一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料及其制备方法和应用，属于天然高分子材料领域。将壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白混合进行聚电解质络合，得到络合产物；将所述络合产物进行挤出成型，得到膜状材料；将所述膜状材料依次进行重结晶和酸碱中和，得到所述壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料。本发明专利技术中，通过甲酸塑化丝肽蛋白与壳聚糖，甲酸可以使壳聚糖质子化带正电从而和带负电的丝肽蛋白结合，利用聚电解质络合(PEC)，丝肽蛋白带负电，与带正电的壳聚糖发生阴阳离子交换反应，小分子丝肽蛋白可以被静电相互作用牢牢地固定在壳聚糖上，从而得到机械性能优异、耐水性好的的复合材料，能够通过控制水分含量实现其刚性和弹性的转变控制。转变控制。

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及天然高分子材料
，尤其涉及一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，人们对利用天然生物聚合物开发材料产生了极大的兴趣。天然生物聚合物在组织工程、环境、生物医学、电子材料等领域中显示出巨大的潜力。因为天然生物聚合物的独特性质(低成本、广泛性、可再生性、无毒、生物相容性和生物降解性等性质)比传统的合成聚合物更加有优势。传统的合成聚合物例如聚乙烯、聚丙烯等石油基化合物几乎遍布于日常生活中，但是合成聚合物面临着许多的挑战，这些挑战包括环境问题、交叉污染以及对消费者的毒性风险等。虽然合成聚合物一直以来都是工业中使用最多的聚合物，但是这些材料的残留物会对环境产生有害的影响，为了最大程度地减少合成聚合物带来的负面影响，最合适的解决办法就是采用环境友好型的天然聚合物。
[0003]天然生物聚合物如多糖(如壳聚糖、纤维素、淀粉和藻酸盐)和蛋白质等单独使用它们时存在着机械性能和耐水性差的问题从而限制了它们的应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的仿生材料机械性能好，耐水性佳，能够通过控制水分含量实现刚性和弹性的转变控制，通过含水量对样品进行湿
‑
干
‑
湿
‑
干循环的变化。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白混合进行聚电解质络合，得到络合产物；
[0008]将所述络合产物进行挤出成型，得到膜状材料；
[0009]将所述膜状材料依次进行重结晶和酸碱中和，得到所述壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料。
[0010]优选地，所述混合所得体系包含以下质量百分含量的组分：甲酸20％～80％，丝肽蛋白10％～60％和壳聚糖10％～60％。
[0011]优选地，所述壳聚糖的重均分子量为5～60万。
[0012]优选地，所述混合的步骤包括将所述壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白进行初步共混，并静置，得到初混物，将所述初混物进行熔融共混，所述静置的时间为2～4天。
[0013]优选地，所述挤出成型在双螺杆挤出机中进行，所述双螺杆挤出机的长径比为(30～45)：1，模头宽度为50～500mm，内部包含3段共混段。
[0014]优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为120～240rpm。
[0015]优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为40～100℃。
[0016]优选地，所述重结晶的溶剂为甲醇。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料在制备组织工程材料中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料(壳聚糖基仿生材料)的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白混合进行聚电解质络合，得到络合产物；将所述络合产物进行挤压成型，得到膜状材料；将所述膜状材料依次进行重结晶和酸碱中和，得到所述壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料。
