一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，包括以下步骤：将蜘蛛丝蛋白基因片段、海水提铀功能蛋白基因片段和柔性连接基因重组获得海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因；后转入大肠杆菌，经蛋白表达、纯化获得海水提铀重组蛛丝蛋白液；浓缩使其浓度为100‑300mg/mL，将浓缩后的海水提铀重组蛛丝蛋白液推进纺丝液，自组装获得海水提铀重组蛛丝蛋白纤维；所述纺丝液的pH为3‑5。本方法工艺简单，条件温和，易于纯化，且通过本方法制备的海水提铀重组蛛丝蛋白纤维材料，力学性能优异，铀吸附能力强且选择性高，可多次重复使用。

A Recombinant Spider Silk Fiber Material for Extracting Uranium from Seawater and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料及其制备方法
本专利技术涉及材料制备领域，尤其涉及一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料及其制备方法。
技术介绍
蛛丝通常由丙氨酸组成的β-折叠和富含脯氨酸的α-螺旋，及其紧密堆砌的二级结构使之成为一种分子弹簧结构。由于具有很高的机械强度，在诸多领域有着广泛的应用潜力，但是由于天然蜘蛛丝产量有限，严重制约了蜘蛛丝的工业应用。人造蛛丝蛋白纤维是解决天然蛛丝产量有限的重要方法之一，通过基因工程的技术，在微生物、植物、乃至动物中表达蛛丝蛋白，并通过人工的手段纺织蛛丝纤维有望实现蛛丝的广泛应用，但是由于缺乏对蛛丝蛋白性质的研究，早起的人造蛛丝技术未能得到很好的发展，直到2017年一种仿生蛛丝蛋白纺丝技术的开发，使得大规模制备蛛丝蛋白纤维成为可能。尽管如此，目前对蛛丝蛋白纤维的制备技术还停留在纯蛛丝纺丝的水平，尚未使用蛛丝和功能蛋白融合表达并制备功能蛋白纤维的研究，尤其能应用在金属吸附领域的蛛丝蛋白纤维鲜有报道。而铀是核能工业发展的基础，铀资源主要是从陆地铀矿中获取，然而我国是贫铀国家，开发铀资源的新的获取方式对我国核能工业的发展有着重要的意义，而海水中的铀资源储量是陆地有资源储量的1000倍，资源丰富。根据现有文献报道，目前提铀材料多为基于偕胺肟官能团的有机高分子纤维材料，但这些材料存在着合成工艺复杂或提铀能力较低等问题，且由于海水中铀浓度极低(3.3μg/L)，干扰离子多导致选择性差，还未实现工业化应用。因此，开发用于提取海水中铀酰金属离子的重组蛛丝蛋白纤维具有重大意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白SSUP纤维，解决了现有提铀材料存在吸铀效果有限和离子选择性差的问题。本专利技术一方面提供一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，包括以下步骤：(1)基因重组：将蜘蛛丝蛋白基因片段、海水提铀功能蛋白基因片段和柔性连接基因通过化学合成获得海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因；(2)基因表达：将海水提铀重组提铀蛛丝蛋白编码基因转入大肠杆菌，在LB液体培养基培养过夜，后接种并扩大培养，再诱导表达培养，最后离心收集菌体；(3)纯化蛋白：使用缓冲液洗涤菌体，后用裂解液进行裂解，离心收集上清液并进行纯化，依次用梯度洗脱液洗脱获得海水提铀重组蛛丝蛋白；(4)自组装纺丝：将海水提铀重组蛛丝蛋白离心浓缩使其浓度为100-300mg/mL，以一定推进速度将浓缩后的海水提铀重组蛛丝蛋白液推进纺丝液，自组装获得海水提铀重组蛛丝蛋白纤维；所述纺丝液的pH为3-5。优选地，步骤(1)中，所述海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因的核苷酸系列如SEQNo.4所示。优选地，步骤(2)中，所述裂解液为8MUrea，100mMNaH2PO4和100mMTris。优选地，步骤(3)中，所述海水提铀重组蛛丝蛋白的氨基酸系列表SEQNo.5所示。优选地，步骤(3)中，所述梯度洗脱液的浓度分别为6M、4M、2M、1M、0.5M和0M的尿素，所述洗脱液均含有10％质量的甘油，可获得高纯度蛋白。优选地，步骤(4)中，所述纺丝液包括100mM磷酸钠，100mM乙酸钠和200mM柠檬酸。优选地，步骤(4)中，推进速度0.6mL/h，纺丝液的pH为4。优选地，选用针头为24G的1mL注射器进行推进。采用本专利技术所提供的一种海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维材料的制备方法，通过嵌合重组获得海水提铀重组蛛丝蛋白基因，后在大肠杆菌表达诱导产生海水提铀重组蛛丝蛋白，经过纯化后自组装纺丝，工艺简单，条件温和，易于纯化，反应可控并可宏量制备，成本低。不仅为人工纺丝提供了一种新思路，而且为天然海水提铀提供了一种高效吸附剂。本专利技术另一方面还提供一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料，拉伸强度可达128.26MPa，拉伸高达2.4倍，耐受复杂海洋环境损害；进一步地，本海水提铀重组蛛丝蛋白纤维材料湿润状态下为水凝胶样结构，干燥状态下为紧密结构，为铀酰的进入和结合提供了丰富的分子间空间和结合力，在天然海水中3.5天内提取能力高达12.33mg/g，对海水铀离子具有强吸附能力；选择性高(远远高于最大的竞争对手-钒离子)，响应快(5min)且可多次重复使用，使用寿命长。附图说明图1为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白基因的重组示意图；图2为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP的电泳图；图3为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP的圆二色谱图；图4为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在湿润状态下的形貌图；图5为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在干燥状态下的SEM图；图6为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白在不同pH纺丝液中的纺丝效果；图7为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在不同铀浓度(2、4、8、16ppm)的模拟海水中的吸附效果图；图8为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在模拟海水中吸附-脱铀的重复效果图；图9为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在含有不同金属离子的天然海水中的选择性吸附效果图；图10为本专利技术实施例一的海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP纤维在天然海水中的吸附效果图。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。蜘蛛丝蛋白基因片段TuSp2-RP(SEQNo.1)和功能蛋白基因片段(SEQNo.3)由生工生物工程(上海)股份有限公司通过常规方法合成而得，在此不赘述。实施例一：一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料，包括以下步骤：(1)基因重组：如示意图1，蜘蛛丝蛋白基因片段TuSp2-RP(SEQNo.1)和海水提铀功能蛋白基因片段(SEQNo.3)通过柔性连接基因Linker(SEQNo.2)采用现有常规方法合成获得海水提铀重组蛛丝蛋白SSUP编码基因(SEQNo.4)；其中，TuSp2-RP的核苷酸序列表为如SEQNo.1(270bp)所示：MEFAKCMYELVLKSANSLGVLNPHLIANNIYQSIVSNLDILHSSVMINLYANAMARNLFHEGFLNLDNAATLAKKCANDMEAFAKKMVET；Linker的核苷酸序列表如SEQNo.2所示：GGGGGSGGGGSGGGGS；海水提铀功能蛋白基因的核苷酸序列表如SEQNo.3(237bp)所示：LDCRERIEKDLEDLEKELMEMKSIKLSDDEEAVVERALNYRDDSVYYLEKGDHITSFGCITYAEGLLDSLRmLHRIIEG；海水提铀重组蛛丝蛋白基因如SEQNo.4(558bp)所示：MEFAKCMYELVLKSANSLGVLNPHLIANNIYQSIVSNLDILHSSVMINLYANAMARNLFHEGFLNLDNAATLAKKCANDMEAFAKKMVETGGGGGSGGGGSGGGGSLDCRERIEKDLEDLEKELMEMKSIKLSDDEEAVVERALNYRDDSVYYLEKGDHITSFGCITYAEGLLDSLRmLHRIIEG。(2)基因表达：将海水提铀重组蛛丝蛋白基因质粒转入大肠杆菌pET-22b，并在含有氨苄青霉素(浓度50μg/mL)的LB液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基因重组：将蜘蛛丝蛋白基因片段、海水提铀功能蛋白基因片段和柔性连接基因合成获得海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因；(2)基因表达：将重组蛛丝蛋白编码基因转入大肠杆菌，在LB液体培养基培养过夜，后接种并扩大培养，再诱导表达培养，最后离心收集菌体；(3)纯化蛋白：使用缓冲液洗涤菌体，后用裂解液进行裂解，离心收集上清液并进行纯化，依次用梯度洗脱液洗脱获得海水提铀重组蛛丝蛋白；(4)自组装纺丝：将海水提铀重组蛛丝蛋白离心浓缩使其浓度为100‑300mg/mL，以一定推进速度将浓缩后的海水提铀重组蛛丝蛋白液推进纺丝液，自组装获得海水提铀重组蛛丝蛋白纤维；所述纺丝液的pH为3‑5。

【技术特征摘要】
1.一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基因重组：将蜘蛛丝蛋白基因片段、海水提铀功能蛋白基因片段和柔性连接基因合成获得海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因；(2)基因表达：将重组蛛丝蛋白编码基因转入大肠杆菌，在LB液体培养基培养过夜，后接种并扩大培养，再诱导表达培养，最后离心收集菌体；(3)纯化蛋白：使用缓冲液洗涤菌体，后用裂解液进行裂解，离心收集上清液并进行纯化，依次用梯度洗脱液洗脱获得海水提铀重组蛛丝蛋白；(4)自组装纺丝：将海水提铀重组蛛丝蛋白离心浓缩使其浓度为100-300mg/mL，以一定推进速度将浓缩后的海水提铀重组蛛丝蛋白液推进纺丝液，自组装获得海水提铀重组蛛丝蛋白纤维；所述纺丝液的pH为3-5。2.根据权利要求1所述一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述海水提铀重组蛛丝蛋白编码基因的核苷酸序列如SEQNo.4所示。3.根据权利要求1所述一种用于海水提铀的重组蛛丝蛋白纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述裂解液为8MUrea，1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁益辉，于秋寒，王宁，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南,46