一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法及其应用。本发明专利技术通过将现有的蛋白质纺丝，用戊二醛类交联剂交联后，使得原本具有水溶性的蛋白质纤维变为不溶于水的稳定纤维，提高了其水稳定性；再用能水解酰胺键的酸酸洗，实现了对蛋白纤维表面电荷的调控。本发明专利技术所述蛋白质纤维的制备过程不需要特异性设计和表达蛋白，具有操作简便，成本低等优点。通过对制备所得蛋白质纤维的表面电荷进行调控，可以实现对环境中带正电、负电或中性的污染物的广谱性去除，具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于蛋白质纤维的制造加工
更具体地，涉及一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]蛋白质纤维是人造纤维下的一个类别，是指以牛奶、大豆、花生、玉米等自然物中提取到的蛋白质为原料，溶解于适当的溶剂中所制得的纤维。早在1866年，英国人E.E.休斯将动物胶的乙酸溶液在硝酸酯的水溶液中凝固抽丝，成功地制出人造蛋白质纤维。1935年，意大利人弗雷蒂紧接着用奶酪素制成了人造羊毛。制得的人造羊毛的柔软性虽然比天然羊毛差些，但其不易皱、不易虫蛀且易保存。随后，各类人造蛋白质纤维不断发展，并逐步实现了工业化生产。
[0003]目前，全球水资源中出现的微塑料和众多有机污染物对水生生态系统和人类健康的潜在负面影响引起了人们的关注。如何有效的监测、分析及解决水污染问题，已成为当今社会乃至全世界共同面临的难题。而随着科技水平的发展和人类对美好生活的追求，蛋白质纤维的应用也不再局限于纺织品，利用蛋白质纤维持续对水进行净化的想法正在慢慢实现。例如，Yuan等人将超级铀酰结合蛋白基因与蜘蛛蛋白基因融合，合成得到了一种嵌合的蜘蛛蛋白基超级铀酰结合蛋白纤维，该纤维在海水中提取铀的能力达到了突破性的12.33mg g
‑1，或是一种很有前景的天然海水提取铀的吸附剂(Yuan Y,Yu Q,Wen J,Li C,Guo Z,Wang X,Wang N.Ultrafast and highly selective uranium extraction from seawater by hydrogel
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like spidroin
‑
based protein fiber.Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,11785.)。Peydayesh等人利用乳清蛋白的主要成分β
‑
乳球蛋白制备的淀粉样原纤维作为制备气凝胶的基石，制备所得的淀粉样纤维气凝胶对灭草松、布洛芬和双酚A具有良好的去除效果(Peydayesh M,Suter M,Bolisetty S,Boulos S,Handschin S,L,Mezzenga R.Amyloid fibrils aerogel for sustainable removal of organic contaminants from water.Adv.Mater.2020,1907932.)。可见，以蛋白质纤维为吸附剂的环境水污染控制领域正在兴起。
[0004]而在传统的蛋白质纤维制备方法中，一般只考虑到纤维的成型以及成型后的稳定性。利用现有的蛋白质制备的蛋白质纤维，只能对某些环境污染物有一定的吸附效果，且稳定性不好。例如，中性水溶液中带负电的β
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乳球蛋白，其纺丝得到的β
‑
乳球蛋白纤维仅对带正电或偏中性的污染物具有一定的吸附性能，而对带负电的污染物无法实现移除。另也有研究正在寻找新的特异性蛋白来实现对环境中特定的目标物进行吸附，但特异性蛋白的设计和表达的成本昂贵，纯化步骤费时费力，且很难实现批量生产。因此，无论是从制造成本还是实际环境的角度出发，提供一种表面电荷可控的蛋白质纤维，对实现对环境中不同性质的污染物进行广谱性去除具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有上述技术的缺陷和不足，提供一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法及其应用。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供一种表面电荷可控的蛋白质纤维。
