阅读说明：本技术 光响应蛋白纤维及其制备方法 (Photoresponse protein fiber and preparation method thereof ) 是由 刘凯 孙静 马超 张洪杰 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及纺丝技术领域,尤其涉及光响应蛋白纤维及其制备方法。制备该蛋白纤维的原料包括超电荷蛋白(SUP)、偶氮苯类表面活性剂(AT)。超电荷蛋白和偶氮苯类表面活性剂分别溶解于超纯水中,按照摩尔比为1:1混合,在静电力作用下形成蛋白-表面活性剂复合物。通过利用偶氮苯自身的顺反异构的特性,可以利用不同波长的光照或者黑暗条件来实现可逆调控该蛋白纤维的力学性能。本发明能够制备具有优异可逆的高强度蛋白纤维,对所制备的纤维进行后处理可将其应用于三维细胞培养、组织工程等领域。(The invention relates to the technical field of spinning, in particular to a photoresponse protein fiber and a preparation method thereof. The raw materials for preparing the protein fiber comprise super-charged protein (SUP) and azobenzene surfactant (AT). Respectively dissolving the hyper-charge protein and the azobenzene surfactant in ultrapure water, mixing according to the molar ratio of 1:1, and forming a protein-surfactant compound under the action of electrostatic force. By utilizing the cis-trans isomerism characteristic of azobenzene, the mechanical property of the protein fiber can be reversibly regulated and controlled by utilizing the illumination or dark condition with different wavelengths. The invention can prepare the protein fiber with excellent and reversible high strength, and the prepared fiber can be applied to the fields of three-dimensional cell culture, tissue engineering and the like by post-processing.)

光响应蛋白纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺丝技术领域，尤其涉及光响应蛋白纤维及其制备方法。

背景技术

偶氮苯及其衍生物具有优异的可逆性、光稳态的高转化率和优异的抗疲劳性能，使其成为光学刺激响应材料的理想分子结构。例如，通过在液晶网络中掺入偶氮苯或其衍生物，可以成功地制备用于微纳米级高速驱动的材料。除了制动器、人工肌肉、形状记忆和液体的运动外，偶氮苯还可用于分子晶体、薄膜和水凝胶等较为受限的环境。与这些类型的光诱导机械运动相反，对体材料的刚性和韧性的进行光调节依然鲜有报道。

天然蛛丝由于它具有中等强度和良好的延展性，韧性超过了所有已知的天然纤维或合成纤维而受到广泛的关注。因此，模仿蛛丝来制备人造蛋白纤维有着巨大的应用前景，特别是在纺织品和生物医学材料的应用方面。然而，没有一种人造纤维可以与天然蜘蛛丝力学性能相匹配。同时，对其力学性能实现刺激响应的调节尚未实现。因此，亟需一种可以调控纤维力学性能的技术，以便将所制备纤维更好地应用到更多的领域。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供光响应蛋白纤维及其制备方法。

本发明提供了一种光响应蛋白纤维，其原料包括偶氮苯类化合物和超电荷蛋白。

在本发明中，所述偶氮苯类化合物为(E)-4-(((4-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)二氮烯基)苯磺酸钠。

在本发明中，所述超电荷蛋白为K108。所述蛋白K108为由108个赖氨酸残基组成的蛋白。

在本发明中，所述偶氮苯类化合物与超电荷蛋白的摩尔比为1：(1～1.1)。

本发明所述光响应蛋白纤维的制备方法包括：

将偶氮苯类化合物的水溶液与超电荷蛋白水溶液混合，经震荡后离心弃上清液，产物经冻干制得蛋白-表面活性剂复合物；对该蛋白-表面活性剂复合物进行挑丝，制得光响应蛋白纤维。

