一种糖基化腈纶纳米纤维膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种糖基化腈纶纳米纤维膜的制备及其应用的方法。该方法以糖基化丙烯腈共聚物为原料，以二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺为溶剂，将含有糖基基团的丙烯腈共聚物通过静电纺丝法制备成糖基改性丙烯腈共聚物纳米纤维膜，并应用特定糖基对特定蛋白质的选择性吸附，通过物理吸附的方法实现蛋白质混合溶液的选择性分离。本发明专利技术利用纳米纤维膜的高比表面积、高空隙率的特点，有效地提高单位体积内的糖基含量，充分发挥糖基识别蛋白质的集簇效应，显著提高蛋白质混合溶液的分离效率。该纳米纤维膜材料具有易于从反应体系中回收、可反复多次使用、较高的利用率和较低生产成本等优点，并且其制备过程非常简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于腈纶纳米纤维膜的制备技术。
技术介绍
近几年来，纳米技术得到了广泛的关注和研究，纳米材料作为一种极具应用前景的功能材料吸引了许多研究者的目光。纳米材料最大的特点就是比表面积大，导致其表面能和活性的增大，从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，在化学、物理(热、光、电磁等)性质方面表现出特异性。特别是高分子纳米纤维膜，由于其制备简单，可以通过不同的聚合物方便的调控其表面性能，从而利用其巨大的比表面积在分离纯化、药物载体、传感器以及医用缚料等领域有非常好的应用前景。人们已开发了一系列制备聚合物纳米纤维的方法，如纺丝法、模板合成法、相分离法、自组装方法以及静电纺丝法(electrospinning)等。静电纺丝法即聚合物喷射静电拉伸纺丝法，是一种制备高分子纳米纤维膜的重要方法。利用静电纺丝的方法可以用来制备各种高分子纳米纤维膜材料。US 20030215624和US 20040013873通过静电纺丝将常见的聚合物诸如聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮等制备成超细纤维膜；CN 200410019230.9将壳聚糖静电纺丝制备超细纤维膜；CN 200510014826.4通过静电纺丝法制备具有抗菌、抗静的壳聚糖/碳纳米管超细纤维膜。该方法与传统的方法明显不同，首先将聚合物溶液或熔体加上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布状的纤维膜。用静电纺丝法制得的纤维比传统的纺丝方法细得多，直径一般在数十到上千纳米。这种技术可用于多种聚合物纺丝，设备简易，易操作。静电纺丝设备主要是由高分子溶液输送泵、高压静电发生器、毛细管、接地接收器(金属片，复合材料基质，水等)组成。糖是一种广泛存在于生物界的大分子，具有极好的亲水性和生物相容性。研究表明，糖对生命体中许多化学、物理过程，诸如免疫反应、细胞生长、抗体识别等起着至关重要的作用。通过与蛋白质的识别，糖更是支配着生物体内以及生物体之间的信息传递。含糖聚合物是指糖组分通过不同的化学反应途径引入到聚合物分子链中而形成的功能高分子，由于糖基具有常规化学基团(如羧基、羟基等)不可比翼的亲水性和生物特异性，近十几年来被期望用于合成在生物、医药、精细化工等方面具有各种特殊用途的功能高分子，其中糖基对凝集素等蛋白质的识别以及调节细胞生长等研究报道尤其引人瞩目。通过将糖基引入普通腈纶，结合糖基的生物功能和腈纶优良的物理性能，通过静电纺丝可以得到糖基化腈纶的纳米纤维膜。利用糖基与蛋白质的识别功能，通过选用不同糖基，可以实现对特定蛋白质的选择性吸附，从而达到分离纯化蛋白质的目的。更进一步利用糖的生物功能，这种纳米纤维膜可以用于选择性吸附血液中的有害物质，实现对病毒等的靶向清除。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单易行的获得糖基化腈纶纳米纤维膜的方法，以有效地获得不同种类糖基化以及不同糖基含量的腈纶纳米纤维膜，并将其应用于蛋白质混合溶液的分离。