[0008]本专利技术的第三个目的是提供所述蛋白质纤维在水污染防治中的应用。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]本专利技术其包含以下步骤：
[0011]S1.用水溶性蛋白质制备纺丝原液；
[0012]S2.纺丝；将步骤S1的纺丝原液从喷丝口挤到凝固浴中，得到湿的蛋白质纤维；收集、干燥，得到干的蛋白质纤维；
[0013]S3.交联蛋白质纤维；将步骤S2所得干的蛋白质纤维与戊二醛类交联剂发生交联反应，反应结束后洗掉多余的交联剂，干燥得带负电的蛋白质纤维；
[0014]S4.酸洗；将步骤S3所得带负电的蛋白质纤维放入酸溶液中振荡，清洗，干燥得带正电的蛋白质纤维。
[0015]具体地，步骤S1中所述蛋白质为牛血清白蛋白(BSA)。
[0016]具体地，步骤S1中通过将蛋白质溶解在浓度为10～30mM，pH为8～9的Tris缓冲液中制备得到纺丝原液；所述纺丝原液中蛋白质的浓度为100～500mg/mL。
[0017]优选地，所述纺丝原液中蛋白质的浓度为240～350mg/mL，见实施例8。
[0018]具体地，步骤S2所述凝固浴为乙醇、甲醇或丙酮。
[0019]具体地，步骤S2中利用注射泵纺丝，喷丝流速为4～20μL/min。
[0020]优选地，喷丝流速为6～12μL/min，见实施例8。
[0021]具体地，步骤S2中所述干燥为常温真空干燥。
[0022]具体地，步骤S3中所述戊二醛类交联剂为京尼平(GP)，京尼平分子内隐含有一个戊二醛的结构，能与氨基自发反应，而且其毒性远低于戊二醛；配制交联剂溶液时，其用量根据步骤S2中所得干的蛋白质纤维中所含有的氨基的物质的量计算；具体地，若蛋白质纤维所含有的氨基的物质的量为n，则所需交联剂的物质的量应大于1n。
[0023]优选地，所述交联剂的物质的量为1.5～3n，见实施例8。
[0024]以使用京尼平溶液进行交联反应为例；具体地，将京尼平溶解在适量的乙醇中得到京尼平溶液，接着将步骤S2得到的干的蛋白质纤维完全浸没到配制好的京尼平溶液中使发生交联反应，反应结束后，用乙醇清洗掉多余的交联剂，将清洗后的纤维干燥，得到水稳定且表面带负电的蛋白质纤维。
[0025]具体地，交联反应的温度为37℃，交联时间为12h。
[0026]具体地，所述交联剂京尼平溶液的浓度为0.01～0.05g/mL。
[0027]具体地，步骤S4所述酸溶液为能水解酰胺键的酸，其浓度为0.1～6mol/L。
[0028]具体地，所述酸溶液为盐酸。
[0029]优选地，所述盐酸的浓度为1～6mol/L，见实施例8。
[0030]优选地，步骤S4中酸洗振荡的时间为2～12h，见实施例8。
[0031]本专利技术还申请保护上述方法制备所得的蛋白质纤维，包括步骤S3制备得到的带负
电的蛋白质纤维及步骤S4制备得到的带正电的蛋白质纤维。
[0032]本专利技术以牛血清白蛋白(BSA)为例，制备得到的蛋白质纤维(BSA fiber)是具有水溶性的，即水不稳定。为提高BSA fiber的水稳定性，本专利技术利用戊二醛类交联剂，例如京尼平，使BSA fiber上的胺基和交联剂上的醛基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面电荷可控的蛋白质纤维的制备方法，其包含以下步骤：S1.用水溶性蛋白质制备纺丝原液；S2.纺丝；将步骤S1的纺丝原液从喷丝口挤到凝固浴中，得到湿的蛋白质纤维；收集、干燥，得到干的蛋白质纤维；S3.交联蛋白质纤维；将步骤S2所得干的蛋白质纤维与戊二醛类交联剂发生交联反应，反应结束后洗掉多余的交联剂，干燥得带负电的蛋白质纤维；S4.酸洗；将步骤S3所得带负电的蛋白质纤维放入酸溶液中振荡，清洗，干燥得带正电的蛋白质纤维。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1中所述水溶性蛋白质为牛血清白蛋白。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1中通过将蛋白质溶解在浓度为10～30mM，pH为8～9的Tris缓冲液中制备得到纺丝原液；所述纺丝原液中蛋白质的浓度为100～500mg/...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳钢锋，石玥如，黄俊龙，郑娟，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：