用于蛋白质纤维生产的方法和设备技术

披露了一种用于生产蛋白质聚合物纤维的方法，该方法包括在用于液体的容器中提供液态蛋白质溶液，并且使该容器中的液体表面在第一位置与第二位置之间反复运动。该液体表面的所述运动使得允许该蛋白质聚合物溶液在该液态蛋白质溶液的液体表面与周围流体之间的界面中形成膜。通过使该液体表面相对于该容器分别上升和下降、或者通过使物体运动延伸穿过该液态蛋白质溶液的液体表面来实现该液体表面的运动。而且，披露了一种用于执行所述方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于蛋白质纤维生产的方法和设备
本专利技术涉及蛋白质纤维结构的生产。蛋白质纤维结构本身在自然界中是已知的，例如呈蜘蛛网和蜘蛛茧的蜘蛛丝的形式。具体而言，本专利技术涉及可以与敏感的分子和细胞一起形成的蜘蛛丝纤维的人工生产。
技术介绍
自然产生的蜘蛛丝是具有感兴趣的物理特性的材料。例如，蜘蛛丝纤维提供了弹性、韧性和拉伸强度的完美结合。不同类型的丝适用于不同的用途。一些类型的纤维用于结构支撑，另一些用于构建保护性结构。一些纤维可以有效地吸收能量，而另一些可以有效地传递振动。在蜘蛛中，这些丝的类型是在不同的腺体中产生的，所以来自特定腺体的丝可以与蜘蛛对其的使用相关联。对于比如生产含有细胞的纤维结构等工程或生物工程目的而言，像蜘蛛丝纤维之类的材料具有很高的吸引力。因此，这些纤维的一些应用可以包括其中无菌性和清洁度控制非常重要的医疗应用。因此，期望的是能够在受控环境中生产人造丝纤维结构。生产蜘蛛丝纤维首先需要获得足够量的丝蛋白。其次，需要实施由所述蛋白质来生产纤维结构的方法。蛋白质可以由蜘蛛产生并对其进行收集，但这是缓慢而繁琐的过程。另一种不涉及饲养蜘蛛的方法是提取蜘蛛丝基因，并且利用其他生物来生产蜘蛛丝。例如，转基因的蚕、山羊和大肠杆菌已经用于此目的。存在几种由蜘蛛蛋白来人工生产纤维的方法，例如‘注射器和针头法’、‘微流体法’和‘静电纺丝法’。‘注射器和针头’法基于用含有丝蛋白的液体原料填充注射器。迫使原料通过注射器的空心针，纤维在该空心针中形成并从注射器针头排出。尽管非常便宜且易于组装，但是使用这种方法形成的纤维可能需要使用环境上不期望的化学物质(比如甲醇或丙酮)从纤维中去除水，并且还可能需要对纤维进行后拉伸。在‘微流体’法中，通过蛋白质溶液的流体动力聚焦来产生纤维。聚焦液体具有低pH并且将迫使在蛋白质中发生结构变化。通过调节聚焦参数，可以实现所得到的纤维的不同物理性质。这种方法的缺点是，使用化学物质来诱导结构变化会阻止纤维与敏感的分子和细胞一起同时形成。在‘静电纺丝’法中，通过将溶液流注入到电场来产生纤维。注入针头与收集器之间的电场将导致注入的溶液被分成多个射流，这些射流将变干、然后在收集器处以无纺形式聚集。这种方法的缺点是，通过使用强电场，在纤维形成过程中产生含有敏感的分子或细胞的纤维是不可能的。一种特定的现有技术方法是由Stark等人首先使用的方法(Macroscopicfibersself-assembledfromrecombinantspidersilkprotein[由重组蜘蛛丝蛋白自组装的宏观纤维]，Biomacrocolecules[生物大分子]8(5)2007)。如图4a-c示意性地展示的，他们使用容器从左到右反复摆动/摇动。所产生的纤维结构在所示的容器的左侧和右侧较厚，并且在容器的中部逐渐变薄。纤维的不均匀结构是不利的，因为其导致强度更低并且难以进行可反复的研究。而且，所需的大体积需要大量的蛋白质(这些蛋白质中的一些被浪费了)并且导致在纤维形成期间掺入其他分子或细胞的产率较低。因此，本专利技术的目的是提供一种不具有上述缺点的改进的用于产生蛋白质纤维结构的方法和设备。
技术实现思路
根据第一方面，这个目的和其他目的是通过一种用于生产蛋白质纤维结构的方法来实现的，所述方法包括：在用于液体的容器中提供液态蛋白质溶液，提供与该液态蛋白质溶液的液体表面交界的相邻流体，例如空气或合适的气体组合物，并且使该容器中的液体表面在至少第一位置与第二位置之间反复运动。该液体表面的所述运动使得蛋白质聚合物溶液(即液态聚合物溶液)在液态蛋白质溶液的液体表面与相邻流体之间的界面中形成膜。进一步地，通过使该液体表面相对于该容器分别上升和下降来执行该液体表面的运动，使得在该膜与该容器之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维。作为上升和下降的替代方案或补充方案，通过使得物体延伸穿过该液体表面并且使该物体在该容器内运动可以执行该液体表面的运动，使得在该膜与该物体之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维。通过使液态蛋白质溶液在第一位置与第二位置之间反复运动并使其液体表面运动而使得蛋白质聚合物溶液形成膜，围绕液体表面的圆周逐渐形成纤维。纤维通常粘附到容器的壁上，而不是跟随液体表面。液体表面的反复运动导致在膜中形成裂纹，并且这些裂纹有助于纤维的形成。通过使液体表面相对于容器分别上升和下降来使液体表面进行运动，纤维围绕液体表面的圆周、即沿容器壁的内部均匀地形成厚度。当使液体表面上升和下降时，液体表面由于表面张力以及粘附至容器壁而反复地拉伸和收缩。这样趋于导致形成该膜的褶皱和/或裂纹，这样趋于导致纤维结构朝向容器壁向外运动，在这里将其添加到所形成的纤维上。通过使物体延伸穿过液体表面并使该物体在容器内运动，使得在膜与物体之间的界面处向膜施加应力，从而形成纤维，提供了一种向膜施加应力以形成纤维的替代性方式。第一位置与第二位置之间的运动可以是所述位置之间的前后运动。该物体可以包括截面形状沿该物体的纵向轴线变化的主体。通过简单地使物体在液态蛋白质溶液中上升或下降，变化的截面形状能够使得物体与液态溶液/膜之间的界面的形状易于变化。因此，使界面形状改变导致更有效地形成使膜受到影响的裂纹和应力，从而改善纤维形成。