[0020]本专利技术中，通过甲酸塑化丝肽蛋白与壳聚糖，甲酸可以使壳聚糖质子化带正电从而和带负电的丝肽蛋白结合，利用聚电解质络合(PEC)，丝肽蛋白带负电，与带正电的壳聚糖发生阴阳离子交换反应，小分子丝肽蛋白可以被静电相互作用牢牢地固定在壳聚糖上，从而得到机械性能优异、耐水性好的的复合材料。甲壳素在自然界分布广泛，储量仅居于纤维素之后，是第二大天然高分子，是一种可循环的再生资源，壳聚糖作为甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，由于其是天然界唯一的阳离子多糖，因此可以与带负电荷的生物聚合物(例如蛋白质、淀粉、果胶等)复合；丝肽蛋白是由不同类型的蚕，蜘蛛等产生的纤维蛋白，具有良好的机械性能，出色的生物相容性，无毒性和可生物降解性。本专利技术通过混合和挤压成型，实现壳聚糖与丝肽蛋白之间的作用最大化，混合过程中的剪切效应有望促进原始氢键网络的破坏，高粘度材料的热机械加工可以有效地增强壳聚糖和丝肽蛋白之间的分子相互作用，从而形成更均匀的体系。在甲酸的作用下，由于胺基的质子化，壳聚糖带正电荷，小分子的丝肽蛋白以其自然形式带负电，壳聚糖和丝肽蛋白之间的离子相互作用，有助于蛋白在壳聚糖基质中的分散。本专利技术中，壳聚糖与丝肽蛋白的相互作用产生的材料类似于自然界中一些节肢动物的表皮结构，可以通过改变含水量在刚性和高度灵活的状态之间可逆地转换，同时高强度和形状稳定性能够被保留，通过保护吸收水分的涂料保护层，就像自然的外层表皮(例如上表皮)保护内部水分的蛋白质和蜡的混合物。
[0021]本专利技术采用可再生资源，减少环境污染及能源消耗并可以大规模生产，利用壳聚糖/丝肽蛋白进行挤压成型，使得两种材料充分反应，形成了聚电解质效应，形成较好的机械性能，天然生物聚合物壳聚糖和蛋白质，由于其可再生性、易获得性、可持续性、可生物降解、低毒或无毒性等特点比传统的合成聚合物具有许多优势，特别是壳聚糖对人体刺激性低，此外还有抗菌性，抗氧化性，抗肿瘤等生物活性，壳聚糖和丝肽蛋白在高温加工下依然可以保持负载物质的活性。因此壳聚糖和丝肽蛋白作为组织工程材料有着广泛的生物学特性。本专利技术制得的仿生材料可以通过含水量的变化使得自身的性能从刚性到弹性之间的自由切换，此外，这种材料表现出类似于非鞣制角质层，制得的仿生材料的机械性能的含水量依赖性变化类似一种昆虫物种，可以动态控制腹部角质层的水合作用，以实现角质层硬度之间的变化，因此本专利技术制得的仿生材料的可逆力学性能可以通过外部氢键断裂(例如水)很好地控制。
[0022]本专利技术制得的仿生材料代表了昆虫角质层的最简单模型，它只包含两种分子成分，其他相关成分(如矿物质，金属离子)和结构修饰(如通过酶促反应和钙沉积介导的蛋白
质鞣制)也可以整合到该系统中，以提供对生物材料结构基础的更深入的了解。并且，基于壳聚糖的抗菌性在高温下仍可以保持抗菌物质的生物活性，可以进一步开发出具有负载抗菌活性物质的生物材料。从而实现其在组织工程以及活性物质负载等领域的应用。
[0023]本专利技术制得的壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料能够通过控制水分含量实现其刚性和弹性的转变控制。在通过含水量对样品进行湿
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干
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湿
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干循环的变化，样品在湿状态下断裂伸长率达到80～150％，在干状态下的拉伸强度为50～100Mpa。将样品放水中30min后达到饱和，测量后继续烘干完成循环。一次循环后样品在湿状态下断裂伸长率达到80～150％，吸水率为80～100％。在干状态下的拉伸强度为50～100Mp本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白混合进行聚电解质络合，得到络合产物；将所述络合产物进行挤出成型，得到膜状材料；将所述膜状材料依次进行重结晶和酸碱中和，得到所述壳聚糖和丝肽蛋白复合的仿生材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合所得体系包含以下质量百分含量的组分：甲酸20％～80％，丝肽蛋白10％～60％和壳聚糖10％～60％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖的重均分子量为5～60万。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的步骤包括将所述壳聚糖、甲酸和丝肽蛋白进行初步共混，并静置，得到初混物，将所述初混物...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小凡，胡董霞，张林华，孟令晗，高成成，汤晓智，
申请(专利权)人：南京财经大学，
类型：发明
国别省市：