明要求保护范围的构成限制。
实例1
将鸡羽毛加入到浓度为10～35％的过氧乙酸溶液中，搅拌均匀，在60℃水浴锅中充分反应80min，离心分离并滤去杂质，得到羽毛角蛋白溶液；将羽毛角蛋白溶液在去离子水中透析后，过滤，冷冻干燥，粉碎，得到羽毛角蛋白粉。
将角蛋白加入2.5%的Tris溶剂里，在40℃恒温水浴锅中充分搅拌溶解30min，得到角蛋白溶液。将0.02g盐酸多巴胺加入角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌溶解，聚合20h，得到多巴胺-角蛋白复合溶液。将聚乙烯醇溶于水中，80℃水浴锅搅拌4h，制备质量分数为12%聚乙烯醇溶液。将9ml聚乙烯醇溶液加入多巴胺-角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌60分钟，得到固体质量比为9%多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合溶液。
将上述所得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合纺丝液溶液进行静电纺丝制备纳米纤维膜，静电纺丝工艺参数为 ：电压18kV，接收距离12cm，纺丝速率为0.5ml/h，喷丝孔内径为 0.33mm，纺丝温度 30℃，纺丝湿度 50％。
实例2
将鸡羽毛加入到浓度为1mol/L的巯基乙醇溶液中，搅拌均匀，用氢氧化钠调节pH值约10.0，然后在 40℃水浴锅中充分反应12h，离心分离并滤去杂质，得到羽毛角蛋白溶液；将羽毛角蛋白溶液在去离子水中透析后，过滤，冷冻干燥，粉碎，得到羽毛角蛋白粉。
将角蛋白加入2.5%的Tris溶剂里，在40℃恒温水浴锅中充分搅拌溶解30min，得到角蛋白溶液。将0.05g盐酸多巴胺加入角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌溶解，聚合20h，得到多巴胺-角蛋白复合溶液。将聚乙烯醇溶于水中，80℃水浴锅搅拌4h，制备质量分数为12%聚乙烯醇溶液。将9ml聚乙烯醇溶液加入多巴胺-角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌60分钟，得到固体质量比为9%多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合溶液。
将上述所得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合纺丝液溶液进行浇铸成膜。将装有复合溶液的模具放置于50℃烘箱中，恒温干燥7h，即得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合膜。
实例3
将鸡羽毛加入到浓度为10～35％的过氧乙酸溶液中，搅拌均匀，在60℃水浴锅中充分反应80min，离心分离并滤去杂质，得到羽毛角蛋白溶液；将羽毛角蛋白溶液在去离子水中透析后，过滤，冷冻干燥，粉碎，得到羽毛角蛋白粉。
将角蛋白加入2.5%的Tris溶剂里，在40℃恒温水浴锅中充分搅拌溶解30min，得到角蛋白溶液。将0.02、0.05、0.07g盐酸多巴胺分别加入不同的角蛋白溶液中，在40℃恒温水浴锅中搅拌溶解，聚合20h，得到多巴胺含量不同的角蛋白复合溶液A、B、C。将聚乙烯醇溶于水中，80℃水浴锅搅拌4h，制备质量分数为12%聚乙烯醇溶液。将9ml聚乙烯醇溶液分别加入角蛋白复合溶液A、B、C中，在40℃恒温水浴锅中搅拌60分钟，得到固体质量比为9%多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合溶液A、B、C。
将上述所得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合纺丝液溶液进行浇铸成膜。将装有复合溶液的模具放置于50℃烘箱中，恒温干燥7h，即得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合膜A、B、C。
力学性能测试：将膜裁成75mm×10mm的尺寸，夹具间距为40mm，拉伸速率为10mm/min，每个试样测3次取平均值。
表1各样品机械性能检测结果
| 样品 | 弹性模量（MPa） | 抗拉强度（MPa） | 断裂伸长率（%） |
| A | 107.34 | 14.64 | 524.83 |
| B | 117.37 | 12.50 | 544.73 |
| C | 84.61 | 11.00 | 579.80 |
表1中可以看出，多巴胺改性的羽毛角蛋白复合膜的机械性能较为优良，实例1-3中的样品随着多巴胺含量的增加，弹性模量降低，抗拉强度降低，断裂伸长率升高。多巴胺含量的增加能提高角蛋白复合膜的韧性。
Claims (10)
1.一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过物理或化学或生物法从羽毛中提取角蛋白；
（2）将角蛋白溶于三羟甲基氨基化合物溶液，搅拌溶解，得到角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液；
（3）将盐酸多巴胺加入角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到多巴胺改性角蛋白溶液；
（4）将聚合物溶液加入角蛋白-三羟甲基氨基化合物溶液中，搅拌溶解，得到角蛋白复合溶液；
（5）待角蛋白复合溶液冷却，通过浇铸或静电纺丝方法即得多巴胺改性角蛋白复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）羽毛来自农贸市场废弃的鸡或鸭或鹅羽毛，经酒精或洗洁精反复清洗，石油醚脱脂处理。
3.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）溶解角蛋白的为2～5%三羟甲基氨基化合物水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）三羟甲基氨基化合物包括三羟甲基氨基甲烷和三羟甲基氨基乙烷和三羟甲基氨基丙烷。
5.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）将盐酸多巴胺加入角蛋白溶液中，在30~60℃恒温水浴锅搅拌10~20h，制备多巴胺-角蛋白复合溶液。
6.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的聚合物溶液，包括聚乙烯醇溶液或聚环氧乙烷溶液或聚乳酸或聚乙二醇溶液。
7.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）聚乙烯醇溶液质量分数为10～14%。
8.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）复合溶液的固体质量含量为8～12%。
9.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）成膜方法有浇铸或静电纺丝法。
10.根据权利要求1所述的一种多巴胺改性羽毛角蛋白复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）如果为浇铸成膜，在室温条件下浇铸，将装有复合溶液的模具放置于30~60℃烘箱中，恒温干燥5~10h，即得多巴胺改性的角蛋白-聚乙烯醇复合膜；所述步骤（5）如果为静电纺丝成膜，将制备的复合纺丝液进行静电纺丝，并以铝箔接收纳米丝，经连续纺丝后得到角蛋白复合纳米纤维膜，其中，静电纺丝工艺参数为：电压18～35kV，接收距离8～12cm，纺丝速率为0.5～1.0ml/h，喷丝孔内径为0.3～0.6mm，纺丝温度25～40℃，纺丝湿度45～65%。
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