该物体可以是中空的并且包括入口和出口。入口和出口使液体和气体能够进入和离开物体，从而减轻物体在液态蛋白质溶液中上升和下降时的压力积聚和压力差。物体可以是圆锥形的或截头圆锥形的。截头圆锥形具有圆形或椭圆形的截面形状，从而有助于物体周围的均匀的纤维厚度。该物体可以沿其纵向轴线逐渐变细。截面形状不必是圆形或椭圆形的，而是可以是沿物体的纵向轴线变化的任何形状，其中，沿长度的尺寸方面的变化允许根据物体在液态蛋白质溶液中操作的深度而形成不同尺寸的纤维。该物体的运动方向和该物体的取向可以使得该物体与该膜之间的界面的形状在该物体的不同位置处变化。该物体的运动可以包括该物体的旋转运动。通过利用物体的旋转运动，可以通过使物体简单地在液态蛋白质溶液中旋转而在膜中形成应力，无需使物体上升或下降。这样使得能够在不影响容器中的液位的情况下向膜施加应力。液体表面可以在使其上升和下降的同时保持水平。保持水平有助于所形成的褶皱和原纤维的均匀分布和运送，从而有助于形成均匀的纤维结构。不言而喻，不存在完全水平的东西，因此水平的含义意味着围绕水平面大约±5度的范围。通过使该容器的处于该液体表面以下的体积发生变化可以实现该液体表面的所述上升或下降。使容器的处于液体表面以下的体积发生变化使得液态溶液在使液体表面保持水平的同时在容器内上升和下降，即不导致波纹形成。该容器的处于该液体表面以下的体积是通过活塞在所述体积内的运动来变化的。当迫使活塞进入容器的液体表面以下的体积时，所述体积减小，并且迫使液体在容器内上升。类似地，在将活塞从容器的处于液体表面下方的体积内回抽时，所述体积增加，并且允许液体沉入容器内，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产蛋白质聚合物纤维的方法，该方法包括：/n在用于液体的容器(2)中提供液态蛋白质溶液(7)，提供与该液态蛋白质溶液(7)的液体表面(8)交界的相邻流体(12)，例如空气或合适的气体组合物，并且/n使该容器(2)中的液体表面(8)在至少第一位置与第二位置之间反复运动，/n其中，该液体表面(8)的所述运动使得该蛋白质聚合物溶液(7)在该液态蛋白质溶液(7)的液体表面(8)与该相邻流体(12)之间的界面中形成膜，/n其特征在于，/n通过使该液体表面(8)相对于该容器(2)分别上升和下降来执行该液体表面(8)的运动，使得在该膜(8)与该容器(2)之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维，/n或者/n通过使得物体(11)延伸穿过该液体表面(8)并且使该物体(11)在该容器(2)内运动来执行该液体表面(8)的运动，使得在该膜与该物体(11)之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171009 EP 17195484.51.一种用于生产蛋白质聚合物纤维的方法，该方法包括：
在用于液体的容器(2)中提供液态蛋白质溶液(7)，提供与该液态蛋白质溶液(7)的液体表面(8)交界的相邻流体(12)，例如空气或合适的气体组合物，并且
使该容器(2)中的液体表面(8)在至少第一位置与第二位置之间反复运动，
其中，该液体表面(8)的所述运动使得该蛋白质聚合物溶液(7)在该液态蛋白质溶液(7)的液体表面(8)与该相邻流体(12)之间的界面中形成膜，
其特征在于，
通过使该液体表面(8)相对于该容器(2)分别上升和下降来执行该液体表面(8)的运动，使得在该膜(8)与该容器(2)之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维，
或者
通过使得物体(11)延伸穿过该液体表面(8)并且使该物体(11)在该容器(2)内运动来执行该液体表面(8)的运动，使得在该膜与该物体(11)之间的界面处向该膜施加应力，从而形成纤维。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，该第一位置与该第二位置之间的运动是所述位置之间的前后运动。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，该物体(11)包括截面形状沿该物体(11)的纵向轴线变化的主体。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，该物体(11)是中空的并且包括入口和出口。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，该物体(11)是圆锥形的或截头圆锥形的。


6.根据权利要求4所述的方法，其中，该物体(11)沿其纵向轴线逐渐变细。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，该物体(11)的运动方向和该物体(11)的取向使得该物体(11)与该膜之间的界面的形状在该物体的不同位置处变化。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，该物体(11)的运动包括该物体(11)的旋转运动。


9.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，在使该液体表面(8)保持水平的同时使该液体表面(8)上升和下降。


10.根据权利要求1、2或9中任一项所述的方法，其中，通过使该容器(2)的处于该液体表面(8)以下的体积发生变化来实现该液体表面(8)的所述上升或下降。
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【专利技术属性】
技术研发人员：米·赫德哈马尔，马蒂亚斯·奎克，
申请(专利权)人：斯柏博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE