蛋白质基高分子材料的制备与性能

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蛋白质作为一种可生物降解并可再生的天然高分子材料,逐渐受到化学、生物医学及材料相关领域科学家的关注,并用于制备功能材料及生物医用材料。羽毛角蛋白是家禽生产与纺织工业的副产物,它是一类富含半胱氨酸的纤维蛋白,其特殊的分子结构使其难以被人类及动物直接利用。玉米醇溶蛋白(Zein)是玉米加工中的主要副产物,它营养价值低,难溶于水,这限制了它在人类食品中的应用。本文选取离子液体为溶剂,将废弃羽毛进行溶解后,制备羽毛角蛋白/纤维素混合溶液及羽毛角蛋白/聚丙烯腈混合溶液,研究了它们的流变性能。将它们共混再生后,对再生产物的结构及性能进行了表征。同时,以Zein为原料,以CaCO3为模板,制备了一系列形貌各异的多孔材料,并研究了它们对药物的负载与释放性能。第一,以羽毛纤维、纤维素为原料,将其溶解于1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)离子液中,形成均匀稳定的羽毛角蛋白/纤维素混合溶液(CFE),通过再生,成功制备了羽毛角蛋白/纤维素共混薄膜(CF)。测定了混合溶液CFE的流变性能,并采用SEM、FT-IR、XRD及TG等对再生产物CF的结构及性能进行了表征。结果表明:CFE混合溶液均呈剪切变稀行为,随着羽毛角蛋白溶液(FKE)的加入及温度的升高,混合溶液的粘度降低,流动性增加,所测试的流变参数随之减小。在纤维素中加入羽毛角蛋白可增加分子间的相互作用;适量加入角蛋白可有效的改善共混薄膜的致密性。因此,角蛋白能有效改善纤维素膜材料的致密性与热稳定性。第二,以羽毛纤维和聚丙烯腈为原料,将其溶解于EMIMAc离子液中,制备了羽毛角蛋白/聚丙烯腈混合溶液(PFE),通过再生,成功制备了羽毛角蛋白/聚丙烯腈共混薄膜(PF)及共混纤维(PFF)。测定了混合溶液PFE的流变性能,并采用SEM、FT-IR、XRD及TG等方法对再生产物的结构及性能进行了表征、测试。结果表明:PFE混合溶液均呈剪切变稀行为,随着羽毛角蛋白溶液(FKE)的加入及温度的升高,混合溶液的粘度降低,流动性增加,所测试的流变参数随之变化。在聚丙烯腈中适量加入角蛋白,使得角蛋白分散均匀,可有效的改善其再生产物的致密性。PFE混合溶液可以通过干喷湿纺法纺制成纤维,所得PFF纤维均匀致密,并有良好的吸放湿性。第三,以玉米醇溶蛋白(Zein)为原料、碳酸钙为模板,通过共沉淀法制备了玉米醇溶蛋白多孔材料(ZM),采用FT-IR、TG、SEM等并对其结构与形貌进行了表征。发现ZM材料的结构及热稳定性与Zein相似,通过调节蛋白与模板的比例,可以得到微观形貌不同的多孔材料。选取姜黄素为醇溶性小分子药物,以牛血清白蛋白(BSA)为大分子药物,研究了 Zein多孔材料对它们的负载及释放性能。发现不同形貌的ZM多孔材料根据其孔洞大小可用于负载不同的药物。以多孔多层的ZM5负载蛋白质,其载药量和包封率有显著的提高,在不同释放介质中,大分子药物均释放缓慢,具有一定的缓释作用。总之,本论文拓宽了羽毛角蛋白在薄膜及纤维中的应用,有效地改进了纤维素及聚丙烯腈再生产物的不足,为进一步制备新型材料提供参考;同时,以模板法制备Zein多孔材料不但拓展了其应用范围,也为进一步探索高效、廉价、智能的药物载体提供参考。
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