一種熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜及其制備方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高人們對(duì)健康生活的意識(shí)和需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，尤其是天然生物材料受到了越來(lái)越多人的青睞。眾所周知，蛋清中含有如:能增強(qiáng)造血功能的鐵;能維持新陳代謝旺盛的上皮細(xì)胞的正常更新的維生素b2;能防止日光性皮炎所致的皮膚粗糙、增厚的煙酸;能有效促進(jìn)毛發(fā)再生、消除細(xì)小皺紋的效果的泛酸;可以保持皮膚表面的水分，促進(jìn)皮膚新陳代謝的留醇，并且具有生發(fā)、烏發(fā)及燒傷治療外敷等功能。雞蛋作為人們可直接食用的健康食品，也是自古以來(lái)為人們所信賴的天然物質(zhì)。同時(shí)，蛋白質(zhì)微納米纖維膜在生物醫(yī)學(xué)工程和美容等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。靜電紡絲技術(shù)作為一種簡(jiǎn)單有效制備微/納米纖維的方法，不僅可以制備均勻連續(xù)一維纖維，而且能夠給制備各種形貌和結(jié)構(gòu)特征的微/納米纖維。為了改善靜電紡絲法制備材料的性能及拓寬其應(yīng)用范圍，特別是改善在生物材料中的應(yīng)用性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了許多材料復(fù)合進(jìn)行靜電紡絲的技術(shù)。例如，膠原蛋白、殼聚糖、聚乳酸、聚己內(nèi)酯，但是由于材料本身性能的局限性，限制了它們的應(yīng)用。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?CN200610116988.3)公開了一種膠原蛋白和殼聚糖復(fù)合納米纖維及膜靜電紡絲的制備方法，實(shí)現(xiàn)了聚多糖和高分子蛋白組成的天然細(xì)胞外基質(zhì)仿生和植于體內(nèi)的藥物緩釋體系，但是制備時(shí)使用的六氟異丙醇溶劑，有腐蝕性和刺激性，且氣味刺鼻，長(zhǎng)時(shí)間的使用話，會(huì)有頭暈的感覺。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?CN201210355709.4)公開了一種膠原蛋白水溶液靜電紡絲制備納米纖維的方法，獲得了富有吸引力的膠原蛋白納米纖維，令人遺憾的是，需要加入酸調(diào)節(jié)PH值為2-4，直接用于皮膚，會(huì)產(chǎn)生刺激引起皮膚過敏反應(yīng)。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)朇N201410560021.9)公開了一種兩步交聯(lián)制備角蛋白/聚氧化乙烯PEO生物納米纖維膜的方法，有效的實(shí)現(xiàn)了廢棄的角蛋白纖維再生利用，但該方法制備紡絲溶液所使用的有機(jī)溶劑具有強(qiáng)烈的刺激性，對(duì)人體和環(huán)境均有害，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，且使用的有機(jī)溶劑也會(huì)增加生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用了蛋白質(zhì)本身的性質(zhì)特點(diǎn)，提供一種熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜及其制備方法，該微納米纖維膜為蛋清蛋白和水溶性高分子聚合物的復(fù)合纖維，具有很好的生物相容性和可降解性，該蛋清蛋白微納米纖維膜具有很好的潤(rùn)濕性，容易滲透被皮膚吸收，純天然無(wú)副作用，制備方法簡(jiǎn)單，制備過程中以天然蛋清和水溶性高分子聚合物為原料，無(wú)需額外添加有機(jī)溶劑，降低了生產(chǎn)成本，環(huán)境友好，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0005]—種熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)配置紡絲前驅(qū)液:所述紡絲前驅(qū)液為含有新鮮蛋清和水溶性高分子聚合物水溶液的混合溶液；
[0007](2)電紡纖維:所用靜電紡絲裝置包括加熱部件，所述加熱部件對(duì)紡絲噴頭噴出的射流進(jìn)行熱輻射使射流中蛋清蛋白熱變性固化，將步驟(I)配得的紡絲前驅(qū)液置于靜電紡絲裝置連通紡絲噴頭的儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)中，開啟加熱裝置，在加熱狀態(tài)下進(jìn)行電紡，在接收極上收集到蛋清蛋白微納米纖維膜。
[0008]盡管新鮮蛋清為透明粘液，但其黏度不能達(dá)到紡絲前驅(qū)液的要求，因此需要加入少量的水溶性高分子聚合物以增加其黏度，由新鮮蛋清和水溶性高分子聚合物水溶液組成的紡絲前驅(qū)液中富含蛋白質(zhì)，在紡絲過程中，紡絲前驅(qū)體溶液在高電壓作用下，從紡絲針頭噴出形成射流，射流下落的過程中伴有纖維的鞭動(dòng)拉伸或劈裂，加熱部件除了使射流中水分子快速揮發(fā)外，射流中的蛋清中的蛋白質(zhì)在熱輻射的作用下吸收熱量導(dǎo)致蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，受熱變性為固體形態(tài)，從而使纖維快速固化，最終在收集極上形成微納米纖維。
[0009]優(yōu)選的，步驟(I)所述的水溶性高分子聚合物為聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、殼聚糖、海藻酸鈉的一種和多種。
