玉米蛋白材料、制备方法及用途技术

本发明专利技术提供了一种谷物醇溶蛋白材料、制备方法及用途。谷物醇溶蛋白材料具有较高力学强度、透明度及合适的体内降解速率。本发明专利技术的谷物醇溶蛋白材料可以采用在水中加热、在蒸汽中加热、和干热的方法获得，加热过程中所控制的温度为30-160摄氏度，时间为1-120分钟。处理后的谷物醇溶蛋白材料的力学强度和透明度得到提高、降解速率和溶胀率显著降低，并具有稳定的表面结构，不发生粘结。通过控制加热温度和时间，进而控制力学强度和降解速率，并达到抗溶胀的效果。处理后的谷物醇溶蛋白材料可用于生物医用目的，以及细胞培养基材和微流体装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及谷物醇溶蛋白材料(包括但不限于玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白)，可通过水中、蒸汽加热或干热处理已成型的谷物醇溶蛋白的方法获得，以提高力学强度、透明度及降低降解速率，特 别是通过控制加热温度和时间进而达到控制湿态环境下的力学强度、透明度和降解速率的目的，并且可以降低处理后的谷物醇溶蛋白材料溶胀率。本专利技术还涉及用此方法所获得的蛋白材料的用途。技术背景天然生物材料包括胶原、明胶、海藻酸钠和壳聚糖等，因其成本低廉、易于获取、可降解和生物相容性较好等优点，已应用于医疗保健领域，如软骨替代物、植入骨材料、人造血管和人造皮肤等。但是，天然生物材料因为呈现出混合物的特征，在降解速率和力学强度的控制上无法媲美合成生物材料。因此如果能够寻找到一种方法控制天然生物材料的降解速率和力学强度，即可大大扩展其应用范围，在临床上获得更好的治疗效果。蛋白质是由多种氨基酸组成的天然高分子，分子间存在较强的氢键和二硫键相互作用。以蛋白质为基础的生物材料的力学性能较差，需经过紫外辐照、热聚合、酶处理或化学交联等方法来提高材料的刚性、耐热性和稳定性。化学交联法最常用的甲醛或戊二醛因具有毒性，一般避免用在生物材料领域。热处理作为物理方法，通过控制热处理的温度也可以控制蛋白质的力学强度和降解速率，而且与采用交联剂的化学方法相比，可以避免有毒化合物的浸入，提高生物材料的安全性，减少后处理工序。天然生物材料的力学性能在干态和湿态下有较大差异，植入体内的生物材料要求在湿态下也能保持较好的力学性能。例如，人造血管需要承受血流压力和冲击以免爆裂，而神经导管需要抵御外部肌肉组织的压力以免塌陷。具有较高透明度的聚合物已经被广泛用于微流控和细胞培养装置。但是，所用聚合物如聚二甲基硅氧烷和硅橡胶，细胞相容性不很理想，需要通过等离子注入或增加表面粗糙度等方法提高其细胞相容性。另一方面，以石油为原料的聚合物未来会面临枯竭问题。同时，不可降解材料的大量使用会造成环境污染。基于此，研发天然或合成的可降解材料，用于细胞培养基材和微流控装置具有重要意义。谷物醇溶蛋白是一种可降解天然生物材料，与人脐静脉内皮细胞、人肝细胞和鼠成纤维细胞有很好的生物相容性。【Wang HJ, Lin ZX, Liu XM, Sheng SY, WangJY.Heparin-loaded zein microsphere film and hemocompatibility.J ControlRelease2005 ; 105:120-31.；Sun QS, Dong J, Lin ZX,Yang B, Wang JY.Comparison ofcytocompatibility of zein film with other biomaterials and its degradability invitr0.Biopolymers2005 ；78:268-74.】作为材料易于加工成型,如三维支架、二维薄膜、微球、管状、纤维状等，近年在生物医用领域的研究报道日益增多。但是，由于谷物醇溶蛋白主要由疏水氨基酸组成，周围环境例如相对湿度对其性质有很大影响。如水会造成其溶胀，这限制了它们在某些领域的应用。湿热灭菌是细胞培养中的通用灭菌方法，水可以作为蛋白结构的增塑剂。用高温高压的方法处理丝素蛋白可以改变其二级结构，增加β折叠结构比例。【Hu X, ShmelevK，Sun Lj Gil ES，Park SH，Cebe P，et al.Regulation of silk material structureby temperature-controlled water vapor annealing.Biomacromolecules 2011 ；12:1686-96 ；Um ICj Kweon HY，Park YH，Hudson S.Structural characteristics andproperties of the regenerated silk fibroin prepared from formic acid.1nt JBiol Macromol2001 ；29:91-7 ；Lawrence B，Omenetto F，Chui K，Kaplan D.Processingmethods to control silk fibroin film biomaterial features.JMater Sci 2008 ；43:6967-85.】