[发明专利]一种通过接枝乙烯基单体制备丝素基仿生矿化材料的方法

说明书

本发明公开了一种通过接枝乙烯基单体制备丝素基仿生矿化材料的方法，通过碳二亚胺(EDC)和N‑羟基琥珀酰亚胺(NHS)先在丝素大分子上接枝含乙烯基和酚羟基的羧酸，再借助辣根过氧化物酶催化改性丝素与丙烯酸单体接枝共聚，制备丝素基仿生矿化材料。具体步骤如下：(1)丝素蛋白溶液的制备；(2)EDC/NHS法接枝含乙烯基和酚羟基的羧酸；(3)辣根过氧化物酶催化丝素与丙烯酸接枝共聚；(4)丝素膜材料的成型；(5)丝素基仿生矿化材料制备。与采用化学法或紫外辐照法等传统方法引发丝素与丙烯酸单体接枝共聚相比，本发明述及的酶促丝素与丙烯酸接枝共聚效率高，处理条件缓和，制备的丝素基仿生矿化材料性能优良。

技术领域

本发明涉及一种通过接枝乙烯基单体制备丝素基仿生矿化材料的方法，其特征是先在丝素大分子上接枝含乙烯基和酚羟基的羧酸，再借助辣根过氧化物酶催化改性丝素与丙烯酸单体接枝共聚，制备丝素基仿生矿化材料，属于纺织生物技术领域。

背景技术

丝素蛋白是蚕丝的主要成分，由18种氨基酸组成，其中多数为极性较低的乙氨酸和丙氨酸链段，其余则主要由极性氨基酸残基组成。丝素蛋白具有良好的生物相容性和环境友好性，以丝素蛋白加工的再生材料具有无毒、无刺激性、吸湿性优良等特点。丝素纤维经钙盐或锂盐及其醇溶液处理后，丝素蛋白大分子发生溶解和部分水解，通过透析去除盐离子，可得到丝素蛋白溶液。丝素基生物材料的性能与其分子量有较大的相关性。分子量较大的丝素蛋白能显著增加材料的力学性能，但由于负电性羧基含量较少，在仿生矿化中丝素对钙离子络合能力下降，影响了羟基磷灰石的形成和丝素基仿生矿化材料的制备。与之相比，分子量较小的丝素分子中羧基含量多，在仿生矿化中对钙离子络合能力较强，有利于形成羟基磷灰石等磷酸钙盐结构，提升仿生矿化效果，其缺点是丝素分子量过低会影响丝素基再生材料的力学性能。研究表明，采用过硫酸盐或紫外光辐照等引发丝素蛋白与丙烯酸接枝共聚，或直接将聚丙烯酸与丝素蛋白共混，均能增加丝素基材料表面的负电性，进而能提高丝素蛋白的仿生矿化效果。

辣根过氧化物酶(HRP)有很强的催化活性，在以双氧水(H₂O₂)为氧化剂，乙酰丙酮(ACAC)为引发剂的体系中，能催化丙烯酸(AA)聚合，形成聚丙烯酸(PAA)。此外，丝素蛋白(SF)中含一定数量的酪氨酸残基，HRP也可以催化酪氨酸的酚羟基产生酚氧自由基，引发丝素与丙烯酸接枝共聚，形成丝素/丙烯酸复合材料(SF-g-PAA)，这为基于酶法的丝素接枝丙烯酸改性加工提供了可能。通过HRP酶催化反应，可以在丝素表面引入较多负电性羧酸基团，增强仿生矿化中对钙离子的络合作用，提升丝素蛋白的仿生矿化效果。另一方面，尽管HRP能催化丝素中酪氨酸残基产生酚氧自由基，引发与丙烯酸单体进行接枝共聚，但由于丝素蛋白上酪氨酸残基数量较少或酶促反应中可及度较低，难与丙烯酸单体高效接枝共聚，使得反应后丝素表面的羧基数量增加较少，影响了丝素基仿生矿化材料的制备。

为解决此问题，本发明首先采用二步法进行丝素蛋白改性，第一步：通过在丝素蛋白表面引入乙烯基和更多的酚羟基，提高丝素的酶催化反应性，具体做法是借助碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，将含乙烯基和酚羟基的羧酸接枝到丝素蛋白上，与丝素分子形成酰胺键；第二步：以辣根过氧化物酶催化丝素蛋白表面引入的乙烯基，产生自由基，并与添加的丙烯酸单体发生接枝共聚；此过程中，辣根过氧化物酶还同时催化丝素中的酪氨酸残基和丝素表面引入的酚羟基，产生较活泼的酚氧自由基，也能与丙烯酸单体接枝共聚，增加丝素蛋白上丙烯酸的接枝率及羧酸基团数，提高丝素蛋白的仿生矿化性能。丝素蛋白经上述二步法改性后，再进行丝素膜成型，最后进行丝素基仿生矿化材料制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过接枝乙烯基单体制备丝素基仿生矿化材料的方法，旨在通过丝素与丙烯酸接枝共聚，增加丝素蛋白中负电性羧基数量，提高丝素的仿生矿化效果。