为实现上述目的，本专利技术技术方案实质性内容如下一、一种糖基化腈纶纳米纤维膜的制备方法的步骤1)将含有糖单体，如烯丙基葡萄糖(α-allyl glucoside(AG))以及2-葡萄糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯(D-gluconamidoethyl methacrylate(GAMA))等，分别与丙烯腈(acrylonitrile(AN))共聚，得到一系列不同糖含量(1-30摩尔百分数)的糖基化丙烯腈共聚物，分子量为8万-20万；2)将上述共聚物在70℃下溶于溶剂中，得到浓度为2-15重量百分数的一系列共聚物溶液，冷却致室温待用；3)将得到的共聚物溶液，利用静电纺丝的方法，得到纤维直径在50-2000纳米之间的糖基化腈纶纳米纤维膜；其中，聚合物溶液流速0.1-2毫升/小时，喷丝头与接收屏之间距离为5-20厘米，静电电压为5-20千伏，纺丝时间1-10小时；4)将得到的纳米纤维膜放入真空烘箱，在70℃下真空干燥24小时。本专利技术中，含糖单体不局限于所列举的两种，任何种类的含糖烯类单体均可使用。所得到的糖基化丙烯腈共聚物中糖基的含量可由核磁共振确定。共聚物的分子量控制在8-20万，不应低于8万或高于20万，否则影响纺丝。接收屏(指接地)的可用铝箔、铜网或水等。用铝箔利于膜的剥离。本专利技术中，通过调节静电纺丝的参数(流速、喷丝头与接收屏间距以及静电电压)可以有效地控制所得纳米纤维的直径。二、这种糖基化腈纶纳米纤维膜的应用，其特征是用于蛋白质混合溶液的选择性分离，应用糖基能选择性识别特定的蛋白质，通过大量的氢键形成牢固的一一对应的配对体。是对蛋白质混合溶液的选择性分离，将糖基化纳米纤维膜浸入蛋白质混合溶液中，在25℃下振荡30分钟至2小时，由溶液中的纳米纤维膜过滤即可使蛋白质混合溶液分离。本专利技术突出的实质性特点和显著的进步本专利技术设备成本低廉，操作简易，所需设备和条件简单，可控性和重复性好，速度快。将糖基化丙烯腈共聚物溶于溶剂，利用静电纺丝的方法，可以有效地得到纳米纤维膜。由于糖基带有许多的羟基基团，极大地提高了腈纶的亲水性。而且，糖与蛋白质之间存在一一对应的识别能力，通过不同种类的糖基化，可以实现对特定蛋白质的选择性吸附和分离，也为糖与蛋白质相互作用的研究提供了一个良好的载体。这种纳米尺寸的电纺膜具有极高的孔隙率和比表面积，能够很好地发挥糖基对蛋白质识别的集簇效应，显著提高单位糖基与蛋白质的作用力，有效地实现蛋白质混合溶液中特定蛋白质的识别和分离。同时，糖基化腈纶纳米纤维膜易于从反应体系中回收，可方便地重复使用，避免了产物的污染，大大降低生产成本。本专利技术适用于多种糖基化的腈纶纳米纤维膜，在分离纯化以及医用材料等方面具有良好的应用前景。附图说明图1a和图1b分别为环状葡萄糖糖基化的丙烯腈共聚物(PANCAG)，和直链型葡萄糖糖基化的丙烯腈共聚物(PANCGAMA)的分子结构式；图2a、图2b、图2c、图2d所示图片分别为实例4、8、10以及12得到的糖基化腈纶纳米纤维膜。具体实施例方式聚合物粘均分子量(Mη)是采用粘度法中的一点法测定；共聚物中糖基的含量是采用氢谱(1H-纳米R)进行计算；溶剂是采用N，N-二甲基甲酰胺；纳米纤维电纺膜纤维直径是采用扫描电镜分析(SEM)进行测定；糖基化腈纶纳米纤维膜制备的实施例实例1称取一定量的丙烯腈/烯丙基葡萄糖共聚物(分子量13.7万，糖基摩尔百分含量为1.37)加入DMF中，配成重量百分浓度为4的溶液，在70℃下搅拌24小时，得到溶解均匀、透明的聚合物溶液，冷却致室温后置放24小时脱泡。取上述聚合物溶液约5毫升，装入微量进样器中，排除空气，连接喷丝头(孔径0.8毫米)。将喷丝头接高压静电源正极，接收屏铝箔接地。调节针头与接收屏距离至15厘米，设定喷丝头流速为0.3毫升/小时。启动注射泵，同时打开高压静电电源，调节电压至12千伏。此时接收屏上出现无规排列的聚合物纤维，连续纺丝2小时后断开高压电源，停止注射泵，结束纺丝。接收屏上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种糖基化腈纶纳米纤维膜的制备方法，其特征如下：１）将含有不同糖基的单体，烯丙基葡萄糖以及２－葡萄糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯与丙烯腈共聚，得到糖基化丙烯腈共聚物；２）将上述共聚物溶于溶剂中，得到重量百分浓度为２－１５的糖基化丙 烯腈共聚物溶液；将得到的共聚物溶液进行纺丝，利用静电纺丝的方法，得到糖基化腈纶纳米纤维膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志康，杨谦，李俊杰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]