【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物传感器领域，具体涉及一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶及其制备方法。
技术介绍
1、丝素蛋白是来源于家蚕的天然生物大分子，具有特殊的亲水-疏水嵌段结构，亲水轻链可形成无定形的无规卷曲或α-螺旋结构而疏水重链可形成β-折叠结构。丝素蛋白来源丰富、机械性能优异、生物相容性好，在生物医学领域的研究受到越来越多的关注。此外，丝素蛋白还具有优异的可加工性和性能的可控性，通过改变其二级结构可以实现对丝素蛋白材料力学性能、降解性能等的调控，以满足对材料性能的不同需要。
2、水凝胶含水量高，其中有大量的游离水。低温环境下游离水的有序聚集以及水的相转变，使其容易冷冻结晶，进而导致水凝胶变脆变硬，失去原有的可拉伸性，皮肤顺应性，以及其他功能。柔性应变传感器在低温环境下使用是不可避免的，因此以上问题极大的限制了其使用环境。另外，水凝胶在室温下的长时间暴露可能会引起游离水的蒸发，使水凝胶柔性传感器的结构变化，进而失去使用稳定性，减少使用寿命。
3、丝素蛋白水凝胶的制备主要由引入醇类、剪切、超声或紫外光引发等物理方式诱导内部丝素蛋白大分子向β-sheet的稳定结构转变成胶；或通过加入戊二醛、京尼平、双环氧化物或辣根过氧化物酶等化学交联剂与丝素蛋白大分子上的活性基团反应促使丝素蛋白交联形成凝胶。但制备出的水凝胶多柔软易碎，难以进行拉伸、压缩等动作变化。
4、为改善这种情况，在文献“enhancing mechanical properties of silk fibroinhydrogel throu
5、上述方法改善了丝素蛋白水凝胶的力学性能，但在难以做到100%以上的大拉伸应变。在文献“conductive regenerated silk-fibroin-based hydrogels with integratedhigh mechanical performances”中，chen等通过将丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、氯化钠、甲基丙烯酸异辛酯、光引发剂和丝素蛋白溶液均匀混合，待成胶后再利用紫外光进行二次交联，得到有一定力学性能的高弹性水凝胶，断裂应力1.17 mpa，断裂应变1903 %；在文献“preparation and properties of semi-interpenetrating silk fibroin proteinhydrogels with integrated strength and toughness”中chen等将丝素蛋白溶液与丙烯酸钠或丙烯酸和光引发剂混合，利用紫外光引发诱导成胶，断裂应力1.01 mpa，断裂应变可达2000 %；在文献“high-strength, durable all-silk fibroin hydrogels withversatile processability toward multifunctional applications”中，zhu等利用六氟异丙醇溶解丝素蛋白冻干海绵，再缓慢滴加去离子水后孵育成胶，最终水凝胶断裂应力0.7±0.04 mpa，拉伸模量6.5±0.2 mpa，断裂应变140 %；在文献“stretchable silk fibroinhydrogels”中，oral等以1，4-丁二醇二缩水甘油醚为交联剂，n，n，n，n-四甲基乙二胺为ph值调节剂，过硫酸铵为光引发剂与甲基化的丝素蛋白溶液混合，通过紫外光引发得到断裂应变370%，但断裂应力小于5 kpa的高弹性丝素蛋白水凝胶；在文献“mechanically robustand stretchable silk/hyaluronic acid hydrogels”中，tavsanli等以n，n-二甲基丙烯酰胺为间隔基团，连接丝素蛋白与甲基丙烯酸化的透明质酸，得到可拉伸可注射的丝素蛋白水凝胶，断裂应变380%，断裂应力仅0.067 mpa。
6、上述方法极大改善了丝素蛋白水凝胶在力学强度和可拉伸性的缺陷，但都难以同时兼顾二者，且大多制备流程复杂，水凝胶内部化学成分复杂多样，生物安全性难以保障；同时在低温下都会因水分子结晶导致水凝胶变硬变脆，难以发挥力学特性。因此，利用纯丝素蛋白作为前体材料，制备抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶仍然稳定传感的传感器是该领域迫不及待解决的问题。本专利通过冷冻盐析的方式可得到同时兼顾高强度和高弹性丝素蛋白水凝胶，还可通过改变丝蛋白溶液浓度和盐溶液种类调节力学性能；且内部盐离子的存在在赋予导电性的同时降低了水凝胶内部液态环境的凝固点，使其在零下的低温下能保持优异的力学性能和导电性能。同时其制备方式简单，流程快，成本低，适合大规模工业生产，应用前景广阔。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：本专利技术的目的在于提供一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶，解决传统丝素蛋白水凝胶低温下变硬发脆、难以拉伸、导电性能丧失的问题，本专利技术的丝素蛋白水凝胶在零下低温环境中仍可保持高强高弹的力学性能，具备导电性能且电学性能稳定，同时耐久性好，可长期存放使用。
2、技术方案：一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶，其特征在于：所述水凝胶以丝素蛋白为原料，先后通过低温冷冻和盐析技术制备得到。
3、一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、s1. 将脱胶处理的蚕丝用中性盐进行溶解，将溶解后的溶液进行透析，得到丝素蛋白水溶液；
5、s2. 将s1中制备的丝素蛋白水溶液浓缩后，然后在低温环境下进行冷冻，得到冷冻后的丝素蛋白水溶液；
6、s3.将s2中制备的冷冻后的丝素蛋白水溶液放入低温盐溶液中，待丝素自交联形成丝素蛋白水凝胶。
7、优选的，所述s1中蚕丝为柞蚕丝、桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或两种及两种以上的组合物。
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1.一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶，其特征在于：所述水凝胶以丝素蛋白为原料，先后通过低温冷冻和盐析技术制备得到。
2.根据权利要求1所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S1中蚕丝为柞蚕丝、桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或两种及两种以上的组合物。
4.根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中中性盐为溴化锂、氯化钙、溴化钙、碘化钙、氯化锌、溴化锌、碘化锌、氯化镁、溴化镁、碘化镁、硝酸钙、硝酸铜中的一种或两种及两种以上的组合物，所述中性盐溶液浓度为5wt %至饱和浓度，溶解温度为25～100 ℃，溶解时间为2～8小时。
5. 根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述S2中浓缩后丝素蛋白水溶液浓度为10～30 wt%，低温环境温度为-196～0℃，冷冻方式为直接冷冻或单向冷冻。
6.根据权利要求2所述
7.根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的盐溶液浓度为10wt%至饱和浓度，盐溶液温度为-20～4℃。
8.根据权利要求1所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶，其特征在于：所述水凝胶还包含有导电颗粒，所述导电颗粒包括导电石墨、导电石墨烯、金属粉体、聚噻吩、聚吡咯中的一种或两种及两种以上的组合物。。
...【技术特征摘要】
1.一种抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶，其特征在于：所述水凝胶以丝素蛋白为原料，先后通过低温冷冻和盐析技术制备得到。
2.根据权利要求1所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述s1中蚕丝为柞蚕丝、桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或两种及两种以上的组合物。
4.根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中中性盐为溴化锂、氯化钙、溴化钙、碘化钙、氯化锌、溴化锌、碘化锌、氯化镁、溴化镁、碘化镁、硝酸钙、硝酸铜中的一种或两种及两种以上的组合物，所述中性盐溶液浓度为5wt %至饱和浓度，溶解温度为25～100 ℃，溶解时间为2～8小时。
5. 根据权利要求2所述的抗低温、高强、高弹丝素蛋白水凝胶的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，陈明，
申请(专利权)人：常州丝波敦生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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