基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法

基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法

本发明涉及天然高分子材料领域，具体涉及水溶性再生丝素的高效制备方法。

背景技术

丝素是蚕丝的主要成分，具有力学性能优、生物相容性好、可生物降解、容易加工等优点，是生物医用材料的理想来源，可加工制备人工神经、人工皮肤、人工骨等多种医用组织材料。天然丝素由分子量391kDa的H链、28kDa的L链和一个25kDa的P25蛋白组成，H链和L链在两个亚基的羧基端通过二硫键连接，然后再与P25蛋白通过疏水键等非共价作用结合。丝素H链蛋白由疏水的结晶区和亲水的非结晶区镶嵌形成长链分子，通过氢键结合形成反平行β-折叠结构，分子结构稳定、机械性能好，不溶于水，要加工成人工神经、人工皮肤、人工骨等多种医用组织材料首先需要将其溶解再生。

溶解天然丝素的溶剂主要有强酸、强碱、高浓度盐及其混合溶液、有机溶剂、离子液体等。强酸强碱对丝素分子水解作用强，制备得到的再生丝素分子量低，不适用于加工制备高分子材料，作为溶剂的酸、碱需中和反应，生成的盐需要通过脱盐柱脱盐，脱盐率低，而且脱盐柱需定期清洗，含盐废水需处理后排放，成本高。溴化锂、氯化钙等高浓度中性盐及其醇溶液可快速溶解丝素，得到高分子量再生丝素蛋白，但作为溶剂的大量盐如何与再生丝素高效分离成为工业制备的瓶颈难题。透析法除盐耗时长、通量小，渗析及渗透膜等方法易堵塞、效率低，均不适用于工业化规模生产。

因此，亟需一种高效率、低消耗的水溶性再生丝素制备方法以满足工业化生产需要。

技术实现思路

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，该方法简单，全程无盐，绿色环保，流程更短，生产效率高，适用于规模化工业生产。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，包括如下步骤：

1. 将脱胶后的天然丝素用有机溶剂充分溶解，然后加水中止反应，得到溶解物；所述溶剂为低沸点、高挥发性有机溶剂，所述低沸点、高挥发性有机溶剂为三氟乙酸、六氟异丙醇中一种或两种的混合或其水溶液；

2. 将步骤(1)得到的溶解物分离回收溶剂后得到再生丝素水溶液，过滤干燥得到水溶性再生丝素。

本发明优选的，步骤(1)中，所述丝素所述丝素为来源于家蚕、野蚕或转基因蚕的茧壳、茧丝、绢丝、生丝、废丝中的一种或几种，或加工后的不溶性再生丝素、微纳米纤维、丝素粉；所述野蚕为柞蚕、蓖麻蚕、天蚕、柳蚕、樟蚕。

本发明优选的，所述溶解溶剂加入量按丝素与溶剂的质量体积比为1:2.5～1:10，单位g:ml。

本发明优选的，所述溶解是在-10℃～25℃条件下溶解1～60min。

本发明优选的，所述加水中止反应是加入相当于溶解溶剂5～10倍体积的预冷纯水中止反应。

本发明优选的，所述回收溶剂旋转蒸发或减压蒸馏。

本发明优选的，所述旋转蒸发或减压蒸馏是在温度10℃～65℃、真空度0.1～70mbar条件下处理1～2h。

本发明优选的，所述干燥是在-80℃冷冻24h后冻干。

本发明的有益效果在于：

1. 使用有机溶剂溶解丝素，全程无盐，不产生废水，溶剂可回用，生产过程绿色环保，无废水处理，成本低；

2. 溶解过程不需要高温，相比使用溴化锂或三元溶剂溶解(60℃～80℃)能耗低；丝素溶解和溶剂分离时间短(<2h)，相比透析(72h)、渗析(约9h)等脱盐方法耗时更短，生产效率大幅提升，而且流程简短，适用工业化生产。

3. 该方法提取得到的再生丝素水溶性好，相比不溶性再生丝素应用范围更广泛。

技术特征

1. 基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述丝素为来源于家蚕、野蚕或转基因蚕的茧壳、茧丝、绢丝、生丝、废丝中的一种或几种，或加工后的不溶性再生丝素、微纳米纤维或丝素粉；所述野蚕为柞蚕、蓖麻蚕、天蚕、柳蚕或樟蚕。

3. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述溶解溶剂加入量按丝素与溶剂的质量体积比为1:2.5～1:10，单位g:ml。

4. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述溶解是在-10℃～25℃条件下溶解1～60min。

5. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述加水中止反应是加入相当于溶解溶剂5～10倍体积的预冷纯水中止反应。

6. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述回收溶剂旋转蒸发或减压蒸馏。

7. 根据权利要求6所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述旋转蒸发或减压蒸馏是在温度10℃～65℃、真空度0.1～70mbar下条件下处理1～2h。

8. 根据权利要求1所述基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，其特征在于：所述干燥是在-80℃冷冻24h后冻干。

技术总结

本发明公开了基于溶剂置换高效制备水溶性再生丝素的方法，通过将脱胶后的天然丝素用低沸点、高挥发性有机溶剂溶解，完全溶解后加水中止反应，通过旋蒸或减压蒸馏使溶剂与再生丝素水溶液快速分离并回收溶剂，过滤后冷冻干燥得到可长期保存的水溶性再生丝素；本发明制得的再生丝素水溶性好，解决了水溶性再生丝素制备过程中脱盐难度大、制备效率低的技术难题，全程实现“无盐化”，不产生废水且溶剂可回用，工艺流程更简短，生产过程绿色环保，生产效率大幅提高。