[发明专利]以离子液体为反应介质的未变性胶原基生物表面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及以离子液体为反应介质的未变性胶原基生物表面活性剂及其制备方法，属于美容化妆品和生物医药领域。

技术背景

胶原(collagen)作为细胞外基质的主要成分，是一种广泛分布于动物有机体皮肤、骨骼、肌腱等组织的结构蛋白，起支撑器官和保护机体的作用，约占所有脊椎动物机体蛋白质的三分之一。胶原的相对分子质量为30万，具有典型的三股螺旋结构，其独特的分子结构赋予其许多优异的生物学性能，如低抗原性、生物降解性和良好的生物相容性等，常应用于生物医药、功能保健和化妆品领域。

生物表面活性剂(Biosurfactant)是来源于动物或植物等集亲水基和疏水基结构于一体的具有一定表面活性的物质。与传统化学合成的表面活性剂相比，生物表面活性剂具有更强的表面活性、生物降解性和良好的生物相容性等特点，在工业生产中具有广泛的潜在的应用价值，正成为最新的研究热点。而胶原不仅具有优异的生物学性能，且类似于生物表面活性剂，是一种同时含有亲水和疏水氨基酸残基的生物大分子。但是，由于胶原分子量较大以及相对少且短的疏水基团和亲水基团，导致天然胶原的表面活性较低，因此欲发挥胶原独特的生物学性能制备生物表面活性剂需通过化学改性来实现。目前，国内外基于天然胶原制备生物表面活性剂的研究较少，仅有研究者邓茹等采用月桂酸酐(邓茹、李国英《基于未变性胶原生物表面活性剂的性能研究》)、李从虎等采用月桂酰氯(李从虎、刘文涛、田振华、段炼、李国英《未变性胶原生物表面活性剂的表面张力及其表面吸附》)以及梁育松等采用月桂醛(梁育松、刘文涛、李国英《一种保留胶原天然结构的新型生物表面活性剂的性能表征》)作为疏水长链修饰天然胶原，同时辅以亲水短链琥珀酸酐赋予胶原水溶性，得到了具有一定表面活性的未变性胶原基生物表面活性剂，其表面张力分别为54.5mN/m、55.92mN/m和50.5mN/m。由于链长及反应介质的影响，疏水长链较亲水短链更不易接枝成功，从而使得疏水长链的接枝率成为影响未变性胶原基生物表面活性剂表面张力大小的关键因素。前期，研究者主要通过探索疏水长链的种类以及疏水长链与亲水短链的比例来降低未变性胶原基生物表面活性剂的表面张力，初步探索了疏水长链的可选类别，并发现当疏水长链与亲水短链的接枝率之比接近1:1时得到的未变性胶原基生物表面活性剂的表面张力最低、表面活性最好，为未变性胶原基生物表面活性剂的进一步研究奠定了基础。但由于前期胶原与疏水长链均是在有机溶剂中以固液反应的形式接触反应，分散不均且反应效率较低，具有一定的局限性，使得疏水长链的接枝率一直低于38％，从而导致未变性胶原基生物表面活性剂的表面张力仍未达到理想要求，因此提高疏水长链的接枝率是降低未变性胶原基生物表面活性剂表面张力的关键。所以，寻求一种可使胶原与疏水长链既稳定存在又分散均匀的适当反应介质以提高疏水长链的接枝率成为必需。

离子液体(ionic liquids)是一种熔融盐，由分子量大的有机阳离子和分子量小的无机阴离子组成，具有高度的可调节性、与水和有机溶剂可充分混溶、几乎无蒸汽压、离子导电性高、耐燃且催化性能显著，被称为“绿色溶剂”。由于其阴阳离子的可调节性好，特别是在蛋白质方面易产生预期的效果，而又被称为“需求特定”或“量体裁衣”型溶剂。离子液体在蛋白质组学中被研究最多的有机阳离子为咪唑类、季铵类、杂环芳香族类和吡咯烷鎓盐类，并结合多种阴离子如Cl^-、Br^-、I^-、[CH₃COO^-]，形成一种广泛的溶剂。本发明是利用离子液体高度可调节的性质，使胶原与疏水长链均匀稳定的分散在同一体系中发生液液反应以提高反应效率，增加疏水长链的接枝率，从而降低未变性胶原基生物表面活性剂的表面张力。由固液反应到液液反应的改变以及通过调节疏水长链与亲水短链的比例，可使疏水长链的接枝率提高并控制在45％～50％，并使疏水长链与亲水短链的接枝率之比接近1:1，从而使其表面张力降低至40mN/m以下。该发明制得的未变性胶原基生物表面活性剂，一方面保留了胶原的三股螺旋结构，也就完整保留了胶原的生物学性能；另一方面其接枝率与表面活性的大幅度提升使其具有良好的表面活性和中性水溶性，拓宽了胶原在日用品、化妆品、保健品以及生物医用材料领域的应用范围。

发明内容