在本发明中，所述偶氮苯类化合物的水溶液中偶氮苯类化合物的浓度为220μmol/L，所述超电荷蛋白水溶液中超电荷蛋白的浓度为10～20μmol/L。

在本发明中，所述混合至偶氮苯类化合物与超电荷蛋白的摩尔比为1：(1～1.1)。

在本发明中，所述震荡的时间为5～10min，所述冻干的时间为0.5～1h。

在本发明中，制得光响应蛋白纤维后，还包括以光照调节光响应蛋白纤维的力学性能的步骤；

所述以光照调节光响应蛋白纤维的力学性能包括：紫外照射提高蛋白纤维的力学性能；黑暗放置则蛋白纤维的力学性能恢复。

在本发明中，所述紫外照射的条件为：波长365nm，强度0.5mW/cm²，时间2h。

本发明提供了一种光响应蛋白纤维及其制备方法，制备该蛋白纤维的原料包括超电荷蛋白(SUP)、偶氮苯类表面活性剂(AT)。超电荷蛋白和偶氮苯类表面活性剂分别溶解于超纯水中，按照摩尔比为1:1混合，在静电力作用下形成蛋白-表面活性剂复合物。通过利用偶氮苯自身的顺反异构的特性，可以利用不同波长的光照或者黑暗条件来实现可逆调控该蛋白纤维的力学性能。本发明能够制备具有优异可逆的高强度蛋白纤维，对所制备的纤维进行后处理可将其应用于三维细胞培养、组织工程等领域。

附图说明

图1示本发明实施例中的蛋白纤维示意图(以含有108个赖氨酸的超电荷蛋白(K108)和(E)-4-(((4-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)二氮烯基)苯磺酸钠表面活性剂为例)；

图2示本发明所述蛋白纤维结构表征示意图。(以扫描电子显微镜和偏振光显微镜为例)；

图3示实施例1制得蛋白纤维系统组成示意图(以无紫外光照射条件下蛋白纤维为例)；

图4示实施例1制得蛋白纤维系统组成示意图(以紫外灯照射条件下蛋白纤维为例)；

图5示实施例1制得蛋白纤维系统组成示意图(以黑暗条件下蛋白纤维为例)。

具体实施方式

本发明提供了光响应蛋白纤维及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1：

参见图3，本发明包括超电荷蛋白(K108)、(E)-4-(((4-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)二氮烯基)苯磺酸钠表面活性剂、离心机及冻干仪。超电荷蛋白和(E)-4-(((4-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)二氮烯基)苯磺酸钠表面活性剂分别溶解于超纯水中，按照摩尔比为1:1混合，在静电力作用下形成蛋白-表面活性剂复合物。

分别配制浓度约为220微摩尔/升，50微升的超电荷蛋白(K108)水溶液以及10-20微摩尔/升，50微升的(E)-4-(((4-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)苯基)二氮烯基)苯磺酸钠表面活性剂水溶液。通过混合二者，震荡5-10分钟，高速离心，弃上层液，将下层液冻干0.5～1小时，即可得到蛋白-表面活性剂复合物。该复合物通过手动挑丝可制备出相应的蛋白纤维。(即表面活性剂为反式情况下，对应的蛋白纤维)。图3为本发明实施例1制备的纤维于黑暗中避光保存，在光照之前该蛋白纤维拉伸曲线图。根据图3拉伸曲线，得出光照之前蛋白纤维的力学性能：拉伸强度～103MPa，杨氏模量～3.5GPa，延展性～9.0％，韧性6.4MJ/m³。

所制备的蛋白纤维通过紫外光(365nm，0.5mW/cm²)照射两小时后，进行力学拉伸测试。(即表面活性剂为顺式情况下，对应的蛋白纤维)。图4为本发明实施例2制备的在紫外灯照射条件下蛋白纤维拉伸曲线图。根据图4拉伸曲线，得出紫外灯(365nm，0.5mW/cm²)照射之后蛋白纤维的力学性能：拉伸强度～215MPa，杨氏模量～6.8GPa，延展性～6.6％，韧性9.1MJ/m³。

经过紫外光(365nm，0.5mW/cm²)照射两小时后，再放置黑暗2小时，进行力学拉伸测试。(即表面活性剂为反式情况下，对应的蛋白纤维)。图5为本发明实施例3制备的在黑暗条件下蛋白纤维拉伸曲线图。根据图4拉伸曲线，得出紫外灯(365nm，0.5mW/cm²)照射两小时后放置黑暗两小时条件下蛋白纤维的力学性能：拉伸强度～50MPa，杨氏模量～3.7GPa，延展性～9.7％，韧性3.4MJ/m³。

结果表明，通过紫外光照射蛋白纤维，可有效提高蛋白纤维的力学性能。通过将蛋白纤维放置黑暗，可有效恢复初始蛋白纤维的力学性能。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。