再生羊毛角蛋白-聚己內(nèi)酯復(fù)合納米纖維的制備及生物性能的研究.pdf

1、我國(guó)羊毛資源浪費(fèi)嚴(yán)重，每年有大量毛紡廠的羊毛副產(chǎn)品、不適合紡紗的劣質(zhì)羊毛原料及許多其它動(dòng)物毛發(fā)被廢棄，這些廢棄的資源中含有豐富的角蛋白。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因劣質(zhì)、加工損耗、廢舊等原因，我國(guó)每年約有十幾噸羊毛資源被廢棄，如果能將廢棄的羊毛進(jìn)行回收利用，不僅能夠減少環(huán)境污染，還可以緩解當(dāng)前我國(guó)羊毛資源短缺等問題。因此，近年來對(duì)于提取角蛋白及再利用的研究非?；钴S，并取得了一定成果，但有關(guān)綠色、環(huán)保、高效的角蛋白提取方法的報(bào)道卻很少。本文發(fā)明了一種新型羊

2、毛角蛋白粉末提取方法，將其與聚己內(nèi)酯進(jìn)行靜電紡絲，并對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究，為角蛋白在可降解材料和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供新的途徑。
　　首先，本文發(fā)明了一種新型角蛋白粉末提取方法，并對(duì)羊毛的溶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳提取工藝為：反應(yīng)pH值為10，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時(shí)間為5h和L-半胱氨酸的加入量為2wt％。在最佳工藝條件下，羊毛溶解率為70%，角蛋白粉末提取率為56%（分子量超過8kDa）。通過SDS-PAGE凝膠電泳、

3、生物顯微鏡、XRD、FTIR-ATR、Raman、13C NMR、TGA和GPC等分析手段對(duì)L-半胱氨酸溶解羊毛前后進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳工藝條件下，通過L-半胱氨酸提取的羊毛角蛋白分子量主要分布在10kDa、40kDa和60kDa。羊毛的溶解是先溶脹后逐漸分解過程。在羊毛再生過程中，角蛋白分子結(jié)構(gòu)未發(fā)生較大變化，但角蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)由α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊結(jié)構(gòu)，且大分子鏈間的氫鍵發(fā)生斷裂，部分二硫鍵遭到破壞，且在干燥過程中沒有

4、恢復(fù)，與原羊毛纖維相比，角蛋白的熱穩(wěn)定性有所下降。
　　其次，將提取的羊毛角蛋白粉末與聚己內(nèi)酯用甲酸溶解后進(jìn)行靜電紡絲，通過電導(dǎo)率、SEM、TEM、FTIR-ATR、XRD、TGA、斷裂強(qiáng)力和接觸角等分析手段對(duì)紡絲液和紡絲膜進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紡絲液的電導(dǎo)率隨著角蛋白的加入而增大，紡絲液的濃度對(duì)紡絲纖維的表觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響較大，濃度低于8wt%時(shí)，紡絲容易形成串珠，在10wt%時(shí)紡絲過程最順暢，紡絲纖維最均勻。在紡絲液中，隨著

5、角蛋白含量的增加，紡絲纖維的直徑逐漸減小，但達(dá)到一定值后，紡絲過程困難。再生角蛋白和聚己內(nèi)酯在甲酸溶劑下具有良好的相容性，所得紡絲纖維具有靜電紡纖維明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。在靜電紡絲過程中，再生角蛋白和聚己內(nèi)酯之間形成了氫鍵，但隨著納米纖維中角蛋白含量的增加，纖維的結(jié)晶度逐漸下降，初始分解溫度逐漸變低，但角蛋白的加入減緩了復(fù)合材料的降解速率，降低了復(fù)合材料的失重率。角蛋白的加入，降低了復(fù)合材料的楊氏模量，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他聚己內(nèi)酯/天然聚合物基復(fù)

6、合納米纖維膜的力學(xué)性能相當(dāng)。角蛋白/聚己內(nèi)酯靜電紡絲膜的親水性良好?？梢詫⒃偕堑鞍着c聚己內(nèi)酯進(jìn)行復(fù)合靜電紡絲，賦予羊毛新的物理化學(xué)性能。
　　最后，對(duì)再生羊毛角蛋白/聚己內(nèi)酯/甲酸復(fù)合紡絲膜的生物降解性能和細(xì)胞相容性能進(jìn)行測(cè)試，通過酶標(biāo)儀（ELISA）、激光共聚焦顯微鏡（LSCM）和SEM等分析手段對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在模擬體外降解實(shí)驗(yàn)中，用PBS緩沖溶液處理7周后紡絲膜幾乎沒有變化，其中再生角蛋白含量高的紡絲