同时 β 折叠与力学强度有关。Nishiyama【Nishiyama Y, Wada Mj KugaS，Magoshi J.Mechanical properties of silk fibroin - microcrystalline cellulosecomposite films.J Appl Polym Sci2002 ;86:3425-9.】等人发现在香丝蛋白中，β 折叠结构的出现增加了拉伸强度。同时，β折叠结构的增加降低了降解速率。【EmmambuxMN，Taylor JR.Properties of heat-treated sorghum and maize meal and theirprolamin proteins.J Agric Food Chem2009 ;57:1045-50.】基于上述背景文献，为了进一步扩大谷物醇溶蛋白的应用范围，首先需要克服其作为材料时本身的缺陷:如易于溶胀且溶胀后不透明、脆性偏大等。作为天然材料其可降解性一方面是优点， 但在有些场合，例如用作细胞培养基材时要用胰酶消化细胞，这时需要阻止其降解。为了获得力学强度、透明度和降解速率符合上述用途要求的以谷物醇溶蛋白为基材的生物材料提出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种谷物醇溶蛋白材料，通过水中、蒸汽或干热处理已成型的谷物醇溶蛋白材料显著增加其在湿态下的力学强度、透明度，并显著降低其降解速率。可通过控制加热温度进而达到控制降解速率和力学强度的目的。本专利技术的另一目的是提供该蛋白材料的用途。谷物醇溶蛋白材料可以是玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白。将谷物醇溶蛋白材料系采用玉米醇溶蛋白或小麦醇溶蛋白固体粉末，溶解于40~90%的乙醇水溶液中，配成I~300mg/ml溶液，将该溶液反复涂布在模具上形成薄膜、板或管，将所得到的玉米醇溶蛋白或小麦醇溶蛋白薄膜、板或管直接或浸泡在纯净水中(如二次蒸馏水中)，于60-130°C及蒸汽灭菌的压力条件下处理20-120分钟；或在饱和水汽下于30-60°C处理1-4周；或在100-160°C干热条件下处理1_60分钟，成为玉米醇溶蛋白或小麦醇溶蛋白材料。本专利技术的上述处理过程推荐在密闭空间中进行；通常涂布在模具上形成薄膜、板或管控制成型即可，厚度为20-1000微米，涉及透明度大于90%时，常常控制厚度为20-200 微米。首先用玉米醇溶蛋白为例进行研究，结果发现，玉米醇溶蛋白经过蒸汽加热处理后，其力学强度、透明度显著提高，其降解速率明显降低。这些性质的改进可以使玉米醇溶蛋白材料作为生物医用材料被应用于血管、神经导管等组织工程领域，加上良好的透明性还可以用于细胞培养基材和微流控装置。本专利技术还发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谷物醇溶蛋白材料，其特征是采用谷物醇溶蛋白固体粉末，溶解于40～90％的乙醇水溶液中，配成1～300mg/ml溶液，将该溶液反复涂布在模具上形成薄膜、板或管，将所得到的谷物醇溶蛋白薄膜、板或管通过在水中加热、蒸汽加热或干热的方法处理。

【技术特征摘要】
1.一种谷物醇溶蛋白材料，其特征是采用谷物醇溶蛋白固体粉末，溶解于40~90%的乙醇水溶液中，配成I~300mg/ml溶液，将该溶液反复涂布在模具上形成薄膜、板或管，将所得到的谷物醇溶蛋白薄膜、板或管通过在水中加热、蒸汽加热或干热的方法处理。2.如权利要求1所述的谷物醇溶蛋白材料，其特征是所述的谷物醇溶蛋白材料是玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白。3.—种如权利要求1所述的谷物醇溶蛋白材料的制备方法，其特征是将所得到的谷物醇溶蛋白薄膜、板或管，直接或浸泡在纯净水中蒸汽加热，于60-130°C及蒸汽灭菌的压力条件下处理20-120分钟；或在饱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾晔，韩亦龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31