[0010]其中，PEO可直接用于皮膚清洗劑及藥丸的外層制成可控緩釋藥物;PVP可以作為藥物制劑的輔料、食品澄清劑和穩(wěn)定劑;且能用于日用化妝品增強(qiáng)濕潤(rùn)和潤(rùn)滑效果;PVA對(duì)水有較好的滲透性，并且有很好的可紡性及成膜性;殼聚糖和海藻酸鈉有優(yōu)良的生物相容性及抗菌、防腐、止血、促進(jìn)傷口愈合、抑制潰瘍等功能，成膜性好，具有生物可降解性。采用蛋清及生物相容性的水溶性高聚物的水溶液電紡制備的微納米纖維膜具有良好的生物相容性和可降解性，并且具有一定的機(jī)械性能。采用生物相容的高分子材料，用水為溶劑，還可以避免毒性有機(jī)溶劑的使用。所制備的蛋清及高聚物微納米纖維膜在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣泛的用途，且制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，效率高，環(huán)境友好。
[0011 ]優(yōu)選的，所述步驟(I)配置紡絲前驅(qū)液:將水溶性高分子聚合物加入新鮮蛋清中，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使水溶性高分子聚合物在蛋清中充分溶解，配制成紡絲前驅(qū)液。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(I)配置紡絲前驅(qū)液:將水溶性高分子聚合物加入去離子水中，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌至完全溶解，配制成溶液A，向溶液A中加入新鮮蛋清，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使溶液A與蛋清充分混合，配制成紡絲前驅(qū)液。
[0013]優(yōu)選的，所述溶液A中水溶性高分子聚合物的質(zhì)量百分比為I?20.6%，紡絲前驅(qū)液中新鮮蛋清的質(zhì)量百分比為44.2?50.0%。
[0014]優(yōu)選的，步驟(2)所述的加熱部件為熱吹風(fēng)機(jī)，所述熱吹風(fēng)機(jī)設(shè)置于紡絲噴頭后方，吹出的熱風(fēng)方向與紡絲噴頭噴射射流方向相同，熱吹風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與紡絲針頭間距離5?10厘米，所述熱吹風(fēng)機(jī)功率800?900瓦，吹出熱風(fēng)的溫度為80?90攝氏度。
[0015]優(yōu)選的，步驟(2)所述的靜電紡絲裝置的儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)連接推進(jìn)栗，電紡過程中，推進(jìn)栗的向紡絲噴頭推進(jìn)紡絲前驅(qū)液的推進(jìn)速率為0.2?0.8毫升/小時(shí)，接收極為與高壓電源負(fù)極相連的滾筒收集機(jī)構(gòu)，所述滾筒收集機(jī)構(gòu)的收集滾筒的轉(zhuǎn)速為50?80轉(zhuǎn)/分，收集滾筒半徑3?8厘米，紡絲噴頭到收集滾筒的距離為20?25厘米，紡絲電壓14?22千伏。
[0016]本發(fā)明還公開了一種由上述方法制得的熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜，所述微納米纖維膜由靜電紡絲法制得，制備過程不添加有機(jī)溶劑，構(gòu)成所述微納米纖維膜的微納米纖維為蛋清蛋白/水溶性高分子聚合物復(fù)合纖維，所述蛋清蛋白為熱變性固化的蛋白質(zhì)。
[0017]該微納米纖維膜由蛋白質(zhì)和水溶性高分子聚合物組成具有良好的生物相容性和可降解性，并且具有一定的機(jī)械性能，適宜應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。且制備過程中不添加有機(jī)溶劑，避免了傳統(tǒng)溶液電紡大量使用有機(jī)溶劑造成的環(huán)境污染、原料浪費(fèi)等問題，同時(shí)，免除了該微納米纖維膜安全應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、美容、食品等領(lǐng)域時(shí)除去殘余有機(jī)溶劑所需的繁雜過程，節(jié)約了生產(chǎn)成本，適宜大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0018]優(yōu)選的，所述蛋清蛋白微納米纖維膜的纖維平均直徑為2.65?4.86微米。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用蛋白質(zhì)本身的性質(zhì)特點(diǎn)，提供了一種熱固化電紡蛋清蛋白微納米纖維膜及其制備方法，該微納米纖維膜為蛋清蛋白和水溶性高分子聚合物的復(fù)合纖維，具有很好的生物相容性和可降解性，該蛋清蛋白微納米纖維膜具有很好的潤(rùn)濕性，容易滲透被皮膚吸收，純天然無(wú)副作用，制備方法簡(jiǎn)單，制備過程中以天然蛋清和水溶性高分子聚合物為原料，無(wú)需額外添加有機(jī)溶劑，降低了生產(chǎn)成本，環(huán)境友好，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。具體而言:
[0020](I)本發(fā)明的蛋清蛋白微納米纖維膜在制備過程中，以新鮮蛋清和水溶性高分子聚合物制成紡絲前驅(qū)液，在紡絲過程中，紡絲前驅(qū)體溶液在高電壓作用下，從紡絲針頭噴出形成射流，射流下落的過程中伴有纖維的鞭動(dòng)拉伸或劈裂，加熱部件除了使射流中水分子快速揮發(fā)外，射流中的蛋清中的蛋白質(zhì)在熱輻射的作用下吸收熱量導(dǎo)致蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，蛋清受熱變性為白色有彈性的固體，從而使纖維快速固化，最終在收集極上形成微納米纖維。利用蛋白質(zhì)受熱變性固化的原料特性制備蛋白質(zhì)復(fù)合微納